СПОСОБ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ВНУТРЕННИХ РЕЗЬБ И ПРОФИЛЕЙ Российский патент 2004 года по МПК B23G5/06 B23P15/52 B24B39/00 B21H3/08 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности, к способам формообразования и упрочнения внутренних резьб и профилей (шлицев, зубьев, кольцевых канавок и т. д.) пластическим деформированием.

Известен способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием [1], при котором сообщают движения подачи и скорости обработки инструменту и заготовке, контактирующим под приложенной к инструменту нормально к обрабатываемой поверхности постоянной статической и периодической динамической нагрузкой от гидравлического генератора механических импульсов.

Способ отличается значительной глубиной упрочненного слоя (до 10 мм и более) и высоким коэффициентом полезного действия за счет более полной реализации энергии дополнительного импульсного воздействия, эффективного использования энергии отраженных волн деформации при сообщении импульсной нагрузки инструменту посредством бойка и волновода.

Однако, этот способ имеет ограниченное применение и может быть реализован только для обработки наружных цилиндрических поверхностей.

Известен способ изготовления внутренних резьб бесстружечным метчиком, имеющим резьбовые деформирующие элементы, перемещающиеся в радиальном направлении под действием статической силы, прикладываемой к хвостовику метчика [2].

Данный способ позволяет повысить производительность обработки, точность накатываемой резьбы, стойкость инструмента.

Однако из-за сложности создания значительных статических сил данный способ не может быть использован при накатывании внутренних резьб с крупным шагом и при обработке заготовок из труднообрабатываемых материалов с повышенной твердостью. Кроме того, данный способ не позволяет обеспечить значительной глубины упрочненного слоя (более 2 мм), которая необходима для тяжелонагруженных ходовых и крепежных резьб и профилей.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей накатывания внутренних резьб и профилей и повышения глубины упрочнения, производительности и качества путем применения для их формообразования и упрочнения статико-импульсной обработки.

Поставленная задача достигается предлагаемым способом статического формообразования внутренних резьб и профилей, включающий пластическое деформирование металла метчиком с раздвижными деформирующими элементами, перемещаемыми в радиальном направлении, к которым прикладывают постоянную статическую нагрузку и фиксацию деформирующих элементов от выпадения из пазов метчика ограничителем хода, причем к резьбовым деформирующим элементам метчика осуществляют приложение периодической динамической нагрузки, посредством бойка, смонтированного в корпусе генератора механических импульсов, радиальное перемещение деформирующих элементов к центру производят посредством стягивающей пружины, а возврат корпуса метчика в исходное положение посла каждого ударного импульса осуществляют пружиной возврата.

На фиг.1 схематично показан способ статико-импульсного формообразования и упрочнения внутренней резьбы с помощью метчика - волновода, продольный разрез; на фиг.2 - вид по А на фиг.1; на фиг.3 - метчик - волновод, реализующий предлагаемый способ, в нерабочем положении, продольный разрез; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3.

Способ статико-импульсного формообразования и упрочнения внутренних резьб (фиг.1) осуществляется с помощью механизма подачи станка, с установленным гидравлическим генератором механических импульсов (не показан), нижняя рабочая часть 1 которого содержит инструмент и вводится в отверстие заготовки 2 [3].

В нижней рабочей части 1 установлен метчик-волновод 3, с равномерно расположенными в нем резьбовыми деформирующими элементами 4, в количестве не менее трех, которые имеют возможность перемещаться относительно корпуса метчика 3 и длина которых несколько больше высоты заготовки 2. Резьбовые деформирующие элементы 4 смещены друг относительно друга в продольном направлении на величину, равную Р_ш/n, где Р_ш - шаг получаемой резьбы, n - количество резьбовых деформирующих элементов 4. Метчик-волновод 3 в нерабочем состоянии (фиг.3-4) с наружным диметром D_min по резьбовым деформирующим элементам 4, меньшим внутреннего диаметра отверстия заготовки D_з, свободно вводится в отверстие заготовки 2.

Как только упорное кольцо 5 соприкасается с неподвижной опорой 6 станка, резьбовые элементы 4 начинают перемещаться в радиальном направлении от центра метчика-волновода, при этом пружина 7 сжимается (фиг.1-2). При соприкосновении резьбовых элементов 4 с отверстием заготовки 2 боек 8 начинает наносить удары по метчику-волноводу 3. Одновременно заготовке 2 сообщают главное вращательное движение V_з и поступательное движение подачи S_пр, равное шагу получаемой резьбы, от соответствующих механизмов станка (не показаны) благодаря тому, что заготовка закреплена в патроне 9.

В зависимости от модели станка вращение и продольная подача может сообщаться инструменту при неподвижной заготовке.

Под действием статической и динамической составляющих нагрузки деформирующие элементы 4 внедряются в отверстие заготовки 2, формируя в ней резьбу. Возврат метчика-волновода 3 в исходное положение после каждого ударного импульса происходит под действием пружины возврата 10, при этом длина перемещения метчика-волновода контролируется ограничителем хода 11, который расположен в пазу метчика-волновода. Деформирующие элементы 4 остаются в постоянном контакте с заготовкой под действием пружины 7 и радиальной силы накатывания. При повороте заготовки на 1/n оборота (n - количество деформирующих элементов) формируется полный профиль резьбы. При этом деформирующие элементы 4 своим скосом упираются в коническую выточку 12 ограничительной втулки 13, которая, в свою очередь, упирается в торец 14 метчика -волновода 3.

Радиальное перемещение деформирующих элементов 4 прекращается, боек 8 прекращает наносить удары по метчику-волноводу 3, и при повороте заготовки на полный оборот метчик-волновод калибрует полученную резьбу.

Для вывода метчика-волновода из обработанной заготовки прекращают вращение заготовки и механизм подачи станка с установленным гидравлическим генератором механических импульсов [3] (не показан) с нижней рабочей частью 1 и метчиком-волноводом выводят.

Под действием пружины 7 ограничительная втулка 13 опускается вниз, а стягивающая пружина 15 перемещает деформирующие элементы 4 радиально к центру, которые выходят из образованного резьбового профиля заготовки и освобождают ее. От выпадения из пазов метчика-волновода 3 деформирующие элементы 4 фиксируются конической выточкой 12 ограничительной втулки 13, стягивающей пружиной 15 и стопорным кольцом 16.

Значительная энергия ударного импульса гидравлического генератора механических импульсов (до 40 Дж и более) позволяет накатывать резьбы с крупным шагом, а также резьбы в труднообрабатываемых заготовках из материалов с повышенной твердостью. При этом достигается значительная глубина упрочнения (до 10 мм и более).

При оснащении метчика-волновода деформирующими элементами соответствующей формы данный способ может использоваться для накатывания различных внутренних профилей, например шлицев (при отсутствии главного вращательного движения и наличии прерывистой круговой подачи) или кольцевых канавок (при наличии главного вращательного движения и отсутствии движения подачи).

Пример. Заготовку-гайку специальную с внутренней резьбой М42×3. Н7 устанавливали в патроне токарного станка 16К20Т1, а метчик-волновод, оснащенный механизмами статического и импульсного нагружения, - в резцедержателе станка. Заготовке сообщали вращательное движение V_з=11 м/мин, а метчику-волноводу - продольную подачу S_пр=3 мм/об, частоту и энергию ударного импульса гидравлического генератора механических импульсов доводили, соответственно, до 35 Гц и 40 Дж. Испытаниями установлено, что производительность процесса повышается в 2...3 раза, размеры резьбы стабильны и соответствуют требуемому квалитету точности, стойкость инструмента повышается в 1,5...2 раза, высота шероховатости резьбовой поверхности уменьшается на 1...2 класса.

Предлагаемый способ и инструмент, реализующий его, в виде метчика-волновода гидравлического генератора механических импульсов, которому сообщаются постоянная статическая и периодическая динамическая нагрузки, позволяет создавать значительные напряжения в пятне контакта инструмента и заготовки при сравнительно небольшой затраченной мощности и способствует более полной передаче энергии ударного импульса в обрабатываемую среду. Наличие в ударной системе гидравлического генератора механических импульсов бойка и метчика-волновода позволяет формировать ударные импульсы рациональной формы, что повышает коэффициент полезного действия процесса накатывания резьбового профиля.

Источники информации.

1. Патент РФ 2098259, МКИ В 24 В 39/00. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. // А.Г.Лазуткин, А.В.Киричек, Д.Л.Соловьев. Заявка № 96110476/02, заявл. 23.05.96, опуб. 10.12.97, бюл. № 34.

2. А.с. СССР 742018. МКИ В 21 Н 3/08. Способ изготовления внутренних резьб и бесстружечный метчик для его осуществления. Г.П.Урлапов. Заявка № 2506431/25-27, 2 532 315/25-27, заявл. 11.07.77, опуб. 25.06.80, бюл. № 23 - прототип.

3. Патент РФ 2090342, МКИ В 24 В 39/04. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. А.Г.Лазуткин, А.В.Киричек, Д.Л.Соловьев. Заявка № 95 122309/02, заявл. 21.12.95, опуб. 20.09.97, бюл. № 26.

Изобретение относится к технологии машиностроения, к обработке металлов давлением, в частности, к изготовлению инструментов, работающих по способу формообразования и упрочнения внутренних резьб пластическим деформированием. В способе статического формообразования внутренних резьб и профилей к резьбовым деформирующим элементам метчика осуществляют приложение периодической динамической нагрузки, посредством бойка, смонтированного в корпусе генератора механических импульсов, радиальное перемещение деформирующих элементов к центру производят посредством стягивающей пружины, а возврат корпуса метчика в исходное положение после каждого ударного импульса осуществляют пружиной возврата. Обеспечивается расширение технологических возможностей накатывания резьб и профилей, повышение глубины упрочнения, производительности и качества. 4 ил.

Способ статического формообразования внутренних резьб и профилей, включающий пластическое деформирование металла метчиком с раздвижными деформируемыми элементами, перемещаемыми в радиальном направлении, к которым прикладывают постоянную статическую нагрузку и фиксацию деформирующих элементов от выпадения из пазов метчика ограничителем хода, отличающийся тем, что к резьбовым деформирующим элементам метчика осуществляют приложение периодической динамической нагрузки, посредством бойка, смонтированного в корпусе генератора механических импульсов, радиальное перемещение деформирующих элементов к центру производят посредством стягивающей пружины, а возврат корпуса метчика в исходное положение после каждого ударного импульса осуществляют пружиной возврата.