Инструмент для поверхностной пластической деформации

 

Использование: обработка металлов давлением, отделочно-упрочняющая обработка поверхностей нежестких деталей. Сущность изобретения: инструмент содержит выполненный из немагнитного материала ротор, образующий кольцевую камеру и изготовленные из магнитного материала щечки, источник постоянного магнитного поля в виде кольцевого магнита с осевой намагниченностью, деформирующие элементы, размещенные в кольцевой камере. Деформирующие элементы установлены с возможностью пространственного перемещения. Периферийная поверхность щечек ограничена замкнутой кривой периодического профиля. Инструмент содержит кольцевые пластины и устройство их регулировочного поворота вокруг продольной оси инструмента. Устройство для регулировочного поворота пластин включает диск со ступицей, имеющей винтовой паз, палец, шайбу с двумя отростками, расположенными с диаметрально противоположных сторон, и винт. Палец одним концом закреплен на диске, а другим - на кольцевой пластине. В корпусе выполнена прямоугольная канавка, а в щечке, обращенной к диску, - радиусный паз. Палец размещен в указанном пазу, а отростки шайбы - в прямоугольной канавке и винтовом пазу ступицы. 3 ил.

Изобретение относится к области поверхностного пластического деформирования и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки поверхностей маложестких деталей.

Цель изобретения повышение долговечности инструмента за счет обеспечения равномерности износа торцевой поверхности щечек.

Инструмент для поверхностной пластической деформации содержит выполненный из немагнитного материала ротор, изготовленные из магнитного материала и образующие кольцевую камеру щечки, периферийная поверхность которых ограничена замкнутой кривой периодического профиля, источник магнитного поля в виде постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью, деформирующие элементы, установленные в кольцевой камере с возможностью пространственного перемещения. Согласно изобретению, инструмент снабжен жестко соединенными между собой и размещенными в кольцевой камере кольцевыми пластинами и устройством их регулировочного поворота вокруг продольной оси инструмента на угол α = 360°/n,, где n число периодов замкнутой кривой, ограничивающей периферийную поверхность щечек. При этом кольцевые пластины смонтированы с возможностью взаимодействия с торцевыми поверхностями щечек, обращенными в сторону кольцевой камеры. Устройство для регулировочного поворота кольцевых пластин выполнено в виде установленного соосно с ротором, с торцевой стороны инструмента диска со ступицей, имеющей винтовой паз, пальца, одним концом закрепленного на диске, а другим на обращенной к диску кольцевой пластине, шайбы с двумя отростками, расположенными с ее диаметрально противоположных сторон, и регулировочного винта, расположенного по оси инструмента, а в корпусе инструмента выполнена прямолинейная канавка, шайба установлена с возможностью вращения относительно регулировочного винта, отростки шайбы размещены в винтовом пазу ступицы и прямолинейной канавке корпуса, при этом в обращенной к диску щечке выполнен радиусный паз, в котором размещен палец.

Такое выполнение инструмента обеспечивает (вследствие периодического углового поворота кольцевых пластин) равномерный износ торцевой поверхности щечек кольцевой камеры, что повышает долговечность инструмента.

На фиг. 1 изображен общий вид инструмента; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 диск со ступицей, на которой выполнен винтовой паз.

Инструмент для поверхностного пластического деформирования содержит ротор 1, выполненный из немагнитного материала, щечки 2, 3, образующие кольцевую камеру 4 и изготовленные из магнитного материала. Периферийная поверхность щечек 2, 3 выполнена по периодической кривой 5 (см. фиг. 2). В кольцевой камере 4 размещены с возможностью пространственного перемещения деформирующие элементы 6. На дне кольцевой камеры 4 расположен кольцевой магнит 7 с осевой намагниченностью.

Инструмент снабжен двумя износостойкими кольцевыми пластинами 8, 9. Кольцевые пластины 8, 9, изготовленные из антифрикционных металлов, жестко соединены между собой и установлены в кольцевой камере 4. Кольцевые пластины 8, 9 взаимодействуют с торцевыми поверхностями 10, 11 профильных щечек 2, 3 и имеют возможность регулировочного поворота вокруг продольной оси 12 инструмента на угол, величину которого определяют из соотношения: α = 360°/n; где α угол регулировочного поворота кольцевых пластин; n число периодов периодической замкнутой кривой периферийной поверхности щечек. Превышение регулировочного поворота кольцевых пластин 8, 9 на угол больше a нецелесообразно, так как картина износа участка поверхности пластин повторяется (вследствие периодичности периферийной поверхности щечек) и это не приведет к повышению долговечности инструмента (после поворота кольцевых пластин на угол a они уже полностью износятся).

Устройство регулировочного поворота кольцевых пластин 8, 9 выполнено в виде диска 13 со ступицей 14 (см. фиг.1, 3), пальца 15, шайбы 16 с двумя отростками 17, расположенных с диаметрально противоположных сторон, регулировочного винта 18. На ступице 14 диска 13 выполнен винтовой паз 19, а в корпусе 1 инструмента изготовлена прямолинейная канавка 20. Шайба 16 установлена с возможностью вращения по поверхности регулировочного винта 18. Отростки 17 шайбы 16 входят в винтовой паз 19 ступицы 14 и прямолинейную канавку 20 корпуса 1. Ступица 14 расположена соосно продольной оси 12 инструмента, палец 15 одной стороной закреплен на диске 13, а другой жестко соединен с кольцевой пластиной 8 (см. фиг. 1). Палец 15 расположен в радиусном пазу 21, выполненным на щечке 2 инструмента.

Инструмент 1 работает следующим образом. Деталь 22 закрепляют в патроне станка, а корпус 1 инструмента в шпинделе 23. Предварительно поворотом винта 18 поворачивается диск 13 в исходное состояние, когда палец 15 (см. фиг. 3) находится в крайнем положении. Шпинделю 23 сообщают вращение и перемещение вдоль обрабатываемой поверхности детали. Под действием магнитного поля от магнита 7 деформирующие элементы 6 разгоняются в окружном направлении кольцевой камеры 4. По мере вращения деформирующие элементы 6 располагаются то напротив вершин, то напротив впадин периодического профиля 5 щечек 2, 3 инструмента. Так как щечки 2, 3 изготовлены из магнитного материала и через них замыкают силовые линии магнитного поля, то максимальная напряженность магнитного поля расположена по периферии периодического профиля 5 щечек 2, 3. При расположении деформирующих элементов 6 напротив впадин периодического профиля 5 щечек 2, 3 на них действует магнитная сила, "отрывающая" деформирующие элементы от обрабатываемой поверхности. При расположении деформирующих элементов 6 напротив вершин периодического профиля 5 магнитная сила меняет направление и прижимает деформирующие элементы 6 к обрабатываемой поверхности детали 22.

Таким образом, в процессе обработки деформирующие элементы 6 периодически то отрываются от обрабатываемой поверхности, то приближаются к ней, осуществляя ее динамический наклеп. При этом траектория перемещения деформирующих элементов 6 (в плоскости, нормальной оси 12 инструмента) близка к периодическому профилю периферийной поверхности щечек 2, 3. Причем угловое расположение вершин периодического профиля 5 щечек 2, 3 и траектории движения деформирующих элементов 6 идентично. В связи с этим на поверхности пластин 8, 9 формируется канавка износа, имеющая периодический профиль. Чтобы обеспечить равномерность износа боковой поверхности кольцевых пластин 8, 9, осуществляют периодический поворот кольцевых пластин относительно периодического профиля 5 щечек 2, 3. Для чего поворачивают винт на элементарный угол Da по часовой стрелке. Вследствие этого отростки 17 шайбы 16 перемещаются вдоль прямолинейного паза 20 корпуса 1 и воздействуют на боковую поверхность винтового паза 19 ступицы 14. Это вызывает поворот диска 13 (а следовательно, и кольцевых пластин 8, 9) на элементарный угол Dv (см. фиг. 1, 2). После этого снова осуществляют обработку поверхностей деталей до износа новых участков на поверхности кольцевых пластин. При износе новых (повернутых участков кольцевых пластин 8, 9) осуществляют очередной поворот диска 13 на элементарный угол Dv. При этом общий поворот диска 13 уже составит 2 × Δϕ. За период стойкости инструмента осуществляют K таких регулировочных перемещений, количество которых равно: K = α/Δϕ; где K число элементарных углов поворотов кольцевых пластин; Δϕ - величина элементарного углового поворота кольцевых пластин; a угол регулировочного поворота кольцевых пластин.

Периодичность элементарного поворота кольцевых пластин 8, 9 (диска 13) равна времени износа элементарного участка поверхности кольцевых пластин 8, 9. Эта величина определяется экспериментальным путем для конкретных условий обработки. Величина элементарного углового поворота кольцевых пластин (Dv) также определяется экспериментальным путем для реальных условий обработки и находится в пределах 2-5^o.

После поворота кольцевых пластин 8, 9 на угол a ресурс работоспособности кольцевых пластин выбран и они подлежат замене (замена осуществляется разборкой инструмента: отвинчивается винт 18, снимается диск 13 со ступицей 14, осевым перемещением снимается щечка 2, удаляются изношенные кольцевые пластины 8, 9; сборка инструмента осуществляется в обратном порядке).

В качестве примера конкретного выполнения можно привести обработку отверстия втулки на станке модели 16К20ПФ1, оснащенном специальным шпинделем.

Диаметр обработки 90 мм; длина обработки 100 мм; материал обрабатываемой детали сталь 45. В качестве деформирующих элементов использовали шарики диаметром 8 мм из ШХ 15 (HRC_э 62). В качестве источника магнитного поля использовали кольцевой магнит с осевой намагниченностью. Размеры магнита (D x d x H) 60 х 30 х 25. Материал магнита SmCO₅. Величина магнитной индукции в зоне кольцевой камеры составляла 0,5 Тл. Материал щечек сталь 45. Материал кольцевых пластин бронза. Число периодов замкнутой периодической кривой профиля щечек n 3. Величину угла регулировочного поворота кольцевых пластин определяли из соотношения: α = 360°/n = 360°/3 = 120°. Число элементарных регулировочных перемещений равно K = α/Δϕ = 120°/5° = 24 шт..

Режимы обработки: Скорость вращения инструмента 1-2 м/с Осевая подача инструмента 400-800 мм/мин.

Шероховатость обработанной поверхности детали составляла Rα = 0,63-0,32 мкм.. Глубина упрочненного слоя 0,1-0,3 мм. Стойкость инструмента-прототипа составляла 120 мин. Стойкость заявляемого инструмента составила 1420 мин.

Ппредлагаемый инструмент обеспечивает повышение долговечности в 11,8 раза.

Формула изобретения

Инструмент для поверхностной пластической деформации, содержащий выполненный из немагнитного материала ротор, изготовленные из магнитного материала и образующие кольцевую камеру щечки, периферийная поверхность которых ограничена замкнутой кривой периодического профиля, источник магнитного поля в виде постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью, деформирующие элементы, установленные в кольцевой камере с возможностью пространственного перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности инструмента за счет обеспечения равномерности износа торцевой поверхности щечек, он снабжен жестко соединенными между собой и размещенными в кольцевой камере кольцевыми пластинами и устройством их регулировочного поворота вокруг продольной оси инструмента на угол 360^o/n, где n число периодов замкнутой кривой, ограничивающей периферийную поверхность щечек, при этом кольцевые пластины смонтированы с возможностью взаимодействия с торцевыми поверхностями щечек, обращенными в сторону кольцевой камеры, устройство для регулировочного поворота кольцевых пластин выполнено в виде установленного соосно с ротором с торцевой стороны инструмента диска со ступицей, имеющей винтовой паз, кольца, одним концом закрепленного на диске, а другим на обращенной к диску кольцевой пластине, шайбы с двумя отростками, расположенными с ее диаметрально противоположных сторон, и регулировочного винта, расположенного по оси инструмента, а в корпусе инструмента выполнена прямоугольная канавка, шайба установлена с возможностью вращения относительно регулировочного винта, отростки шайбы размещены в винтовом пазу ступицы и прямолинейной канавке корпуса, при этом в обращенной к диску щечке выполнен радиусный паз, в котором размещен палец.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3