УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ Российский патент 1994 года по МПК C21D7/02 

Изобретение относится к обработке материалов и изделий из них, а именно к устройствам упрочнения металла методами поверхностной пластической деформации.

Одним из наиболее важных конструкционных элементов, подвергающихся упрочнению поверхностной пластической деформацией, являются отверстия, например болтовые.

Известны устройства обработки внутренних поерхностей отверстий раскатками [1], содержащие силовой элемент с шариками или роликами.

Общим признаком аналога и заявляемого устройства является наличие силового упрочняющего блока.

Описанные устройства достаточно эффективны, однако неудобны в эксплуатации, особенно в полевых условиях (не на металлургических комбинатах) при обработке ранее просверленных отверстий, имеют невысокую производительность. Недостатком также является необходимость корректировки рабочего размера раскатки в зависимости от исходного диаметра отверстия.

Известны также аналогичные устройства, содержащие гидравлический пресс с радиусным пуансоном для упрочнения предварительно снятых фасок и роликовую раскатку.

Общим признаком аналога и заявляемого устройства являются наличие пуансона.

Эти устройства реализуют одновременно две технологии поверхностного упрочнения отверстий, поэтому могут быть реализованы в приемлемых для условий массогабаритных показателях. Однако, они имеют низкую производительность и не могут обрабатывать отверстия без фасок.

Прототипом по технической сущности выбрано устройство упрочнения отверстий, содержащее стационарный пресс и радиусный пуансон для упрочнения кромок.

Общим признаком прототипа и заявляемого изобретения является наличие пуансона.

Это устройство обладает высокой эффективностью упрочнения болтовых отверстий, оцениваемой по абсолютной величине и относительному приросту пределов выносливости болтовых соединений.

Недостаток устройства - большие габариты и масса и, как следствие, невозможность использования в полевых (эксплуатационных) условиях.

Цель изобретения - повышение стойкости конструкционных машиностроительных элементов, имеющих отверстия, например болтовые, усталостному разрушению.

Цель достигается применением метода поверхностной пластической деформации отверстий. При этом во многих случаях устройства для упрочнения должны работать не только в стационарных в(заводстквих) условиях, но и в эксплуатационных, т. е. непосредственно в процессе обслуживания каких-либо машиностроительных комплексов или изделий. Например, целесообразно упрочнять болтовые отверстия в рельсах в полевых условиях. Таким образом можно продлить срок службы рельс без их замены.

Следовательно, во-первых, требование небольших массогабаритных показателей устройства упрочнения, которое определяет принципиальную возможность его использования в эксплуатационных (полевых) условиях. Во-вторых, устройство упрочнения должно обладать достаточно высокой производительностью, иначе может оказаться экономическим нецелесообразным.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого изобретения, состоит в уменьшении массы, габаритов и повышении производительности.

Существенные признаки, характеризующие заявляемое изобретение, включают пуансон, однако в отличие от прототипа, выполненного с центральным отверстием и жестко скрепленный с кольцевым диском из материала с высокой электропроводностью, дополнительно введены плоская кольцевая токовая катушка, выводы которой подключены через ключевой элемент к емкостному накопителю энергии, шток с резьбой на одном конце и силовой частью увеличенного диаметра на другом конце, а также второй пуансон, выполненный в виде накидной гайки, причем шток устанавливается в упрочняемое отверстие таким образом, что с одной стороны отверстия на шток свободно установлены катушка и первый пуансон, а с другой стороны на шток накручен по резьбе второй пуансон.

Признаки, отличительные от прототипа, включают наличие двух пуансонов вместо одного, причем выполненных с центральным сквозным отверстием. Первый пуансон жестко скреплен с кольцевым диском из материала с высокой электропроводностью. Также дополнительно введена плоская кольцевая токовая катушка, выводы которой подключены к вновь введенным ключевому элементу и емкостному накопителю энергии. Дополнительно введен шток с резьбой на одном конце и силовой частью увеличенного диаметра на другом. Перечисленные элементы имеют следующее взаимное расположение. Шток устанавливается в упрочняемое отверстие таким образом, что с одной стороны отверстия на указанный шток свободно надета катушка и первый пуансон, а с другой стороны накручен по резьбе второй пуансон.

Совокупность существенных признаков, включающая два пуансона с общим приводом (механическая связь), позволяет осуществлять двустороннее упрочнение отверстий, что уменьшает количество операций и повышает производительность.

Единственный элемент, закрепляющий устройство в месте использования - это пуансон, выполненный в виде накидной гайки. Удобство и простота закрепления также определяют повышение производительности работы. Накидная гайка может быть закреплена даже без ключа, вручную. Устройство не требует длительной подготовки к работе и установки по меcту.

При условии использования, например, в железнодорожных рельсах механических гайковертов операция упрочнения отверстий может проводиться очень быстро.

Использование одного привода (катушка, медный диск и емкостный накопитель энергии представляют индукционно-динамический привод) для инициирования движения одновременно двух пуансонов определяет малую массу и габариты устройства.

Например, для повышения сопротивления усталости железнодорожных рельс в зоне болтовых отверстий на 50% требуется устройство упрочнения с габаритными размерами 140 х 230 мм и массой 6 кг (без конденсаторной батареи). Конденсаторная батарея в этом случае имеет размеры примерно 420 х 300 х 190 мм и массу 32 кг.

Для заряда конденсаторной батареи может быть использована стандартная схема с одно- или двухполупериодным выпрямителем.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - силовой блок (без емкостного накопителя энергии и схемы его заряда).

Устройство содержит цилиндрический шток 1 с силовой частью (утолщением) 2 большого диаметра, которая представляет единое целое с штоком или имеет тугую посадку на шток. На шток 1 свободно устанавливают плоскую кольцевую токовую катушку, состоящую из электроизоляционного каркаса 3 и обмотки 4, а также пуансон 5. Упрочняющая часть 6 пуансона 5 может быть выполнена из более качественного металла. К пуансону 5 жестко прикреплен кольцевой диск 7 из материала с высокой электропроводностью, например медный. Выводы обмотки 4 подключены через ключевой элемент 8, например замыкающий электрический контакт, к предварительно заряженному емкостному накопителю 9 энергии. На другой конец штока 1 по резьбе накручивают второй пуансон 10, выполненный в виде накидной гайки.

Упрочняющие кромки пуансонов выполнены в виде закругленных фасок.

Устройство работает следующим образом.

Шток 1 с установленными на нем катушкой (каркас 3 с обмоткой 4) и пуансоном 5 вставляют в упрочняемое отверстие, например болтовое отверстие в железнодорожном рельсе. С другой стороны на шток 1 накручивают пуансон 10 и затягивают его гаечным ключом. При этом закругленные фигурные кромки пуансонов частично должны входить внутрь упрочняемого отверстия.

Медный диск 7 с рядом расположенной токовой обмоткой 4 представляют индукционно-динамический привод. Для осуществления упрочнения отверстия (импульсного нагружения) замыкают контакт (элемент 8). Тогда предварительно заряженный емкостной накопитель 9 энергии (батарея конденсаторов) разрядится на обмотку 4. В медном диске 7 будут индуцироваться электрические токи, которые при взаимодействии с током в обмотке 4 приведут к отталкиванию диска 7 вместе с пуансоном 5 от катушки.

Под действием силы отталкивания пуансон 5 будет ударяться в упрочняемое отверстие. Одновременно сила отталкивания, действующая на катушку, будет передаваться через силовую часть 2 штоку 1. Шток 1 будет двигаться, увлекая за собой пуансон 10. Пуансон 10 будет ударять упрочняемое отверстие с противоположной стороны.

Массы пуансона 5 и силовой части 2 штока 1 должны быть равными, чтобы нагартовка упрочняемого отверстия с обеих сторон была одинаковой.

Устройство для упрочнения отверстий может быть использовано для упрочнения отверстий, например болтовых, методом поверхностной пластической деформации. Одновременно осуществляется двустороннее упрочнение кромок отверстий посредством двух пуансонов. Оба пуансона имеют центральные сквозные отверстия и один общий индукционно-динамический привод в виде плоской токовой катушки, медного диска, закрепленного на одном из пуансонов, и предварительно заряжаемого емкостного накопителя энергии. Пуансоны и катушка установлены на общем штоке, который вставляется в упрочняемое отверстие. При этом один пуансон с закрепленным на нем медным диском имеет кодовую посадку на шток. Этот пуансон установлен на штоке таким образом, чтобы медный диск располагался рядом с катушкой. Другой пуансон, расположенный с противоположной стороны упрочняемого отверстия, имеет жесткое резьбовое крепление на штоке. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ, содержащее пуансон, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов и массы и повышения производительности, устройство снабжено плоской кольцевой токовой катушкой, выводы которой соединены с емкостным накопителем энергии, штоком с резьбой на одном конце и силовой частью увеличенного диаметра на другом конце и дополнительным пуансоном в виде накидной гайки, а основной пуансон выполнен с центральным отверстием и с закрепленным на нем диском из материала с высокой электропроводностью, при этом катушка и основной пуансон свободно установлены на штоке, а дополнительный пуансон - на резьбе штока.