Способ поверхностной пластической обработки инструментом с деформирующей пружиной

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к способам отделочно-упрочняющей обработки заготовок из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием. Сообщают вращательное движение заготовке и движение подачи вдоль обрабатываемой заготовки инструменту с диском, на котором размещены деформирующие элементы. Деформирующие элементы выполнены в виде витков свернутой в кольцо стальной винтовой цилиндрической пружины из проволоки круглого сечения. Упомянутое кольцо устанавливают с натягом на периферийной поверхности диска, витки пружины располагают и закрепляют в пазах. Пазы имеют форму и размеры ответные виткам пружины, глубину - не менее диаметра проволоки пружины. Пазы выполнены на периферийной поверхности диска под острым углом к продольной оси инструмента, который равен углу наклона витков пружины. При этом инструмент устанавливают с натягом относительно заготовки, обеспечивающим придание виткам, контактирующим с заготовкой, формы эллипса. В результате расширяются технологические возможности и снижается себестоимость процесса обработки. 1 табл., 6 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам отделочно-упрочняющей обработки заготовок из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием инструментом с деформирующими элементми в виде витков кольцевой пружины.

Известен способ и реализующий его инструмент для центробежной обработки, деформирующие элементы (шарики или ролики) которого размещают в радиальных пазах диска с возможностью смещаться в радиальном направлении [1].

Недостатками известного способа являются низкая производительность из-за малого точечного пятна контакта деформирующих элементов, например шариков, с обрабатываемой поверхностью, сложность сборки и настройки, заключающаяся в том, что из-за большого количества деформирующих элементов и малого расстояния между ними невозможно установить и отрегулировать их на одном диаметре, поэтому непостоянный натяг каждого деформирующего элемента ведет к не стабильному и низкому качеству обработанной поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, заключающееся в том, что предлагаемый способ повышает параметр шероховатости обработанной поверхности, увеличивает ее твердость на значительную глубину благодаря не только ударному, но и выглаживающему действиям, повышает производительность за счет увеличения пятна контакта деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, а также снижает себестоимость процесса и удешевляет изготовление инструмента.

Поставленная задача решается предлагаемым способом поверхностной пластической обработки, включающим сообщение вращательного движения заготовке и движения подачи вдоль обрабатываемой заготовки инструменту с диском, на котором размещены деформирующие элементы, причем используют деформирующие элементы в виде витков свернутой в кольцо стальной винтовой цилиндрической пружины из проволоки круглого сечения, которое устанавливают с натягом на периферийной поверхности диска, витки пружины располагают и закрепляют в пазах, имеющих форму и размеры, ответные виткам пружины, глубину - не менее диаметра проволоки пружины и выполненных на периферийной поверхности диска под острым углом к продольной оси инструмента, который равен углу наклона витков пружины, при этом осуществляют установку инструмента с натягом относительно заготовки, обеспечивающим придание виткам, контактирующим с заготовкой, формы эллипса.

Особенности обработки по предлагаемому способу поясняются чертежами. На фиг.1 показан инструмент, реализующий предлагаемый способ, с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины, продольный разрез; на фиг.2 - общий вид по А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - схема процесса обработки поверхностным пластическим деформированием наружной поверхности вала витками пружины предлагаемого инструмента; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4, на фиг.6 - вид по Г на фиг.2.

Предлагаемый способ относится к обработке поверхностным пластическим деформированием наружных и внутренних поверхностей вращения, плоскостей, а с применением копира - фасонных поверхностей, при котором заготовке и инструменту сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности. Можно также обрабатывать прерывистые поверхности и места сопряжений поверхностей.

Обработку выполняют на токарных, шлифовальных и фрезерных станках; при обработке, например, вала ему сообщают вращательное движение V_з, а инструменту - вращательное V_и и движение продольной подачи S_пр.

Деформирующими элементами инструмента, реализующего способ, являются витки 1 из стали круглого сечения винтовой цилиндрической пружины 2, свернутой в кольцо, которое размещено на диске 3.

На периферийной цилиндрической поверхности диска 3, высота которого не более диаметра витка, выполнены пазы 4, расположенные под острым углом к продольной оси инструмента, равным углу наклона витков пружины 2. Форма и размеры пазов 4 являются ответными форме и размерам витков 1 пружины 2, свернутой в кольцо, а глубина пазов выполнена не менее диаметра проволоки пружины.

Винтовая цилиндрическая пружина 2, свернутая в кольцо, установлена с натягом на периферийной поверхности диска 3, при этом витки расположены и закреплены в пазах 4.

Закрепление витков может быть осуществлено чеканкой 5, как показано на фиг.3. В этом случае возможен поворот витка, находящегося в контакте с обрабатываемой заготовкой (см. фиг.4), относительно точки закрепления, который вызывает соударение витков и ведет к нестабильной обработке.

Жесткое закрепление витков в пазах диска, например, с помощью сварки предпочтительнее и позволяет получать стабильное качество обработки.

Сущность процесса заключается в том, что при работе инструмента он устанавливается с некоторым натягом h относительно обрабатываемой заготовки, благодаря которому часть витка, контактирующего с заготовкой, смещается в радиальном направлении, а виток из цилиндрического превращается в эллипс (см. фиг.5). Инструмент с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины вращается с высокой скоростью. Элементы при этом наносят на поверхности заготовки многочисленные удары, пластически деформируя поверхность, и мгновенно отскакивают от нее. Помимо удара элементы за все время контакта производят также и выглаживающее действие.

В результате пластической деформации микронеровностей и поверхностного слоя параметр шероховатости поверхности повышается до Ra=0,1...0,4 мкм при исходном значении Ra=0,8...3,2 мкм. Твердость поверхности увеличивается на 30...80% при глубине наклепанного слоя 0,3...3 мм. Остаточные напряжения сжатия достигают на поверхности 400...800 МПа.

Предварительная обработка детали: шлифование до значения параметра шероховатости Ra=0,4...1,6 мкм, а также чистовое точение или растачивание поверхностей с шероховатостью Ra=3,2 мкм.

Выглаживающе-ударную обработку по предлагаемому способу применяют при изготовлении заготовок из цветных металлов и сплавов, чугуна и стали твердостью до HRC 58...64.

Деформирующие элементы инструмента, т.е. витки пружины изготовляют из сталей: легированных ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, углеродистых инструментальных У10А, У12А, быстрорежущих Р6М5, Р9. Твердость рабочей поверхности витков из сталей - HRC 62...65. Параметр шероховатости рабочего профиля витков пружины Ra=0,32 мкм.

Условия обработки, такие как твердость поверхностного слоя, глубина наклепа и шероховатость поверхности, зависят от силы удара и числа ударов, приходящихся на 1 мм² поверхности. Эти параметры, в свою очередь, зависят от окружной скорости диска, натяга h, размера витков, их числа в диске, частоты вращения, величины подачи на один оборот заготовки и числа проходов.

Пример. Проводилась обработка поверхностей инструментом с деформирующими элементами в виде витков диаметром 8...10 мм кольцевой пружины из проволоки диаметром 2...2,5 мм из стали ШХ15 с режимами, приведенными в табл.1.

1. Режимы обработки поверхностей инструментом с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины

Обрабатываемый материал	Окружная скорость, м/с	Подача, Sпр, мм/об	Натяг, h, мм	Число проходов	Повышение твердости
инструмента,Vи	заготовки,Vз
Сталь	20...40	1...2	0,05...0,15	0,25...0,5	2...3	20...60
Чугун	20...25	0,5...1,5	0,1...0,15	0,2...0,4	2...3	40...70
Дюралюминий	10...15	0,1...0,5	0,05...0,15	0,02...0,3	1...2	30...40
Латунь, бронза	10...15	0,5...1,0	0,05...0,2	0,1...0,2	1...2	30...50
Примечание. Параметр шероховатости в исходном состоянии Ra=0,32...1,6 мкм, после обработки - Ra=0,1...0,32 мкм.

При неправильно выбранном режиме может возникнуть перенаклеп поверхности с растягивающими остаточными напряжениями в поверхностном слое, которые ведут к трещинам и отслаиванию поверхностного слоя.

Для получения высокого качества поверхности необходимо соблюдать следующие условия обработки:

- обеспечение постоянной величины натяга h;

- допускаемое радиальное биение витков кольцевой пружины, отклонения формы и радиальное биение заготовки не должны превышать 0,04...0,05 мм.

Обработка с большими натягами приводит к увеличению шероховатости поверхности, но при этом несколько увеличивается эффект упрочнения. Для получения поверхности заготовки высокого качества перед обработкой заготовки очищают от следов коррозии и обезжиривают. Обработку ведут с использованием смазочно-охлаждающего технологического средства. Деформирующие витки смазывают смесью индустриального масла (60%) и керосина (40%), поверхность заготовки - керосином.

Оставлять припуск под обработку не следует, так как изменение размера весьма незначительно (2...5 мкм). После обработки этим инструментом точность заготовок соответствует 7...9-му квалитетам.

Предлагаемый способ расширяет технологические возможности процесса поверхностного пластического деформирования, повышает параметр шероховатости обработанной поверхности, увеличивает ее твердость на значительную глубину благодаря не только ударному, но и выглаживающему действиям, повышает производительность за счет увеличения пятна контакта деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, а также снижает себестоимость процесса и сокращает расходы на изготовление инструмента.

Источники информации

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. С.412-414.

Способ поверхностной пластической обработки, включающий сообщение вращательного движения заготовке и движения подачи вдоль обрабатываемой заготовки инструменту с диском, на котором размещены деформирующие элементы, отличающийся тем, что используют деформирующие элементы в виде витков свернутой в кольцо стальной винтовой цилиндрической пружины из проволоки круглого сечения, которое устанавливают с натягом на периферийной поверхности диска, витки пружины располагают и закрепляют в пазах, имеющих форму и размеры, ответные виткам пружины, глубину - не менее диаметра проволоки пружины и выполненных на периферийной поверхности диска под острым углом к продольной оси инструмента, который равен углу наклона витков пружины, при этом осуществляют установку инструмента с натягом относительно заготовки, обеспечивающим придание виткам, контактирующим с заготовкой, формы эллипса.