Инструмент для ультразвуковой обработки вращающихся деталей

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработке металлических деталей. Цель - расширениетехнологических возможностей - повышение качества обработки деталей. Для зтого деталь вращают и подвергают поверхностному пластическому деформированию со статическим усилием самовращающимся роликовым инструментом, установленным в диаметральный паз с плоскими торцами и переходящим по центру торца концентратора в паз с круглыми торцами. Ширину обоих пазов выбирают равной диаметру ролика, глубину первого пазаполовине диаметра, а глубину второго паза, диаметр инструмента и длину второго па^а выбирают из соответствующих выражений. Это позволяет обеспечить значительный разброс значений шероховатости, глубины и микротвердости упрочненного слоя. 4 ил. 1 табл.Р (-tИзобретение относится к обработке материалов давлением, в частотности к ультра^ звуковой упрочняюще-чистовой обработке металлических деталей.Известен инструмент для ультразвуког вой обработки вращающихся деталей, содержащий магнитострикционный преобразователь с концентратором, на конце KOTIQ^ рого жестко закреплен индентррв видеполг уцилиндра.Наиболее близким по технической сущ-^ ности к изобретению является инструмент для ультразвуковой обработки вращаюц(их^ ся деталей/содержащий магнитострикцирйг ный преобразователь с концентратором, на торце которого и симметрично ему выполнё: но углубление, установленный с возможностью вращения и возвратно-поступат^льного перемещения цилиндрический роликедгумя рабочими зонами, расположенными йа равном расстоянии от оси концентраторг.Однако в данном способе вносят изменение и резонансную частоту колебаний торца концентратора, которая нестабильна в процессе. Это вызывает настабильность получаемых характеристик качества упрочненного слоя (шероховатость поверхности Ra глубины упрочненного слоя hft, его мик-, •ротвердости Н^, ). Кроме того, нестабияцЛ ность качества получаемых слоев обуславливается дополнительно еще тем, что Диаметр цилиндрической выточки в торце концентратора и диаметр ролика (инструмента) не согласованы по величинам из условия получения устойчивого резонанса изгибных колебаний ролмка (инструмента).^V4 hOСА)J:^

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э В 24 В 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ.И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л

М»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (2 1) 4811237/27 (22) 06.04.90 (46) 15. 02.92.Бюл. %.6 (71) Производственное обьединение "Минский тракторный завод им. B.È,Ëåíèíà" (72) C.Ô.Êóêèí (53) 621.923.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬВ 1426764, кл. В 24 В 39/00, 1988, (54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКО-.

ВОЙ ОБРАБОТКИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к обработке ме.-: таллов давлением, а именно к ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработке металлических деталей. Цель — расширение

Изобретение относится к обраоотке материалов давлением, в частотности к ультра.звуковой упрочняюще-чистовой обработке металлических деталей.

Известен инструмент для ультразвуковой обработки вращающихся деталей, содержащий магнитострикционный преобразователь с концентратором, на конце кото-. рого жестко закреплен индентор в виде пол-.: уцилиндра.

Наиболее близким по технической сущ; ности к изобретению является инструмент для ультразвуковой обработки вращаюафх-. ся деталей, содержащий магнитострикцион ный преобразователь с концентратором;: на торце которого и симметрично ему выполне-. но углубление, установленный с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения цилиндрический ролик с е

SU„,; 1712134 А1 технологических воэможностей — повышение качества обработки деталей. Для этого деталь вращают и подвергают поверхностному пластическому деформированию со статическим усилием самовращающимся роликовым инструментом, установленным в диаметральный паз с плоскими торцами и переходящим по центру торца концентратора в паэ с круглыми торцами. Ширину обоих пазов выбирают равной диаметру ролика, глубину первого паза —. половине диаметра, а глубину второго паза, диаметр инструмента и длину второго паза выбирают из соответствующих выражений. Это позволяет обеспечить значительный разброс значений шероховатости, глубины и микротвердости упрочненного слоя. 4. ил. 1 табл. д"умя рабочими зонами, расположенными о:а равном расстоянии от оси концентрато1М. ф" 3 ей Однако в данном способе вносят изменение и резонансную частоту колебаний торца концентратора, которая нестабильна в процессе. Это вызывает настабильность ( получаемых характеристик качества упроч- Ф ненного слоя (шероховатость поверхности

Ra глубины упрочненного слоя hp, его микротвердости Нц ). Кроме того, нестабиль,ность качества получаемых слоев обуславливается дополнительно. еще тем, что диаметр цилиндрической выточки в торце концентратора и диаметр ролика (инструмента) не согласованы по величинам из условия получения устойчивого резонанса изгибных колебаний ролика (инструмента), 1712134

Цель изобретения — повышение качества обработки за счет устойчивости поддержания резонансных колебаний инструмента, нагруженного статическим усилием.

Поставленная цель достигается тем, что в известном инструменте для ультразвуковой обработки вращающихся деталей, содержащем, магнитострикционньгй преобразователь с концентратором, на торце которого и симметрично ему выполнено углубление, установленный с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения цилиндрический ролик с двумя рабочими зонами, расположенными на равном расстоянии от оси концентратора, ролик выполнен с длиной, меньшей диаметра рабочего торца концентратора, а углубление последнего выполнено с плоскими торцами и глубинОй, pBBHDA половине диаметра ролика, причем концентрично упомянутому углублению выполнено дополнительное углубление с плоскими и закругленными стенками; при этом ширину выточки и углубления выполняют соответствующей диаметру ролика, глубину углубления выбирают из выражения

y„d„1) (д/4 — 0,5 ук Гтт до/4 — du + Iz ) а диаметр ролика — из выражения где d. — диаметр роликового инструмента, мм;

11 — длина выточки, мм; уи — плотность материала ролика., r/ñê ;

Š— модуль упругости ролика, дин/см;

l2 — длина углубления, мм;

f — собственная частота колебаний торца концентратора, Гц;

К вЂ” целое положительное число со значениями 1, 2, 3, 4...

yK — плотность материала концентратора г/см Повышение качества обработки достигается за счет устойчивого резонанса как продольных колебаний концентратора, так и резонанса изгибных колебаний цилиндрического роликового инструмента в течение всего процесса, получаемых путем точного расчета размеров и массы колебательной системы по задаваемым параметрам процесса, что в суммарном итоге обеспечивает постоянную по величине амплитуду изгибных колебаний роликового ультразвукового инструмента в процессе обработки и, как следствие, получение равномерной по всей обрабатываемой поверхности шероховатости, глубины и микротвердости упрочненного слоя.

5 Выполнение длины роликового инструмента меньше диаметра рабочего торца концентратора, установка инструмента в углублении с плоскими торцами исключают перемещение инструмента вдоль своей оси

10 при самовращении в процессе обработки.

Изготовление ширины углубления и выточки, равном диаметру инструмента, а глубина углубления — половине диаметра, упрощает расчет размеров пазов из условия, чтобы

15 масса удаляемого материала с торца концентратора равнялась массе цилиндрического роликового инструмента, который сводится к определению только глубины выточки по заранее заданному размеру 11

20 плотностей 1уи ук, а также подобранных по формуле размеров г г

0,2Еиdи

Выполнение торцов выточки закругленными упрощает его изготовление.

Подбор диаметра инструмента и длины

30 К выточки по формуле K = t ) - -" —— — -/тт, 02 Еобй чтобы число К получалось целочисленным, обеспечивает равенство частоты собствен35 ных колебаний инструмента частоте вынужденных колебаний, что и является условием существования резонанса его изгибных колебаний.

На фиг.. 1 изображен инструмент для

40 ультразвуковой обработки вращающихся деталей; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг.2; на фиг. 4— разрез В-В на фиг. 3.

Ультразвуковой инструмент содержит

45 магнитострикционный преобразователь 1 с концентратором 2, на торце 3 которого вы- . полнено углубление 4, в которое установлен ролик 5 диаметром d .

Углубление выполнено с плоскими тор50 цами и глубиной d /2, а концентрично ему выполнено дополнительное углубление 6 с плоскими и закругленными стенками глубиной h, шириной dp и радиусом закругления силенок d

55 детали 7 центральной зоной, Процесс ультразвуковой обработки данным инструментом осуществляется следующим образом, 1712134

Цилиндрическая деталь 7 вращается со скоростью и в контакте с вращающимся цилиндрическим роликом 5, на который воздействуют статическим усилием Ру .. и ультразвуковыми колебаниями через кон- 5 центратор 2 от магнитострикционного преобразователя 1. В процессе обработки ролик 5, концентратор 2 вместе с магнито- . стрикционными преобразователями 1 перемещаются вдоль детали 7 с подачей $. За 10 счет расположения оси ролика 5 к оси детали 7 под углом а и установки его в углублении торца 3 концентратора 2 шириной ои и глубиной d>/2 с плоскими торцами ролик самовращается от вращающейся детали и 15 не выпадает из зоны обработки, Второе углубление длиной !г и с закругленными стенками обеспечивает разделение зоны ролика, контактирующей с деталью, от зоны, контактирующей с торцом кон-. 20 центратора.

Статический прижим ролика и детали осуществляется механической пружиной (не показано), которая воздействует на.систему магнитостриктор — ролик и деталь.. 25

Вывод формулы расчета. глубины второго углубления проводился из условия, что . масса ультразвукового роликового инструмента должна быть равна массе материала. занимаемой объемом углублений, выпол- 30 ненных в торце концентратора, т.е, массе объема первого углубления ук d„d„/2 1 и массе объема второго углубления г 35 и ъ+y, 1и(i>

Приравнивая эти массы, получаем уравнение г ги R1 = 1 « ои ои/2 i1 + гб и и

+гк и + j«dи (l2 dи) и из которого после соответствующих упрощений и преобразований было получено выражение для определения

1 и с1и i1 (— — 0,5 к.

y«(„— би + lz )

Формула для выбора диаметра ультра-. звукового роликового инструмента и длины второго паза выводилась из условия, что частота собственных изгибных колебаний стержней должна быть равна частоте колебаний торца концентратора. Частота собственных изгибных колебаний цилиндрического стержня при такой схеме его нагружения определяется иэ формулы где (2 ) и =

rn — масса единицы длины стержня;

f — собственная частота изгибных колебаний стержня;

Еи — модуль упругости ма гериала стержня;

i — момент инерции стержня, равный

0,05, Аналогично резко ухудшаются характеристики упрочненного слоя при нецелочисленном значении числа К.

Использование, данного инструмента обеспечивает повышение качества обработки, снижение шероховатости обработки, увеличение микротвердости и глубины упрочненного слоя и расширение технологических возможностей.

Формула изобретения

Инструмент для ультразвуковой обработки вращающихся деталей, содержащий магнитострикционный. преобразователь с . концентратором, на торце которого и симметрично ему выполнено углубление, установленный с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения

-цилиндрический ролик с двумя рабочими зонами, расположенными на.равном расстоянии от оси концентратора, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения качества обработки за счет устойчивости поддержания резонансных колебаний инструмента, нагруженного статическим усилием, ролик выполнен с длиной, меньшей диаметра ра-. бочего торца концентратора, а углубление последнего выполнено с плоскими торцами и глубиной, равной половине диаметра ролика, и ричем концентрично упомянутому углублению выполнено дополнительное углубление с плоскими и закругленными стенками, при этом ширину выточки и углубления выполняют соответствующей диаметру ролика, глубину углубления выбирают из выражения

) о би i) 7г/4 — 0,5

1 « 7г du 4 — ди +!г а диаметр ролика — из выражения

0+ux f г

0,2 Е б г

1712134

f — собственная частота колебаний торца концентратора, Гц;

К вЂ” целое положительное число со значениями 1, 2, 3, 4.... n;

5 у» — плотность материала концентратора, г/см . где би — диаметр роликового инструмента, мм;

I< — длина выточки, мм; р- плотность материала ролика, г/см; з.

Е01 — модуль упругости ролика, дин/см;

2, lz — длина углубления, мм;

Подана Ферохова-тинстру- тость пойикротвердость материала â ónроиненном

СЛОЕ, КГС/IeI

Глубина улроиненного слои, мм

Скорость врапению детали, об/иин

Усилие приемка инструмента, кгс

Расиетное знамение величина, » верхности после обработки (R ), мкм нента вдоль оси детали, нм/об. Иредлагаеюмд

50 6.98

50 7.2

50 8,12

5D 9.0

50 10,0

50 10 ° О

50 10,0

50 10,0, дрототип

50 10

3,25

3,36

4,77

4.33

530-630

0,1-0,2 ь

0,23 0,3-0,45

130

40

Угол мемнона

tv инструментв к оси деталй, град

Диабре то

paJaIIca

° ого инструмемта, им

Длина роликового инструмента, ии

ЭО

Длина второго

nasa e торце. кон центратора, им

20,0

20,0

20,0

20,0

20,2

22,0

2Э,9

26,0

280809

2764В5

260352

247296,5

236952

258066,5

28039I

304987,6

Расиетное знамение глубинм второго пава мм

Глубина второго

nasa, принимаемая произвольно, мм

Амллит уда УЭ» торца концентратора, икм

l5

15 !

15

130

0,23

0,23

0,23

0,23

0,23

0,23

0,23

0 ° 23

0,28-о,33

0,33-0,46

0,35-0,5

0,33-0,48

О, 3-0 ° 33

0,33-0.44

0,35-0,5

0 ° 36-О,52

0,2-D,22

0,D8-0,lB

0,08-0,2

0,1-0,21

0,2-0 ° 21

0,09-0,2

0,08-0, 19

0,08-0,2

610-640

560-610

510-600

500-620

620-640

550-600

510-610

500-630

1712134 г-8

Составитель С,Кукин

Редактор M.Бандура Техред М.Моргентал

Корректор" M.Шароши

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 496 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5