Способ статико-импульсного упрочнения валов

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. Сообщают продольную подачу устройству, содержащему корпус в виде диска с центральным отверстием для расположения в нем обрабатываемой заготовки и деформирующие элементы. Сообщают вращательное движение обрабатываемой заготовке. Обеспечивают дополнительное радиальное перемещение деформирующим элементам. В корпусе устройства выполнены радиально расположенные отверстия, в которых установлены упомянутые деформирующие элементы. Деформирующие элементы выполнены в виде ступенчатых стержней с надетыми на них винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия. На наружной цилиндрической поверхности диска и на внутренней поверхности его центрального отверстия закреплены кольца с отверстиями для расположения в них наконечников деформирующих элементов. Соосно корпусу с возможностью вращения относительно продольной оси размещено кулачковое кольцо, охватывающее корпус, установленное на подшипнике на торце корпуса и имеющее свой индивидуальный привод вращения. Внутренняя поверхность кулачкового кольца выполнена с впадинами и ступенчатыми выступами, которые набегают на наконечники деформирующих элементов и обеспечивают статическое и импульсное воздействие на обрабатываемую поверхность. В результате расширяются технологические возможности, обеспечивается возможность управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом поверхности. 10 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам и устройствам для отделочно-упрочняющей обработки деталей из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием (ППД) со статико-импульсным нагружением деформирующих элементов.

Известен способ и устройство, реализующее его, для упрочняющей обработки, состоящее из вибратора возвратно-продольных колебаний деформирующего элемента и кулачка, приводимого во вращение от электродвигателя через бесступенчатый редуктор и предназначенного для возбуждения поперечных колебательных движений этого деформирующего элемента [1].

Способ отличается ограниченными возможностями управления в создании гетерогенных упрочненных слоев и регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, низким КПД, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности.

Известен способ ударного вибронакатывания, реализуемый устройством, содержащим корпус, сепаратор с деформирующим элементом, опору в виде гладкого ролика, установленную в корпусе с возможностью вращения, при этом оно снабжено приводом опоры и упругим элементом, один конец которого закреплен на корпусе, а другой на сепараторе [2].

Способ отличается ограниченными возможностями управления в создании гетерогенных упрочненных слоев и регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, низким КПД, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности.

Известен способ вибрационного статико-импульсного упрочнения, реализуемый генератором механических импульсов (ГМИ), отличающийся независимым регулированием энергии и частоты ударов [3, 4]. В конструкцию ГМИ входят: волновод, с закрепленным на нем деформирующим элементом, и боек, которые расположены в корпусе, гидроцилиндр статического воздействия на корпус, гидродвигатель, вращающий золотник кранового распределителя, редукционный клапан и дроссель.

Известный способ реализуется весьма сложной, дорогостоящей, металлоемкой и энергоемкой конструкцией, которая значительно увеличивает себестоимость изготовления обрабатываемых деталей.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием за счет управления глубиной упрочненного слоя, степенью упрочнения и микрорельефом поверхности, при минимальной энергоемкости и трудоемкости изготовления оснастки путем использования устройства имеющего кулачки, набегающие на деформирующие элементы.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа статико-импульсного упрочнения цилиндрических поверхностей валов, при котором устройству, состоящему из корпуса в виде диска с центральным отверстием для расположения в нем обрабатываемой заготовки и установленных в корпусе, деформирующих элементов, сообщают продольную подачу, а обрабатываемой заготовке вращательное движение, причем деформирующим элементам сообщают дополнительное радиальное перемещение, для чего в корпусе выполнены радиально расположенные отверстия, в которых установлены деформирующие элементы в виде ступенчатых стержней с надетыми на них винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия, стремящимися развести деформирующие элементы от центра к периферии, при этом на наружной цилиндрической поверхности и внутренней поверхности центрального отверстия корпуса закреплены кольца, в которых имеются отверстия для расположения в них наконечников деформирующих элементов, причем кольца ограничивают радиальные перемещения деформирующих элементов, кроме того, соосно корпусу с возможностью вращения относительно продольной оси коаксиально размещено кулачковое кольцо, которое охватывает корпус, установлено на подшипнике на торце корпуса и имеет свой индивидуальный привод вращения, при этом внутренняя поверхность кулачкового кольца представляет собой впадины и ступенчатые выступы, набегая которыми на наконечники деформирующих элементов осуществляют статическое и импульсное воздействие на обрабатываемую поверхность.

Особенности работы предлагаемым способом поясняются чертежами.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ, продольный разрез, и схема упрочнения цилиндрической поверхности заготовки вала; на фиг.2 - общий вид по А на фиг.1, вид с торца устройства; на фиг.3 - общий вид по Б на фиг.1, вид с другого торца устройства; на фиг.4 - общий вид устройства; на фиг.5 - вариант конструкции кулачкового кольца; на фиг.6 - вариант схемы наладки для упрочнения валов меньшего диаметра, чем отверстие в корпусе; на фиг.7 - схема положения деформирующего элемента при загрузке, выгрузке и холостом ходе; на фиг.8 - схема положения деформирующего элемента при работе в статическом режиме; на фиг.9 - схема положения деформирующего элемента при работе в статическом режиме с максимальной статической нагрузкой; на фиг.10 - схема положения деформирующего элемента при работе устройства в импульсном режиме.

Предлагаемый способ предназначен для статико-импульсного упрочнения цилиндрических поверхностей валов поверхностным пластическим деформированием (ППД). Устройство, реализующее предлагаемый способ, устанавливается, например, на суппорте токарного станка (не показан), заготовке вала 1, закрепленной в патроне 2 и поджатой задним центром, сообщается вращательное движение VЗ относительно собственной продольной оси, устройству - продольная подача SПР, а деформирующим элементам 3 - импульсная нагрузка РИМ в поперечном радиальном направлении SП.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит из корпуса 4 в виде диска с центральным отверстием для расположения в нем обрабатываемой заготовки 1 и установленных в корпусе деформирующих элементов 3. С этой целью в корпусе 4 выполнены радиально расположенные отверстия 5, в которых установлены деформирующие элементы 3 в виде ступенчатых стержней. На стержни деформирующих элементов 3 надеты винтовые цилиндрические пружины сжатия 6, стремящиеся развести деформирующие элементы от центра к периферии.

На наружной цилиндрической поверхности корпуса 4 и на внутренней поверхности отверстия корпуса закреплены кольца 7 и 8 соответственно, в которых имеются отверстия для расположения в них наконечников деформирующих элементов 3. Кольца 7 и 8 ограничивают радиальные перемещения деформирующих элементов 3.

Соосно корпусу 4 с возможностью вращения относительно продольной оси коаксиально размещено кулачковое кольцо 9, которое охватывает корпус. Кулачковое кольцо 9 установлено на подшипнике 10 на торце корпуса 4 с помощью шкива 11 и фланца 12. Неподвижный фланец 12, который несет на себе неподвижное внутреннее кольцо подшипника 10, жестко закреплен на торце корпуса 4 болтами 13. Наружным кольцом подшипник 10 смонтирован в отверстии шкива 11, последний жестко закреплен на торце кулачкового кольца 9 болтами 14. Шкив 11 является ведомым в клиноременной передаче от индивидуального электродвигателя (не показан) привода вращения кулачкового кольца 9.

Внутренняя поверхность кулачкового кольца 9 представляет собой впадины 15 и ступенчатые выступы 16, набегая которыми на наконечники деформирующих элементов 3 осуществляют статическое РСТ и импульсное РИМ воздействие на обрабатываемую поверхность.

Деформирующие элементы 3 одним торцом контактируют с выступами 16, а другим - с обрабатывающей поверхностью заготовки вала 1. Для обеспечения статической нагрузки РСТ, оказываемой деформирующими элементами 3 на обрабатываемую поверхность, кулачковое кольцо 9 устанавливается так, что деформирующие элементы 3 контактируют с выступами, расположенными на DCT, при этом кулачковое кольцо 9 неподвижно. Если деформирующие элементы 3 контактируют с выступами кольца 9, расположенными на Dmim, при этом кулачковое кольцо 9 неподвижно, то устройство развивает максимальную статическую нагрузку . Эти положения деформирующих элементов при неподвижном кулачковом кольце обеспечивают статический режим работы устройства (см. фиг.8-9).

Импульсная нагрузка РИМ осуществляется при вращении кулачкового кольца 9 за счет воздействия выступов 16 на деформирующие элементы 3 с частотой, зависящей от скорости принудительного вращения кулачкового кольца VИК, а величина импульсной нагрузки РИМ обеспечивается высотой h выступа 16 относительно впадины 15. Вращение кулачкового кольца обеспечивает импульсную нагрузку и создает импульсный режим работы устройства (см фиг.10).

При расположении наконечников деформирующих элементов 3 против впадин 15 кулачкового кольца 9 деформирующие элементы максимально разведены от центра и не контактируют с обрабатываемой заготовкой - это режим загрузки, выгрузки и холостого хода (см. фиг.7).

Предлагаемый способ реализуется, например, на токарном станке, на суппорте (не показаны) которого устанавливается разработанное устройство и крепится к нему с помощью кронштейна 17, который жестко соединен с корпусом 4.

Работа по предлагаемому изобретению осуществляется следующим образом.

Заготовка вала крепится, например, в токарном патроне токарного станка (не показан). Устройство устанавливается на суппорте станка (не показан). В центральное отверстие устройства вводится заготовка и поджимается центром задней бабки. При этом деформирующие элементы максимально разведены от центральной продольной оси, так как их наконечники расположены во впадинах кулачкового кольца. Деформирующие элементы не касаются поверхности заготовки.

Включают вращение заготовки VЗ. Для работы в статическом режиме вручную поворачивают кулачковое кольцо 9 на некоторый угол пока наконечники деформирующих элементов не окажутся на выступах, расположенных на Dст или на выступах, расположенных на Dmin. Затем включают продольную подачу SПР и производят упрочнение с постоянной статической нагрузкой PСТ или . При этом привод вращения кулачкового кольца не включен. В результате этого действия осуществляется статическое пластическое деформирование поверхности заготовки на величину αст или соответственно.

Импульсный режим ППД, характеризуемый наличием ударной нагрузки РИМ, осуществляется при вращении кулачкового кольца за счет воздействия выступов на деформирующие элементы с частотой, зависящей от скорости принудительного вращения кулачкового кольца VИК, а величина импульсной нагрузки РИМ обеспечивается высотой h выступа относительно впадины. Выступы кольца набегают на наконечники деформирующих элементов и ударяют с силой РИМ, вдавливая их в упрочняемую поверхность на величину αим.

Величина силы РИМ зависит от формы и величины выступов h, от жесткости пружин, охватывающих деформирующие элементы, а частота импульсов - от скорости вращения кольца VИК. Пружины, охватывающие деформирующие элементы, дополнительно выполняют функцию демпфирующих элементов, снижающих вибрационные нагрузки на всю конструкцию предлагаемого устройства и на станок.

На кинетическую энергию удара оказывает влияние угловая скорость движения кулачкового кольца и сила статического поджатия деформирующих элементов к упрочняемой поверхности. Количество переданной энергии удара в упрочняемую поверхность будет определяться формой ударных импульсов.

Способ позволяет производить нагружение упрочняемой поверхности ударными импульсами различной формы. Длительность ударных импульсов определяется размерами площадки выступов кольца, с которой контактируют деформирующие элементы.

В отличие от известных схем упрочнения, когда удар осуществляется непосредственно деформирующим элементом и форма импульса регулируется только за счет изменения диаметра и длины деформирующих элементов, в данном устройстве форма импульса может изменяться за счет формы и размеров выступов, что расширяет технологические возможности способа и упрощает конструкцию устройства.

Предлагаемый способ и устройство позволяют вести обработку валов, размеры которых меньше внутреннего диаметра, на котором расположены рабочие наконечники деформирующих элементов (см. фиг.6). В этой схеме настройки не все деформирующие элементы одновременно участвуют в работе. Эксцентричное смещение центральной продольной оси устройства относительно оси заготовки делает устройство универсальным, что позволяет расширить номенклатуру обработки валов и упрочнять ступенчатые валы. Однако одностороннее воздействие ударной нагрузки ведет к прогибу обрабатываемой заготовки и появлению вибраций, в результате чего может привести к снижению качества обработки.

Глубина упрочненного слоя обработанного предлагаемым способом достигает 1,5…2,5 мм, что значительно (в 3…4 раза) больше, чем при традиционном статическом упрочнении. Наибольшая степень упрочнения составляет 15…30%. В результате статико-импульсной обработки предлагаемым способом по сравнению с традиционным накатыванием эффективная глубина слоя, упрочненного на 20% и более, возрастает в 2…3 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более, - в 1,7…2,2 раза.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, упрочненного по предлагаемому способу, проведены экспериментальные исследования обработки вала на токарном станке с использованием разработанного устройства. Значения технологических факторов (частоты ударов, величины продольной и поперечной подач и др.) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6…10. Дальнейшее увеличение кратности деформирующего воздействия ведет к разупрочнению.

Величины сил статической импульсной нагрузки деформирующих элементов на обрабатываемую поверхность составляли Рст≥25…40 кН; Рим=255…400 кН. Заготовки из стали 40Х; исходная твердость «сырых» образцов - HV 270…280. Глубина упрочненного статико-импульсной обработкой слоя в 3…4 раза выше, чем при традиционном обкатывании. Упрочненный слой при традиционном статическом обкатывании формируется в условиях длительного действия больших статических усилий. Предлагаемым способом аналогичная глубина упрочненного слоя достигается в результате кратковременного воздействия на очаг деформации пролонгированного импульса энергии. При близких степенях упрочнения поверхностного слоя величина статической составляющей нагрузки предлагаемым способом значительно меньше.

Исследования напряженного состояния упрочненного поверхностного слоя статико-импульсной обработкой показали, что максимальные остаточные напряжения находятся близко к поверхности, как при чеканке, что благоприятно для большинства сопрягаемых деталей механизмов и машин. Сравнение глубины напряженного и упрочненного слоя, градиента напряжений и градиента наклепа показывает, что глубина напряженного слоя в 1,1…1,3 раза больше, чем глубина наклепанного слоя, что согласуется с теорией ППД.

Достигаемая в процессе обработки предлагаемым способом предельная величина шероховатости составляет Ra=0,08 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 6 раз.

Микровибрации в процессе благоприятно сказываются на условиях работы деформирующих элементов. Наложение малого по амплитуде колебательного движения приводит к более равномерному распределению нагрузки на деформирующие элементы, вызывает дополнительные циклические перемещения контактных поверхностей деформирующих элементов и заготовки, облегчает формирование упрочняемой поверхности. Колебания способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки. При наложении колебаний деформирующая поверхность элементов периодически «отдыхает», что способствует увеличению ее стойкости. Обработка в условиях колебаний резко увеличивает эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта деформирующих элементов и заготовки.

Предлагаемый способ расширяет технологические возможности статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием, позволяет управлять глубиной упрочненного слоя и микрорельефом поверхности.

Достоинствами предлагаемого способа являются возможность создания определенной направленности свойств и текстуры поверхностного слоя металла, что повышает качество обработки; устройство, реализующее способ, отличается компактностью и высоким КПД, малой энергоемкостью (по сравнению с известными [2-4]), достаточно большой глубиной упрочненного слоя и достаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности; способ отличается широкими возможностями управления в создании гетерогенных упрочненных слоев и регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности.

Источники информации, принятые во внимание

1. А.с. СССР 366062, МПК B24B 39/00. Способ упрочнения поверхности металлических деталей. Г.М.Азаревич. 1616331/25-8. 07.12.1970; 10.01.1973.

2. А.с. СССР 1238952, МПК B24B 39/00. Устройство для ударного вибронакатывания. Ю.Г.Шнейдер, Б.Н.Букин, Г.Р.Круглов. 3818752/25-27.04.12.1984; 23.06.1986 - прототип.

3. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

4. Патент РФ 2090342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. 1997. Бюл. № 34.

Способ статико-импульсного упрочнения цилиндрических поверхностей валов, включающий сообщение продольной подачи устройству, содержащему корпус в виде диска с центральным отверстием для расположения в нем обрабатываемой заготовки и деформирующие элементы, установленные в корпусе, и вращательного движения обрабатываемой заготовке, отличающийся тем, что сообщают дополнительное радиальное перемещение деформирующим элементам, которое обеспечивается с помощью выполненных в корпусе радиально расположенных отверстий, в которых установлены деформирующие элементы, выполненные в виде ступенчатых стержней с надетыми на них винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия, обеспечивающими возможность разведения деформирующих элементов от центра к периферии, на наружной цилиндрической поверхности диска и на внутренней поверхности его центрального отверстия закреплены кольца с отверстиями для расположения в них наконечников деформирующих элементов, ограничивающие радиальные перемещения деформирующих элементов, соосно корпусу с возможностью вращения относительно продольной оси размещено кулачковое кольцо, охватывающее корпус, установленное на подшипнике на торце корпуса и имеющее свой индивидуальный привод вращения, при этом внутренняя поверхность кулачкового кольца выполнена с впадинами и ступенчатыми выступами, которые набегают на наконечники деформирующих элементов и обеспечивают статическое и импульсное воздействие на обрабатываемую поверхность.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам обработки иглофрезерованием. .

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для обработки иглофрезерованием. .

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки винтов с небольшой высотой профиля из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием.

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для статико-импульсного поверхностного упрочнения рабочих сферических поверхностей, подверженных интенсивному износу, стальных и чугунных деталей.

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для статико-импульсного поверхностного упрочнения рабочих сферических поверхностей, подверженных интенсивному износу, стальных и чугунных деталей.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки зубчатых колес поверхностным пластическим деформированием в холодном состоянии с импульсным нагруженном инструмента - накатника.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к обработке поверхностным пластическим деформированием, и предназначено для пластического деформирования длинномерных цилиндрических деталей с галтелями.

Изобретение относится к упрочняющей обработке коленчатых валов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки сферических поверхностей деталей

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических валов

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических валов

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам отделочно-упрочняющей обработки винтов

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам отделочно-упрочняющей обработки сферических поверхностей деталей

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к упрочнению галтелей ступенчатого вала

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам отделочно-упрочняющей обработки неполных сферических поверхностей деталей

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки неполных сферических поверхностей деталей

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке поверхностным пластическим деформированием

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке поверхностным пластическим деформированием
Наверх