ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 1997 года по МПК B24B39/02 B24B39/00 

Изобретение относится к области поверхностного пластического деформирования и может быть использовано для упрочняющей обработки маложестких деталей машин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является инструмент для упрочняющей обработки, содержащий корпус, изготовленный из немагнитного материала, две стальные щечки, имеющие идентичный фасонный профиль в виде периодической замкнутой кривой, впадины которого заполнены вставками из немагнитного материала, образующие кольцевую камеру, открытую от оси инструмента к его периферии, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных перемещений (авт. св. по заявке N 4730821/27 (111366).

К недостаткам указанного инструмента следует отнести то, что деформирующие элементы осуществляют периодические (упорядоченные) колебательные перемещения только в плоскости симметрии кольцевой камеры. В результате деформирующие элементы воздействуют на микровыступы поверхности детали в одном направлении. Это затрудняет процесс поверхностного пластического деформирования, так как не способствует "разглаживанию" микровыступов на поверхности детали. В связи с этим возрастает (увеличивается) шероховатость и волнистость обработанной поверхности детали.

Цель изобретения повышение качества обработанной поверхности за счет снижения шероховатости и волнистости поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном инструменте для упрочняющей обработки, содержащем корпус, изготовленный из немагнитного материала, две стальные щечки, имеющие идентичный фасонный профиль в виде периодической замкнутой кривой, впадины которого заполнены вставками из немагнитного материала, образующие кольцевую камеру, открытую от оси инструмента к его периферии, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных перемещений, согласно изобретению, щечки смещены друг относительно друга на угол, величину которого определяют из соотношения:
α = 180^°/n,
где α угол относительного смещения щечек инструмента;
n число вершин периодического профиля щечек.

Такое выполнение инструмента обеспечивает периодические колебательные перемещения деформирующих элементов (наряду с колебательными перемещениями деформирующих элементов в плоскости симметрии кольцевой камеры) в осевом направлении инструмента, что приводит к усложнению траектории движения деформирующих элементов. В результате деформирующие элементы воздействуют на микровыступы обрабатываемой поверхности с различных направлений (как в нормальном направлении к обрабатываемой детали, так и под углом к ней, в боковом направлении). Это облегчает процесс поверхностного пластического деформирования, "разглаживает" микронеровности и приводит к снижению шероховатости поверхности и волнистости. Качественные характеристики обработанной поверхности при этом повышаются.

На фиг. 1 изображен общий вид инструмента; на фиг. 2 вид А на фиг. 1.

Инструмент содержит корпус 1, изготовленный из немагнитного материала, две стальные щечки 2, 3, имеющие идентичный фасонный профиль 4 в виде периодической замкнутой кривой. Впадины фасонного профиля 4 щечек 2, 3 заполнены вставками 5 из немагнитного материала (см. фиг. 1, 2). Щечки 2, 3 образуют кольцевую камеру 6, открытую от оси 7 инструмента к его периферии. Инструмент содержит кольцевой постоянный магнит 8 с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры 6, деформирующие элементы 9, расположенные в кольцевой камере 6 с возможностью осуществления пространственных перемещений.

Щечки 2, 3 инструмента смещены друг относительно друга на угол a, величину которого определяют из соотношения:
a 360^o/2n 180^o/n,
где a угол относительного смещения щечек инструмента;
n число вершин периодического профиля щечек.

При смещении щечек 2, 3 на угол a обеспечивается (наряду с периодическими колебаниями деформирующих элементов в плоскости симметрии кольцевой камеры инструмента) периодическое смещение деформирующих элементов 9 в осевом направлении инструмента (вдоль оси 7 инструмента). При всех остальных значениях угла относительного смещения щечек 2, 3 при перемещении (в процессе обработки) деформирующих элементов 9 вдоль кольцевой камеры 6 на деформирующие элементы 9 в осевом направлении инструмента будет действовать сила магнитного притяжения деформирующих элементов 9 к стальным участкам щечек 2, 3. В результате деформирующие элементы 9 будут осуществлять в осевом направлении инструмента непериодические колебательные перемещения, вследствие чего качественные характеристики обработанной поверхности снизятся.

Деталь 10 устанавливают в патроне, а корпус 1 инструмента в шпинделе 11 станка. Посредством осевого перемещения инструмента деформирующие элементы 9 вводят в полость обрабатываемого отверстия детали 10. Шпинделю 11 (корпусу 1) сообщают вращение и перемещают инструмент вдоль обрабатываемой поверхности.

Под действием магнитного поля (от магнита 8) деформирующие элементы 9 разгоняются в окружном направлении кольцевой камеры 6 и воздействуют на микро- и макровыступы обрабатываемой камеры 10, осуществляя их сглаживание (деформирование). Перемещаясь в окружном направлении кольцевой камеры 6, деформирующие элементы 9 располагаются то напротив вершин, то напротив впадин фасонного профиля 4 щечек 2, 3. Вследствие этого деформирующие элементы 9 периодически попадают в область с максимальной и минимальной напряженностью магнитного поля. Под действием периодически изменяющегося по величине магнитного поля деформирующие элементы 9 то отрываются, то приближаются к обрабатываемой поверхности детали 10 (при расположении деформирующих элементов 9 напротив впадин периодического профиля 4 деформирующие элементы отрываются от обрабатываемой поверхности, и наоборот).

Так как щечки 2, 3 смещены на угол a (величина этого угла определяется из соотношения 1), то при расположении деформирующего элемента 9 напротив вершин периодического профиля 4 левой щечки 2 этот же деформирующий элемент расположен напротив впадины периодического профиля 4 правой щечки 3. При этом на деформирующий элемент 9 действует в осевом направлении инструмента сила магнитного притяжения к участку вершин периодического профиля 4 левой щечки 2, так как на периодическом профиле 4 правой щечки 3 расположена впадина, заполненная вставкой 5 из немагнитного материала, а силовые линии магнитного поля от магнита 8 замыкаются непосредственно через участок вершины щечки 2 (выполненный из магнитного материала) и деформирующий элемент 9. Сила, действующая в этом случае на деформирующий элемент в осевом направлении, направлена справа налево. При дальнейшем перемещении деформирующих элементов 9 вдоль кольцевой камеры 6 уже у правой щечки 3 будет расположена вершина периодического профиля 4, а у левой щечки 3 расположена впадина аналогичного профиля. В связи с этим силовые линии магнитного поля от магнита 8 замыкаются через деформирующий элемент 9 и участок вершины периодического профиля 4 у правой щечки 3, что обеспечивает притяжение деформирующего элемента 9 к участку вершины периодического профиля 4 уже правой щечки. При этом действующая на деформирующие элементы 9 сила магнитного притяжения действует слева направо (т. е. направлена противоположно рассмотренному выше случаю). Так как положение деформирующих элементов (в процессе их перемещения вдоль кольцевой камеры 6) относительно периодического профиля 4 щечек 2, 3 периодически изменяется, то на деформирующие элементы 9 действует периодическая сила магнитного притяжения, изменяющая периодически свое направление на 180^oC. При этом на микро- и макровыступы обрабатываемой поверхности (наряду с нормально направленной к ним силой) действует и боковая сила, изменяющая периодически свое направление на 180^oC. Деформирующие элементы при этом приобретают еще одно колебательное движение в осевом направлении инструмента. Суммарная траектория деформирующих элементов 9 при этом усложняется. Процесс поверхностного пластического деформирования микро- и макронеровностей обрабатываемой поверхности перемещающимися по сложной периодической поверхности деформирующими элементами обеспечивает "разглаживание" этих микронеровностей и снижает шероховатость и волнистость поверхности. Качественные характеристики обработанной поверхности при этом повышаются.

В качестве примера конкретного выполнения можно привести обработку тонкостенной втулки из бронзы БрA10Mц2Л на станке модели 16К20 ПФ1, оснащенным специальным шпинделем.

Диаметр обработки 120 мм; длина обработки 100 мм.

В качестве деформирующих элементов использовали шарики диаметром 9 мм (ШХ15, ШРС_э 62). Размеры постоянного кольцевого магнита (D x d x h): 80 x 20 x 15 мм. Материал магнита SmCO₅. Величина магнитной индукции в зоне кольцевой камеры инструмента 0,6 Тл. Размер между высшей и нижней точками периодической кривой профиля щечки 15 мм. Полупериод периодической кривой профиля щечек 40 мм. Угол смещения щечек друг относительно друга определяли из выражения (1):
α = 180^°/4 = 45^°.
Число вершин периодического профиля щечек n 4 шт.

Материал профиля щечек сталь 3. Материал немагнитных вставок впадин периодического профиля щечек Д16Т.

Режимы обработки: скорость вращения инструмента 2 м/с; осевая подача инструмента 250 мм/мин; глубина упрочнения 0,15 мм.

При обработке инструментом-прототипом шероховатость составляла R_a 1,25 0,80 мкм; волнистость 12 мкм.

При обработке предлагаемым инструментом шероховатость поверхности составляла R_a 0,32 0,10 мкм.

Предложенный инструмент обеспечивает повышение качественных характеристик обработанной поверхности, так как снижает шероховатость поверхности до R_a 0,32 0,10 мкм и уменьшает волнистость поверхности в 2 раза.

Использование: обработка металлов давлением, деформирование и упрочняющая обработка маложестких деталей машин. Сущность изобретения: инструмент содержит корпус, изготовленный из немагнитного материала, две стальные щечки, имеющие идентичный фасонный профиль, ограниченный периодической замкнутой кривой, во впадинах которой размещены вставки из немагнитного материала, образующие кольцевую камеру, открытую от оси инструмента к его периферии, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры, деформирующие элементы. Деформирующие элементы установлены в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных перемещений, щечки смещены друг относительно друга в плоскости, перпендикулярной оси корпуса на угол, величину которого определяют из соотношения: α = 180^°/n, где α - угол относительного смещения щечек инструмента, n - число вершин периодической кривой, ограничивающей профиль щечек. 2 ил.

Инструмент для упрочняющей обработки, содержащий корпус из немагнитного материала, установленные на корпусе соосно с ним две стальные щечки, образующие кольцевую камеру, открытую от оси инструмента к его периферии, и имеющие идентичный фасонный профиль, ограниченный замкнутой кривой периодического профиля, во впадинах которого установлены вставки из немагнитного материала, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры, деформирующие элементы, установленные в упомянутой камере с возможностью простанственных перемещений, отличающийся тем, что, с целью повышения качества за счет изменения характера воздействия на обрабатываемую поверхность в направлении оси инструмента, щечки установлены на корпусе со смещением одна относительно другой в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, на угол 180^o/n, где n количество вершин периодической кривой, ограничивающей профиль щечек.