НАКЛЕПЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ДЕФОРМИРУЮЩЕЙ ПРУЖИНОЙ Российский патент 2007 года по МПК B24B39/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к производству инструментов, реализующих способы отделочно-упрочняющей обработки заготовок из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием с импульсным нагруженном деформирующих элементов в виде витков кольцевой пружины.

Известен инструмент для центробежной обработки, деформирующие элементы (шарики или ролики) которого размещают в радиальных пазах диска с возможностью смещения в радиальном направлении [1].

Недостатками известного инструмента являются: низкая производительность из-за малого точечного пятна контакта деформирующих элементов, например шариков, с обрабатываемой поверхностью, сложность сборки и настройки, заключающаяся в том, что из-за большого количества деформирующих элементов и малого расстояния между ними невозможно установить их на одном диаметре, поэтому непостоянный натяг каждого деформирующего элемента ведет к нестабильному качеству обработанной поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, заключающееся в том, что предлагаемый инструмент повышает параметр шероховатости обработанной поверхности, увеличивает ее твердость на значительную глубину благодаря не только ударному, но и выглаживающему действиям, повышает производительность за счет увеличения пятна контакта деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, а также снижает себестоимость процесса и удешевляет изготовление инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого инструмента для обработки поверхностным пластическим деформированием, деформирующие элементы которого размещены на диске, причем деформирующими элементами являются витки из стали круглого сечения винтовой цилиндрической пружины, свернутой в кольцо, которое установлено с натягом на периферийной поверхности диска, при этом витки расположены и закреплены в пазах, выполненных под острым углом к продольной оси инструмента, равным углу наклона витков пружины, а форма и размеры пазов являются ответными форме и размерам витков пружины, свернутой в кольцо, кроме того, глубина пазов выполнена не менее диаметра проволоки пружины.

Особенности конструкции инструмента поясняются чертежами.

На фиг.1 показан предлагаемый наклепывающий инструмент с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины, продольный разрез; на фиг.2 - общий вид по А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - схема процесса обработки поверхностным пластическим деформированием наружной поверхности вала витками пружины предлагаемого инструмента; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4, на фиг.6 - вид по Г на фиг.2.

Предлагаемый инструмент служит для обработки поверхностным пластическим деформированием наружных и внутренних поверхностей вращения, плоскостей, а с применением копира - фасонных поверхностей. Можно также обрабатывать прерывистые поверхности и места сопряжении поверхностей.

Обработку выполняют на токарных, шлифовальных и фрезерных станках; при обработке, например, вала ему сообщают вращательное движение V_з, а инструменту - вращательное V_и и движение продольной подачи S_пр.

Деформирующими элементами предлагаемого наклепывающего инструмента являются витки 1 из стали круглого сечения винтовой цилиндрической пружины 2, свернутой в кольцо, которое размещено на диске 3.

На периферийной цилиндрической поверхности диска 3, высота которого не более диаметра витка, выполнены пазы 4, расположенные под острым углом к продольной оси инструмента, равным углу наклона витков пружины 2. Форма и размеры пазов 4 являются ответными форме и размерам витков 1 пружины 2, свернутой в кольцо, а глубина пазов выполнена не менее диаметра проволоки пружины.

Винтовая цилиндрическая пружина 2, свернутая в кольцо, установлена с натягом на периферийной поверхности диска 3, при этом витки расположены и закреплены в пазах 4.

Закрепление витков может быть осуществлено чеканкой 5, как показано на фиг.3. В этом случае возможен поворот витка, находящегося в контакте с обрабатываемой заготовкой (см. фиг.4), относительно точки закрепления, который вызывает соударение витков и ведет к нестабильной обработке.

Жесткое закрепление витков в пазах диска, например, с помощью сварки, предпочтительнее и позволяет получать стабильное качество обработки.

Сущность процесса заключается в том, что при работе инструмента он устанавливается с некоторым натягом h относительно обрабатываемой заготовки, благодаря которому часть витка, контактирующего с заготовкой, смещается в радиальном направлении, а виток из цилиндрического превращается в эллипс (см. фиг.5). Инструмент с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины вращается с высокой скоростью. Элементы при этом наносят на поверхности заготовки многочисленные удары, пластически деформируя поверхность, и мгновенно отскакивают от нее. Помимо удара элементы за все время контакта производят также и выглаживающее действие.

В результате пластической деформации микронеровностей и поверхностного слоя параметр шероховатости поверхности повышается до Ra=0,1...0,4 мкм при исходном значении Ra=0,8...3,2 мкм. Твердость поверхности увеличивается на 30...80% при глубине наклепанного слоя 0,3...3 мм. Остаточные напряжения сжатия достигают на поверхности 400...800 МПа.

Предварительная обработка детали: шлифование до значения параметра шероховатости Ra=0,4...1,6 мкм, а также чистовое точение или растачивание поверхностей с шероховатостью Ra=3,2 мкм.

Выглаживающе-ударную обработку предлагаемым инструментом применяют при изготовлении заготовок из цветных металлов и сплавов, чугуна и стали твердостью до HRC 58...64.

Деформирующие элементы инструмента, т.е. витки пружины, изготовляют из сталей: легированных ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, углеродистых инструментальных У10А, У12А, быстрорежущих Р6М5, Р9. Твердость рабочей поверхности витков из сталей HRC 62...65. Параметр шероховатости рабочего профиля витков пружины Ra=0,32 мкм.

Условия обработки, такие как: твердость поверхностного слоя, глубина наклепа и шероховатость поверхности, зависят от силы удара и числа ударов, приходящихся на 1 мм² поверхности. Эти параметры, в свою очередь, зависят от окружной скорости диска, натяга h, размера витков, их числа в диске, частоты вращения, величины подачи на один оборот заготовки и числа проходов.

Пример. Проводилась обработка поверхностей инструментом с деформирующими элементами в виде витков диаметром 8...10 мм кольцевой пружины из проволоки диаметром 2...2,5 мм из стали ШХ15 с режимами, приведенными в табл.1.

1. Режимы обработки поверхностей инструментом с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружиныОбрабатываемый материалОкружная скорость, м/сПодача, S_пр, мм/обНатяг, h, ммЧисло проходовПовышение твердости инструмента, V_изаготовки, V_з    Сталь20...401...20,05...0,150,25...0,52...320...60Чугун20...250,5...1,50,1...0,150,2...0,42...340...70Дюралюминий10...150,1...0,50,05...0,150,02...0,31...230...40Латунь, бронза10...150,5...1,00,05...0,20,1...0,21...230...50Примечание. Параметр шероховатости в исходном состоянии Ra=0,32...1,6 мкм, после обработки - Ra=0,1...0,32 мкм.

При неправильно выбранном режиме может возникнуть перенаклеп поверхности с растягивающими остаточными напряжениями в поверхностном слое, которые ведут к трещинам и отслаиванию поверхностного слоя.

Для получения высокого качества поверхности необходимо соблюдать следующие условия обработки:

- обеспечение постоянной величины натяга h;

- допускаемое радиальное биение витков кольцевой пружины, отклонения формы и радиальное биение заготовки не должны превышать 0,04...0,05 мм.

Обработка с большими натягами приводит к увеличению шероховатости поверхности, но при этом несколько увеличивается эффект упрочнения. Для получения поверхности заготовки высокого качества перед обработкой заготовки очищают от следов коррозии и обезжиривают. Обработку ведут с использованием смазочно-охлаждающего технологического средства. Деформирующие витки смазывают смесью индустриального масла (60%) и керосина (40%), поверхность заготовки - керосином.

Оставлять припуск под обработку не следует, так как изменение размера весьма незначительно (2...5 мкм). После обработки этим инструментом точность заготовок соответствует 7...9-му квалитетам.

Предлагаемый инструмент расширяет технологические возможности процесса поверхностного пластического деформирования, повышает параметр шероховатости обработанной поверхности, увеличивает ее твердость на значительную глубину благодаря не только ударному, но и выглаживающему действиям, повышает производительность за счет увеличения пятна контакта деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, а также снижает себестоимость процесса и сокращает расходы на его изготовление.

Источники информации

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. С.412-414.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к производству инструментов для отделочно-упрочняющей обработки заготовок поверхностным пластическим деформированием с импульсным нагруженном деформирующих элементов в виде витков кольцевой пружины. Инструмент содержит диск, на котором размещены деформирующие элементы. Деформирующие элементы выполнены в виде витков свернутой в кольцо стальной винтовой цилиндрической пружины круглого сечения. Пружина установлена с натягом на периферийной поверхности диска. Витки пружины расположены и закреплены в пазах диска, выполненных под острым углом к продольной оси инструмента. Упомянутый угол наклона пазов диска равен углу наклона витков пружины. Пазы диска выполнены с формой и размерами, ответными виткам пружины, и глубиной, равной не менее диаметра проволоки пружины. В результате расширяются технологические возможности и уменьшается стоимость изготовления инструмента. 6 ил., 1 табл.

Инструмент для обработки поверхностным пластическим деформированием, содержащий диск, на котором размещены деформирующие элементы, отличающийся тем, что деформирующие элементы выполнены в виде витков стальной винтовой цилиндрической пружины из проволоки круглого сечения, свернутой в кольцо, установленное с натягом на периферийной поверхности диска, при этом витки пружины расположены и закреплены в пазах, выполненных на диске под острым углом к продольной оси инструмента, равным углу наклона витков пружины, форма и размеры которых являются ответными виткам пружины, а глубина не менее диаметра проволоки пружины.