Способ комбинированной обработки точением и поверхностным пластическим деформированием

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного пластического деформирования заготовок. Осуществляют обработку торцовых поверхностей вращающейся заготовки токарным резцом и размещенным с отставанием относительно вершины резца в направлении движения поперечной подачи шаровидным деформирующим элементом. Деформирующий элемент установлен в акустическом концентраторе, выполненном с осевым каналом, через который подводят СОЖ. Деформирующему элементу и СОЖ сообщают амплитудно-модулированные колебания ультразвуковой частоты. В результате снижается контактная температура между деформирующим элементом и заготовкой, улучшается отвод тепла из зоны обработки, а также обеспечивается формирование сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое заготовки. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при окончательной обработке торцовых поверхностей заготовок, а также для формирования заданного уровня сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое заготовок деталей типа тел вращения из различных металлов и сплавов.

Существует способ комбинированной обработки деталей по патенту РФ №2355826. В соответствии с ним осуществляют одновременное точение и поверхностно-пластическое деформирование цилиндрических поверхностей заготовок единым инструментом.

Известны также способы пластического поверхностного деформирования цилиндрических поверхностей заготовок по патентам US №5826453 и US №6622570. Трение упрочняющего элемента по поверхности обрабатываемой заготовки вызывает возникновение тепла в зоне обработки, что в свою очередь приводит к снижению величины формируемых сжимающих остаточных напряжений. Указанный ниже технический результат обосновывает способ решения данной проблемы.

Технический результат состоит в повышении производительности процесса формирования в поверхностном слое обрабатываемой заготовки сжимающих остаточных напряжений путем наложения амплитудно-модулированных колебаний ультразвуковой частоты на деформирующий элемент, установленный в акустическом концентраторе и на подаваемую через осевой канал акустического концентратора смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ). Это объясняется увеличением деформационного упрочнения материала поверхностного слоя обрабатываемой заготовки за счет многократного изменения усилия деформирования, снижением трения между индентором, заготовкой и концентратором за счет прерывистого контакта, увеличением объема проходящей через зону обработки СОЖ за счет возникающей в жидкости под воздействием ультразвука кавитации.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе комбинированной обработки к обрабатываемой поверхности заготовки подводят деформирующий элемент шаровидной формы, настроенный с натягом относительно операционного размера на точение, при этом деформирующий элемент пластически деформирует и упрочняет поверхностный слой заготовки. Использование амплитудно-модулированных ультразвуковых колебаний способствует значительному снижению усилий деформирования, необходимых для получения эквивалентных деформаций, снижению контактной температуры и улучшению теплоотвода из зоны обработки из-за вовлечения в кавитационные процессы, возникающие в СОЖ в контактных зонах, паровоздушных пузырьков большего диапазона размеров, позволяя создать сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое, получить высокую поверхностную микротвердость, уменьшить высоту микронеровностей.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в наложении на используемый деформирующий элемент и на подаваемую через осевой канал в акустическом концентраторе СОЖ амплитудно-модулированных колебаний ультразвуковой частоты. При этом деформирующий элемент, обладающий более высокой твердостью по сравнению с твердостью материала обрабатываемой заготовки, устанавливается вдоль обрабатываемой поверхности заготовки так, чтобы он располагался с отставанием относительно вершины токарного резца. Это позволяет формировать сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое обработанной детали, а также увеличить производительность до 2 раз при сохранении или улучшении заданных параметров качества поверхностного слоя обработанной детали.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления, заключаются в следующем.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом, на котором представлена схема комбинированной обработки. На схеме показаны:

1 - заготовка;

2 - токарный резец;

3 - деформирующий элемент;

4 - акустический концентратор;

5 - крышка;

Vз - скорость вращения заготовки;

Vи - скорость вращения деформирующего элемента;

Δ - величина отставания деформирующего элемента относительно вершины резца;

AM УЗК - амплитудно-модулированные ультразвуковые колебания;

СОЖ - смазочно-охлаждающая жидкость.

Сущность изобретения состоит в том, что комбинированную обработку вращающейся со скоростью V_З заготовки 1 ведут токарным резцом 2 и размещенным с некоторым отставанием Δ в направлении движения поперечной подачи деформирующим элементом 3 шаровидной формы, установленном в акустическом концентраторе 4, через осевой канал которого в зону обработки подводится СОЖ, при этом деформирующему элементу и СОЖ сообщают амплитудно-модулированные колебания ультразвуковой частоты.

Способ комбинированной обработки заготовки точением и поверхностным пластическим деформированием, отличающийся чем, что обработку торцовых поверхностей вращающейся заготовки ведут токарным резцом и размещенным с отставанием относительно вершины резца в направлении движения поперечной подачи шаровидным деформирующим элементом более высокой твердости по сравнению с твердостью материала обрабатываемой заготовки, установленным в акустическом концентраторе, через осевой канал которого подводят СОЖ, при этом деформирующему элементу и СОЖ сообщают амплитудно-модулированные колебания ультразвуковой частоты.