СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ДЕТАЛЯХ ТИПА ВАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B24B39/04 

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к обработке деталей типа валов (валы, винты, штоки, шпиндели).

Целью изобретения является снижение величины поводки валов, винтов, штоков, шпинделей после обработки резанием, после термической обработки и после приложения к ним эксплуатационных нагрузок за счет снижения в них внутренних напряжений.

На фиг. 1 дан графический способ и устройство для его осуществления, где поз. 1 обозначена обрабатываемая деталь, поз.2 зажимной патрон токарного станка, поз. 3 резцедержатель токарного станка, поз.4 корпус промежуточной опоры, поз.5 корпус нажимной части устройства, установленного и закрепленного в резцедержателе 3. На фиг.2 изображен ступенчатый разрез по А-А фиг.1.

Стрелками обозначены необходимые настроечные и рабочие перемещения частей устройства относительно друг друга и обрабатываемой детали 1.

Способ снижения внутренних напряжений в деталях типа валов (валы, винты, штоки, шпиндели) на стенках токарного типа имеет отличие в том, что к закрепленной консольной в патроне 2 станка и вращаемой сначала в одну, а потом в другую стороны детали 1, опирающейся наружной поверхности своей консольной части на твердые износостойкие, самоустанавливающиеся относительно поверхности детали вкладыши 6 части устройства, называемой промежуточной опорой 4, установленной и закрепленной на суппорте станка, на месте его под подвижный люнет прикладывается к наружной поверхности консольной части детали 1 с преимущественно диаметрально противоположной стороны от действия на деталь 1 вкладышей 6 промежуточной опоры и при продольном относительно детали смещении от опоры 4 нагрузка Р, сообщающая детали 1 через посредство силового контакта и сил трения о клиновую призматическую щель, образованную твердыми износостойкими вкладышами 7 нагружающей части 5 устройства, силы изгиба, кручения, растяжения и сжатия при синхронном перемещении опорной и нагружающей частей устройства и их вкладышей 6 и 7 вдоль оси обрабатываемой детали 1.

Устройство для снижения внутренних напряжений в деталях типа валов (валы, винты, штоки, шпиндели) методом обработки (объездки) поверхности упомянутых деталей силовым контактом на станках токарного типа состоит из промежуточной опорной части 4, корпус которой установлен и закреплен на суппорте станка, на месте его подвижный люнет, и состоит из нагружающей деталь 1 части 5, представленной ее корпусом, устанавливаемым и закрепляемым в резцедержателе 3 станка.

В отверстии корпуса 5 нагружаемой части устройства находится перпендикулярно к поверхности детали 1 подпружиненный и поджимаемый в сторону обрабатываемой детали, проволочной винтовой пружиной (пружинами) 9 и тарельчатыми пружинами 10, а при необходимости и сжатым воздухом, плунжер 8, содержащий в своей ближней к детали 1 части паз, в котором на пальце 11 установлен с возможностью качания в плоскости, перпендикулярной к поверхности детали 1, двуплечий рычаг 12, на переставных кулачках 13 которого установлены и закреплены винтами 14 самоустанавливающиеся шарнирно относительно поверхности детали 1 твердые износостойкие вкладыши 7, образующие собой для детали 1 клиновидную щель-призму.

Проволочная винтовая пружина (пружины) 9 регулируется на предварительное усилие винтом 15 через посредство шайбы 16.

С противоположной относительно обрабатываемой детали стороны плунжера 8 имеется полость 17, давление сжатого воздуха в которой на торец плунжера 8 регулируется и поддерживается редукционным пневмоклапаном 18.

Промежуточная опорная часть 4 устройства содержит плунжер 19, расположенный преимущественно перпендикулярно к оси обрабатываемой детали 1. На прилежащем к детали 1 конце плунжера 19 находятся самоустанавливающиеся шарнирно по поверхности детали 1 вкладыши 6, имеющие возможность передвигаться вместе с плунжером 19 на деталь 1 и от нее посредством винта 20.

Винты 15 и 20 контрятся гайками 21.

По способу нагрузка Р от нажимной (нагружающей) части устройства назначается в зависимости от диаметра обрабатываемой детали и расстояния между промежуточной опорной частью устройства и нажимной (нагружающей) его частью, при этом прилагаемая нажимной (нагружающей) частью устройства сила нагружения меньше силы, вызывающей в детали (обрабатываемой) напряжения, превышающие истинные предельные напряжения предела упругости, а сумма напряжений в обрабатываемой детали от нагрузки нагружающей части устройства и внутренних напряжений обрабатываемой детали, взятых одного направления-знака, превышает истинные предельные напряжения предела упругости, достигнув истинного предела текучести материала обрабатываемой детали.

Для эксплуатации устройства опорная его часть 4 устанавливается и закрепляется на суппорте станка, на месте его под подвижный люнет.

Винтом 20 плунжер 19 вместе с вкладышами 6 подается до соприкосновения вкладышей 6 в поверхность обрабатываемой детали 1.

Нажимная (нагружающая) часть 5 устройства устанавливается и крепится в резцедержателе 3 станка. Передвижением резцедержателя 3 посредством перемещения верхних салазок суппорта устанавливают в зависимости от диаметра обрабатываемой детали расстояние вдоль оси обрабатываемой детали, между вкладышами 6 опорной части и вкладышами 7 нагружающей части устройства.

Чем меньше диаметр обрабатываемой детали, тем меньше необходимое расстояние между вкладышами 6 и 7, и наоборот.

Далее продольным ходом суппорта сдвигают опорные и нагружающую части вправо так, чтобы вкладыши 7 нагружающей части оказались у края обрабатываемой детали 1, после чего поперечным ходом суппорта в направлении детали 1 осуществляют силовой контакт между вкладышами 6 опорной части и вкладышами 7 нагружающей части с обрабатываемой деталью силой, самой по себе не вызывающей в детали напряжений, превышающих истинный предел упругости материала детали. При этом пружины 9 и 10 сжимаются. Детали 1 сообщается вращение, а суппорт станка вместе с закрепленными на нем промежуточной опорой 4 устройства и нагружающей его частью 5 перемещается в направлении патрона 2 станка, при этом обрабатываемая деталь 1 изгибается, закручивается силами трения, а ее слои сжимаются и растягиваются.

Дойдя опорной частью до патрона, меняют направление вращения на обратное и перемещают суппортом части устройства в сторону свободного конца обрабатываемой детали. При этом малоустойчивые остаточные напряжения обрабатываемой детали уничтожаются или становятся достаточно устойчивыми. При последующих чистовой обработке резанием или термообработке поводки деталей будут минимальными и во многих случаях допустимыми.

Деталь, обработанная перед чистовой обработкой по предложенному способу, при эксплуатационных нагрузках в меньшей степени склонна к поводкам.

При необходимости нагружения обрабатываемой детали достаточной нагрузкой в полость 17 под плунжер 8 подается сжатый воздух, давление которого регулируется и поддерживается редукционным пневмоклапаном 18.

Регулировка нагружающего устройства на размер диаметра обрабатываемой детали достигается перемещением кулачков 13 по плечам двуплечевого рычага 12 и последующим креплением их друг к другу посредством выполненных на них ответных зубчатых элементов и винтов 14.

По предлагаемому способу уничтожаются или становятся устойчивыми остаточные напряжения в деталях машин, чем повышается их качество и срок службы.

Использование: поверхностная обработка деталей с целью уменьшения остаточных напряжений. Сущность изобретения: перед чистовой обработкой деталь закрепляют в средстве вращения консолью и вводят в контакт со скользящей опорой. Усилие, прикладываемое к обрабатываемой детали при ее вращении и направленное перпендикулярно оси детали, прикладывают к консольной части детали со стороны, противоположной скользящей опоре относительно продольной оси детали, и при смещении относительно опоры в сторону свободного от крепления конца детали. В процессе обработки периодически изменяют направление вращения детали при одновременном синхронном перемещении скользящей опоры и точки приложения усилия в одном направлении, которые также периодически изменяют в зависимости от направления вращения детали. Величина возникающих в детали напряжений сжатия, растяжения и кручения не превышает истинного напряжения предела упругости материала обрабатываемой детали. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ снижения внутренних напряжений в деталях типа валов, заключающийся в том, что перед чистовой обработкой к обрабатываемой детали при ее вращении прикладывают посредством рабочей поверхности инструмента силовые действия, отличающийся тем, что деталь закрепляют в средстве вращения консольно и вводят поверхностью консольной части детали в контакт с скользящей опорой, а к противоположному скользящей опоре, лежащему по другую сторону относительно продольной оси детали и смещенному в сторону свободного конца детали месту ее поверхности прикладываются силовые действия, вызывающие в детали напряжения изгиба, растяжения, сжатия и кручения при синхронном перемещении скользящей опоры и рабочей поверхности инструмента и при периодическом изменении направления вращения детали. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что как вариант исполнения, рабочая поверхность инструмента выполнена в виде охватывающей поверхность детали при взаимном силовом трении клиновидной щели призмы. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сумма напряжений в обрабатываемой детали от нагрузки и внутренних напряжений одного и того же направления знака превышает истинные предельные напряжения предела упругости.