ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 1995 года по МПК B24B39/00 B24B39/02 

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию и может быть использованo для упрочняющей обработки нежестких деталей машин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому инструменту относится инструмент для упрочняющей обработки, содержащий корпус и щечки, изготовленные из немагнитного материала, кольцевую камеру, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных колебательных перемещений, устройство разгона деформирующих элементов, выполненное в виде ротора, изготовленного из немагнитного материала и установленного в отверстии корпуса, подшипников, муфты, электродвигателя, источника магнитного поля, закрепленного на роторе.

К недостаткам указанного инструмента следует отнести то, что незначительна по величине периодическая магнитная сила, действующая на деформирующие элементы. Мала частота изменения периодической магнитной силы, действующей на деформирующие элементы. В связи с этим уменьшаются частота и сила динамического воздействия деформирующих элементов на обрабатываемую поверхность, что приводит к уменьшению производительности обработки и снижению качества обработанной поверхности.

Цель изобретения повышение производительности и качества обработанной поверхности за счет увеличения частоты колебаний деформирующих элементов и силы динамического воздействия деформирующих элементов на обрабатываемую поверхность.

Эта цель достигается тем, что в известном инструменте для упрочняющей обработки, содержащем корпус и щечки, изготовленные из немагнитного материала, кольцевую камеру, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных колебательных перемещений, устpойство разгона деформирующих элементов, выполненное в виде ротора, изготовленного из немагнитного материала и установленного в отверстии корпуса, подшипников, муфты, электродвигателя, источника магнитного поля, закрепленного на роторе, согласно изобретению, магнит на роторе выполнен с последовательным и равномерным чередованием полюсов по окружности, а инструмент снабжен дополнительным магнитом, идентичным магниту ротора, дополнительный магнит установлен неподвижно в отверстии корпуса инструмента, магниты установлены соосно оси ротора, симметрично плоскости симметрии кольцевой камеры, смежные торцовые поверхности магнитов установлены с зазором, при этом минимальная величина зазора равна сумме торцовых биений магнитов, а максимальная величина зазора не превышает значение ширины кольцевой камеры инструмента.

Такое выполнение инструмента обеспечивает увеличение частоты изменения магнитной силы, а также величины периодической магнитной силы, действующей на деформирующие элементы. В связи с этим увеличивается частота и сила динамического воздействия деформирующих элементов на обрабатываемую поверхность, что приводит к повышению производительности обработки и качества обработанной поверхности.

На фиг. 1 представлен общий вид инструмента; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1 (поперечное сечение магнита ротора; аналогичный вид имеет поперечное сечение и дополнительного магнита инструмента).

Инструмент содержит корпус 1 и щечки 2, 3, изготовленные из немагнитного материала, кольцевую камеру 4, деформирующие элементы 5. Деформирующие элементы 5 расположены в кольцевой камере 4 с возможностью осуществления пространственных колебательных перемещений. Инструмент содержит устройство разгона деформирующих элементов 5, выполненное в виде ротора 6, изготовленного из немагнитного материала, подшипников 7, муфты 8, электродвигателя 9, источника магнитного поля. Источник магнитного поля выполнен в виде магнита 10 с последовательным и равномерным чередованием полюсов по окружности и закреплен на роторе 6.

Инструмент снабжен дополнительным магнитом 11, идентичным магниту 10 ротора 6. Дополнительный магнит 11 установлен неподвижно в отверстии 12 корпуса 1 инструмента. Магниты 10, 11 установлены соосно оси 13 ротора 6 симметрично плоскости симметрии 14 кольцевой камеры 4. Смежные торцовые поверхности 15, 16 магнитов 10, 11 установлены с зазором δ Минимальная величина зазора δ равна сумме торцовых биений магнитов 10, 11 (в противном случае магниты 10, 11 взаимодействуют между собой, и это приводит к их поломке и делает невозможным вращение ротора 6 с магнитом 10). Максимальная величина зазора δ не превышает значение ширины (Н) кольцевой камеры 4, так как в этом случае исключается влияние магнитного поля от магнитов 10, 11 на деформирующие элементы 5 и делается невозможным разгон деформирующих элементов 5 вдоль кольцевой камеры 4 (следовательно, невозможно осуществить поверхностное пластическое деформирование поверхности детали деформирующими элементами 5).

Инструмент работает следующим образом.

Деталь 17 устанавливают в патроне, а корпус 1 инструмента в резцедержателе 18 станка. Инструмент вводят в обрабатываемое отверстие и совмещают плоскость симметрии 14 кольцевой камеры 4 с торцoм детали 17. Посредством электродвигателя 9 и муфты 8 ротору 6 сообщают вращение и перемещают инструмент с подачей вдоль обрабатываемой поверхности. Так как магнит 10 закреплен на роторе 6, он также вращается и при этом воздействует на деформирующие элементы 5. Под действием вращающегося магнитного поля деформирующие элементы 5 (вследствие действия на них периодически изменяющейся магнитный силы) осуществляют пространственные колебательные перемещения (в пределах кольцевой камеры 4) и при столкновении с обрабатываемой поверхностью осуществляют ее динамический наклон (упрочнение). На поверхности детали формируется лунчатообразный регулярный профиль.

Величина магнитной силы, действующей на деформирующие элементы 5 в процессе обработки, характеризуется величиной градиента напряженности магнитного поля в зоне кольцевой камеры 4.

Градиент напряженности магнитного поля периодически изменяется в процессе обработки и зависит от относительного расположения полюсов неподвижного магнита 11 и вращающегося магнита 10. При положении полюсов магнитов 10, 11 (фиг. 1), когда смежные полюса магнитов различны, силовые линии магнитного поля замыкаются посредством указанных полюсов. В этом случае градиент напряженности магнитного поля максимален. При повороте магнита 10 (в процессе его вращения) на угол α (см.фиг.2) смежные полюса магнитов 10, 11 становятся идентичными. В связи с этим замыкание силовых магнитных линий через полюса рядом расположенного магнита минимально (силовые линии магнитного поля замыкаются на собственные противоположные полюса каждого из магнитов). Градиент напряженности магнитного поля в этом случае минимален по величине. При очередном повороте магнита 10 на угол α полюса магнитов 10, 11 опять становятся различными, а градиент напряженности магнитного поля в области кольцевой камеры 4 максимален.

Таким образом в процессе обработки поверхности детали предлагаемым инструментом обеспечивается периодическое изменение градиента напряженности магнитного поля в области кольцевой камеры 4 (вследствие изменения схемы замыкания полюсов магнитов 10, 11). В связи с этим увеличивается частотa изменения магнитной силы, а также возрастает величина периодической магнитной силы, действующей на деформирующие элементы 5. Это в свою очередь приводит к увеличению частоты и силы динамического воздействия деформирующих элементов на обрабатываемую поверхность и приводит к повышению производительности обработки и качества обработанной поверхности.

В качестве примера конкретного выполнения можно привести обработку отверстия втулки на станке 16К20Т.

Диаметр обработки 110 мм; длина обработки 150 мм. Материал обрабатываемой детали Д16Т. Толщина стенки обрабатываемой детали 5 мм. В качестве деформирующих элементов использовали шарики диаметром 11 мм из стали ШХ15 (HRC_э 62). В качестве источников магнитного поля использовали постоянные магниты (в форме звездочки) с последовательным и равномерным чередованием полюсов по окружности. Угловое смещение полюсов в окружном направлении магнита 90^о (общее количество полюсов 4 шт.). Материал магнитов SmCo_5. Максимальная величина магнитной индукции в зоне кольцевой камеры 0,6 Тл; минимальная величина магнитной индукции в зоне кольцевой камеры 0,1 Тл. Ширина кольцевой камеры инструмента (Н) 11,5 мм. Минимальная величина зазора между торцовыми поверхностями магнитов составляла 0,2 мм (равна сумме торцовых биений магнитов). Минимальная величина зазора между торцовыми поверхностями магнитов 11,5 мм (равна ширине кольцевой камеры инструмента).

Режимы обработки следующие: скорость вращения ротора 800-1500 об/мин; осевая подача инструмента 400 мм/мин.

Шероховатость поверхности составила при обработке инструментом-прототипом R_а 0,63-0,58 мкм; при обработке предлагаемым инструментом R_а 0,32-0,28 мкм. Глубина упрочнения 0,3 мм.

Для достижения глубины упрочнения 0,3 мм инструментом-прототипом потребовалось 4 прохода инструмента, а предлагаемым инструментом только один проход.

Предлагаемый инструмент обеспечивает повышение качества обработанной поверхности, так как шероховатость поверхности снижается до R_а 0,32-0,28 мкм. Производительность обработки повышается в 4 раза.

Использование: при обработке металлов давлением, поверхностном пластическом деформировании. Сущность изобретения: инструмент содержит ротор, изготовленный из немагнитного материала, щечки, образующие кольцевую камеру. В кольцевой камере установлены с возможностью пространственного перемещения деформирующие элементы. Щечки изготовлены из немагнитного материала. Источники магнитного поля установлены симметрично относительно плоскости симметрии кольцевой камеры. Один из источников магнитного поля размещен на роторе, соосно с ним, а другой установлен в отверстии корпуса. Каждый источник магнитного поля выполнен с равномерно расположенными в чередующемся порядке по ограничивающей его поверхность замкнутой кривой полюсами. Минимальная величина зазора между торцевыми поверхностями источника равна сумме их торцевых биений, а максимальная не превышает ширины кольцевой камеры. 2 ил.

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ, содержащий установленный в корпусе с возможностью вращения ротор из немагнитного материала, щечки из немагнитного материала, образующие кольцевую камеру, в которой размещены деформирующие элементы, установленные с возможностью пространственных колебательных перемещений, источник магнитного поля, закрепленный на роторе соосно с ним, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества обработки за счет увеличения частоты колебаний деформирующих элементов и усилия динамического воздействия их на обрабатываемую поверхность, он снабжен дополнительным источником магнитного поля, выполненным идентично первому и установленным в отверстии корпуса симметрично первому относительно плоскости симметрии кольцевой камеры, при этом каждый источник магнитного поля выполнен с равномерно расположенными в чередующемся порядке по замкнутой кривой, ограничивающей поверхность источника магнитного поля, полюсами, а минимальная величина торцевого зазора между смежными поверхностями источников магнитного поля равна сумме их торцевых биений, а максимальная величина не превышает ширины кольцевой камеры.