СПОСОБ ОБКАТКИ НЕПОЛНЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 2006 года по МПК B24B39/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке поверхностным пластическим деформированием (ППД) неполных сферических поверхностей, например автомобильных шаровых пальцев.

Известен способ обкатки неполных сферических поверхностей, согласно которому обрабатываемой заготовке и деформирующему инструменту сообщают вращательное движение, причем деформирующему инструменту сообщают вращение по окружности, лежащей в плоскости, смещенной относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, при этом угловая скорость деформирующего инструмента связана с угловой скоростью обрабатываемой заготовки соотношением ω_ин≫ω_з, кроме того, дано математическое соотношение между усилием нагружения и усилием обкатывания [1].

Недостатком известного способа является так называемое «переобкатывание», в результате которого происходит излишнее деформирование и отслаивание упрочненного поверхностного слоя. Неблагоприятные условия обработки заготовки в области сферической поверхности, близлежащей к оси вращения заготовки, где происходит многократное (до 700 и более раз) обкатывание, которое приводит к увеличенной пластической деформации, углубленному следу и отрицательно отражается на высоте микронеровностей. Поэтому способ отличается неустойчивостью и нестабильностью процесса обкатки, что ведет к появлению большого количества бракованных деталей.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа обкатки неполных сферических поверхностей путем обеспечения возможности колебательной возвратно-вращательной и установочной подач обрабатываемой заготовки, а также снижение себестоимости и улучшение качества изготовления благодаря использованию многоэлементного обкатного инструмента.

Поставленная задача решается предлагаемым способом обкатки неполных сферических поверхностей, включающим сообщение заготовке и деформирующему инструменту, представляющему собой многоэлементный обкатной инструмент, вращательных движений вокруг собственных осей, при этом окружность, по которой совершает вращательное движение деформирующий инструмент, располагают в плоскости, смещенной относительно центра заготовки, причем деформирующему инструменту сообщают колебательные возвратно-вращательные движения относительно центра обрабатываемой сферической поверхности заготовки и осевую установочную подачу, кроме того, продольную ось деформирующего инструмента располагают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через ее центр, определяемый по формуле:

β=arcsin(h/R_сф),

где h - величина смещения плоскости размещения окружности, по которой осуществляет движение деформирующий инструмент, относительно центра обрабатываемой сферической поверхности заготовки, мм;

R_сф - радиус обрабатываемой сферической поверхности заготовки, мм.

Особенности предлагаемого способа поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена схема обработки неполной сферической поверхности автомобильного шарового пальца предлагаемым способом; на фиг.2 - устройство для реализации предлагаемого способа, вид А на фиг.1.

По предлагаемому способу обрабатываемая заготовка 1 (например, автомобильный шаровой палец) закрепляется в приспособлении 2, которое установлено на шпинделе (не показан), например, токарного станка (не показан). Заготовке 1 сообщается вращательное движение V_з относительно собственной продольной оси. Деформирующий инструмент 3, представляющий собой многоэлементный обкатной инструмент, располагается на инструментальном шпинделе 4 инструментальной головки 5, которая установлена на подвижных салазках 6 на суппорте 7, например, токарного станка (не показан).

Деформирующему инструменту 3 сообщают вращательное движение вокруг собственной оси со скоростью V_и, которая значительно выше скорости заготовки V_з. Поэтому установленный в шпинделе 4 деформирующий инструмент 3, его деформирующие элементы описывают в пространстве окружность, плоскость которой смещена относительно центра сферы на величину h, и упрочняет полоску материала по окружности радиусом R_у (зона упрочнения). В результате вращения заготовки зона упрочнения последовательно переносится на всю неполную сферическую поверхность.

При обкатывании многоэлементным обкатным инструментом оптимальная скорость вращения заготовки значительно выше по сравнению с одноэлементным обкатным инструментом и определяется по формуле:

V_з=k·V_з ¹,

где k - число деформирующих элементов;

V_з ¹ - скорость вращения заготовки при обработке одноэлементным обкатным инструментом.

С целью предотвращения излишнего деформирования и отслаивания упрочненного поверхностного слоя деформирующему инструменту 3 сообщают колебательные возвратно-вращательные движения S_к относительно центра обрабатываемой сферической поверхности на угол ±Δ, принимаемый равным 2...3°. Колебательное движение S_к осуществляется с помощью подвижных салазок 6, на которые установлена инструментальная головка 5.

Осевую установочную подачу S_у, необходимую для оказания давления деформирующими элементами на обрабатываемую поверхность, осуществляют известным механизмом осевой подачи, расположенным в инструментальной головке 5.

Так как обрабатывается неполная сферическая поверхность, то продольную ось деформирующего инструмента устанавливают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферы, определяемый по формуле:

β=arcsin(h/R_сф),

где h - величина смещения плоскости вращения деформирующих элементов относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, мм;

R_сф - радиус обрабатываемой сферической поверхности, мм.

Предлагаемый способ обкатки неполных сферических поверхностей основан на свойстве сферической поверхности, заключающемся в том, что ее любое сечение плоскостью, включая плоскости, смещенные относительно центра сферы, дает окружность. Это позволяет представить процесс формообразования неполной сферы методом ППД как движение образующей линии окружности, описанной деформирующими элементами, плоскость которой смещена относительно центра сферы, по направляющей линии - окружности, полученной за счет вращения обрабатываемой заготовки. Таким образом, точность формообразования сферы определяется не профилем инструмента, а точностью траектории этих движений, т.е. кинематикой процесса, что позволяет получить сферические поверхности высокой точности.

Колебательные возвратно-вращательные движения S_к, используемые в предлагаемом способе, уменьшают число обкатываний деформирующими элементами в точке А_сф сферы до минимального и безопасного с точки зрения отслаивания наклепанного поверхностного слоя количества раз и распределяются на более обширную зону от В_сф до С_сф, в результате чего перенаклеп не появляется. С изменением положения точки контакта А_сф деформирующего элемента с обрабатываемой сферой от В_сф до С_сф повышается класс шероховатости обкатываемой поверхности и стабилизируется процесс ППД.

Пример. Установленную в специальном электромеханическом приспособлении в шпинделе передней бабки токарного станка мод. 16К20Ф3 заготовку пальца шарового верхнего 2101-2904187, изготовленную из стали 20Х ГОСТ 1050-74, обрабатывают сферу диаметром 32,7±0,1; исходный параметр шероховатости Ra=3,2 мкм, достигнутый - Ra=0,63; многоэлементным шариковым деформирующим инструментом, содержащим 13 шариков диаметром 8,73 мм (от шарикоподшипника №109 ГОСТ 8338-75) на следующих режимах: скорость обкатывания V_и=120 м/мин (n_и=1168 мин^-1); скорость вращения заготовки (подача) V_з=0,13 мм^-1; S_у - ручная, осуществляли до значения усилия обкатывания, равного Р_о≈1700...1750 Н, колебательная возвратно-вращательная подача S_k=90 град/мин (на угол ±Δ=2...3°), диаметр сферы изменился после обкатывания на 0,02 мм (0,01 мм на сторону), глубина наклепанного слоя находилась в пределах 0,15...0,20 мм; смазывающе-охлаждающей жидкостью при обкатывании служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).

Требуемая шероховатость и точность сферической поверхности была достигнута через Т_м=0,68 мин (против Т_м ^баз=2,75 мин по базовому варианту при традиционной обработке обкатыванием на Орловском сталепрокатном заводе ОС-ПАЗ). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68 и на профилометре мод. 283 тип АН ГОСТ 19300-86. В обработанной партии (равной 100 штук) бракованных деталей не обнаружено. Отклонение обкатанной поверхности от сферичности составило не более 0,02 мм, что допустимо ТУ.

Использование в предлагаемом способе многоэлементного деформирующего инструмента и колебательного возвратно-вращательного движения S_к позволяет значительно уменьшить осевое усилие обкатывания, достичь высокой производительности обработки (требуется всего 1,5...2 оборота заготовки), обеспечить высокую точность.

Источник информации

1. Патент РФ 2031770, МКП⁶ В 24 В 39/04, 39/00. Способ обработки неполных сферических поверхностей деталей поверхностным деформированием. Гаврилин А.М., Самойлов Н.Н. 5045958/27; 14.04.92; 27.03.95. Бюл. №9 - прототип.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к поверхностному пластическому деформированию неполных сферических поверхностей. Способ включает сообщение заготовке и деформирующему инструменту, представляющему собой многоэлементный обкатной инструмент, вращательных движений вокруг собственных осей. Окружность, по которой совершает вращательное движение деформирующий инструмент, располагают в плоскости, смещенной относительно центра заготовки. Дополнительно деформирующему инструменту сообщают колебательные возвратно-вращательные движения относительно центра обрабатываемой сферической поверхности заготовки и осевую установочную подачу. Причем продольную ось деформирующего инструмента располагают под углом к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через ее центр. Расширяются технологические возможности, повышается производительность и улучшается качество. 2 ил.

Способ обкатки неполных сферических поверхностей, включающий сообщение заготовке и деформирующему инструменту, представляющему собой многоэлементный обкатной инструмент, вращательных движений вокруг собственных осей, при этом окружность, по которой совершает вращательное движение деформирующий инструмент, располагают в плоскости, смещенной относительно центра заготовки, отличающийся тем, что деформирующему инструменту сообщают колебательные возвратно-вращательные движения относительно центра обрабатываемой сферической поверхности заготовки и осевую установочную подачу, причем продольную ось деформирующего инструмента располагают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через ее центр, определяемым по формуле

β=arc sin(h/R_сф),

где h - величина смещения плоскости размещения окружности, по которой осуществляет движение деформирующий инструмент, относительно центра обрабатываемой сферической поверхности заготовки, мм;

R_сф - радиус обрабатываемой сферической поверхности заготовки, мм.