УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИКОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2007 года по МПК B24B39/04 

Описание патента на изобретение RU2296663C1

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для комбинированной отделочно-упрочняющей обработки заготовок из сталей и сплавов электрическим термическим поверхностным пластическим деформированием со статико-импульсным нагружением инструмента.

Известен способ и устройство для чистовой и упрочняющей обработки деталей обкатыванием [1], при котором сообщают движения подачи и скорости обработки инструменту и заготовке, контактирующим под приложенной к инструменту нормально к обрабатываемой поверхности постоянной статической нагрузкой в диапазоне усилий, обеспечивающих достижение заданной шероховатости, и периодической импульсной нагрузкой, изменяющейся в установленном диапазоне от минимального до максимального значения. При этом частоту пульсации нагрузки выбирают в зависимости от требуемой глубины наклепа.

Способ и устройство, реализующее его, отличается низким КПД, большой энергоемкостью, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности.

Известны способ и устройство для статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием, осуществляемым инструментом, к которому нормально к обрабатываемой поверхности прикладывают постоянную статическую нагрузку и перпендикулярную импульсную нагрузку, которая сообщается посредством бойка и волновода, а форму, амплитуду, эффективную длительность и частоту единичных импульсов силы деформирования определяют по приведенным формулам [2].

Известный способ и устройство отличаются ограниченными технологическими возможностями управления в создании гетерогенных упрочненных слоев и регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей за счет совмещения электрического термического воздействия со статико-импульсной обработкой поверхностным пластическим деформированием, позволяющим управлять глубиной упрочненного слоя и микрорельефом поверхности, а также повышение качества обрабатываемой поверхности и производительности обработки.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для поверхностного пластического деформирования, содержащего инструмент с бойком и волноводом, выполненными в виде стержней одинакового диаметра, и закрепленный на свободном конце волновода деформирующий инструмент, установленный из условия приложения к нему нормально к обрабатываемой поверхности заготовки статической нагрузки и периодической импульсной нагрузки, причем оно снабжено низковольтным источником для подвода электрического тока к деформирующему инструменту и токоподводящим роликом, обеспечивающим подвод электрического тока от упомянутого низковольтного источника к заготовке, деформирующий инструмент выполнен в виде деформирующего ролика с наружным диаметром D и радиусом закругления его рабочей поверхности r, причем указанный наружный диаметр D выбран из соотношения 2r≥D/2≥r, а упомянутый токоподводящий ролик установлен диаметрально противоположно относительно деформирующего инструмента из условия приложения к нему статической нагрузки, равной по величине и противоположно направленной статической нагрузке, приложенной к деформирующему инструменту.

Особенности конструкции и работы устройства поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена схема обработки предлагаемым устройством для поверхностного пластического деформирования с электрическим термическим воздействием на примере заготовки - вала, установленного в патроне и заднем центре на токарном станке; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1.

Предлагаемое устройство служит для поверхностного пластического деформирования с использованием постоянной статической и периодической импульсной нагрузки на инструмент и электрическим термическим воздействием на обрабатываемую поверхность.

Заготовку 1, например вал, устанавливают в патроне 2 и поджимают центром 3 задней бабки токарного станка, а деформирующее устройство 4, оснащенное механизмами статического и импульсного нагружения инструмента, - в резцедержателе станка 5 (фиг.1). В качестве механизма статического и импульсного нагружения инструмента применяется гидравлический генератор импульсов [3, 4].

Деформирующее устройство 4 инструмента выполнено в виде деформирующего ролика диметром D и радиусом закругления рабочей поверхности r, соотношение размеров которого определено по формуле:

2r≥D/2≥r,

где D - наружный диметр деформирующего ролика, мм;

r - радиус закругления рабочей поверхности деформирующего ролика, мм.

Инструменту и заготовке сообщают движение подачи и скорости обработки, вводят их в контакт. В направлении нормали к обрабатываемой поверхности к деформирующему инструменту прикладывают постоянную статическую Pст и периодическую импульсную Рим нагрузку.

Статическое нагружение Рст осуществляется посредством пружины 6, смонтированной на волноводе 7. Величина статической силы деформирования выбирается наибольшей из обеспечивающих упругие контактные деформации обрабатываемого материала.

Импульсное нагружение Рим осуществляется посредством удара бойка 8 по торцу волновода 7, являющегося инструментом.

К деформирующему инструменту 4 и обрабатываемой заготовке 1 подводится электрический ток от низковольтного источника 9 большой мощности с целью дополнительного термического воздействия на обрабатываемую поверхность. Электрический ток технологического напряжения подведен к заготовке 1 через токопроводящий ролик 10, к которому приложена равная по величине Рст и противоположно направленная сила статического воздействия на заготовку деформирующим инструментом, при этом токопроводящий ролик 10 установлен диаметрально противоположно к деформирующему инструменту 4.

Токопроводящий ролик 10 выполняет роль подвижного люнета, применяемого при обработке нежестких и тяжелых валов и для уравновешивания односторонне действующей деформирующей силы Рст.

Деформирующий инструмент в виде сферической поверхности (см. прототипы [1, 2]) имеет существенный недостаток: деформирующий элемент находится под действием технологического напряжения от низковольтного источника, и поэтому из-за микроэлектроэрозионных явлений в зоне обработки происходит износ деформирующего инструмента и ухудшается качество обработки. Конструкция предлагаемого деформирующего ролика 4, шарнирно закрепленного на волноводе 7, лишена такого недостатка.

В результате удара бойка 8 по торцу волновода 7 в бойке и волноводе возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать на обрабатываемую поверхность с цикличностью, равной двойной продолжительности импульсов. Дойдя до обрабатываемой поверхности, ударный импульс распределяется на проходящий и отражающий. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы деформации.

При прохождении через зону обработки тока от низковольтного источника большой мощности возникает локальный нагрев обрабатываемого материала, снижаются его твердость и прочность, возрастает предрасположенность материала заготовки к получению последующего технологического воздействия.

В результате статического и импульсного давления и рабочего продольного перемещения деформирующего ролика обеспечиваются пластическое деформирование поверхности заготовки и сглаживание микронеровностей.

Глубина упрочненного слоя, обработанного предлагаемым устройством, достигает 2...3 мм, что значительно (в 3...4 раза) больше, чем при традиционном статическом упрочнении. Наибольшая степень упрочнения составляет 15...30%. В результате электро-статико-импульсной обработки предлагаемым устройством по сравнению с традиционным накатыванием эффективная глубина слоя, упрочненного на 20% и более, возрастает в 2...3 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более, - в 2...2,5 раза.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, упрочненного предлагаемым устройством, проведены экспериментальные исследования обработки вала на токарном станке с использованием специального стенда. Значения технологических факторов (частоты ударов, радиус ролика инструмента, величина подачи) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6...10. Дальнейшее увеличение кратности деформирующего воздействия ведет к разупрочнению. Сила тока 0,3...1,0 кА, скорость обработки 0,2...2 м/с, продольная подача инструмента 0,2...0,3 мм/об.

Величина силы статического поджатия инструмента к обрабатываемой поверхности составляла Pст≥25...40 кН; Рим=255...400 кН. Заготовки из стали 40Х; исходная твердость «сырых» образцов - HV 270...280. Глубина упрочненного электро-статико-импульсной обработкой слоя в 3...4 раза выше, чем при традиционном обкатывании. Упрочненный слой при традиционном статическом обкатывании формируется в условиях длительного действия больших статических усилий. Предлагаемым устройством аналогичная глубина упрочненного слоя достигается в результате кратковременного воздействия на очаг деформации пролонгированного импульса энергии. При близких степенях упрочнения поверхностного слоя величина статической составляющей нагрузки предлагаемым устройством значительно меньше.

Исследования напряженного состояния упрочненного поверхностного слоя электро-статико-импульсной обработкой показали, что максимальные остаточные напряжения находятся близко к поверхности, как при чеканке, что благоприятно для большинства сопрягаемых деталей механизмов и машин. Сравнение глубины напряженного и упрочненного слоя, градиента напряжений и градиента наклепа показывает, что глубина напряженного слоя в 1,1...1,3 раза больше, чем глубина наклепанного слоя, что согласуется с теорией поверхностного - пластического деформирования.

Достигаемая в процессе обработки предлагаемым устройством предельная величина шероховатости составляет Rа=0,08 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 6 раз благодаря локальному нагреву обрабатываемого материала, снижающего его твердость и прочность.

Микровибрации в процессе, реализуемом предлагаемым устройством, благоприятно сказываются на условиях работы инструмента. Наложение малого по амплитуде колебательного движения приводит к более равномерному распределению нагрузки на инструмент, вызывает дополнительные циклические перемещения контактных поверхностей инструмента и заготовки, облегчает формирование упрочняемой поверхности. Колебания способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки. При наложении колебаний деформирующая поверхность инструмента периодически «отдыхает», что способствует увеличению ее стойкости. Обработка в условиях колебаний резко увеличивает эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта инструмента и заготовки.

Источники информации

1. А.с. СССР 456719, МКИ В 24 В 39/00. Способ чистовой и упрочняющей обработки деталей обкатыванием. 1974.

2. Патент РФ 2098259, МКИ6 В 24 В 39/00. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. №96110476/02, 23.05.96; 10.12.97. Бюл. №34.

3. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

4. Патент РФ 2090342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. Бюл. №34, 1997.

Похожие патенты RU2296663C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ЭЛЕКТРОСТАТИКОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Карманов Александр Сергеевич
  • Пряхин Анатолий Анатолиевич
RU2296664C1
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Лазуткин Александр Григорьевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Филина Анна Владимировна
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
RU2286240C1
СПОСОБ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО РАСКАТЫВАНИЯ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Афонин Андрей Николаевич
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2287426C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО РАСКАТЫВАНИЯ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Афонин Андрей Николаевич
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2283748C1
СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Лазуткин Александр Григорьевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Афонин Андрей Николаевич
RU2287423C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ВРАЩАЮЩИМСЯ ИНСТРУМЕНТОМ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Лазуткин Александр Григорьевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Афонин Андрей Николаевич
RU2287424C1
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ 2006
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Якушина Светлана Ивановна
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Подзолков Максим Геннадиевич
  • Карманов Александр Сергеевич
RU2312751C1
ВИБРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Лазуткин Александр Григорьевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Афонин Андрей Николаевич
RU2287422C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ОБКАТЫВАНИЯ ОХВАТЫВАЮЩЕЙ ПРУЖИНОЙ 2006
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Сотников Владимир Ильич
  • Черепенько Аркадий Анатольевич
  • Князева Наталия Владимировна
  • Углова Нина Владимировна
RU2324586C1
СПОСОБ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ 2006
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Подзолков Максим Геннадиевич
  • Селеменев Константин Федорович
RU2324584C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 296 663 C1

Реферат патента 2007 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИКОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к устройствам для комбинированной отделочно-упрочняющей обработки деталей из сталей и сплавов электрическим термическим поверхностным пластическим деформированием со статикоимпульсным нагружением инструмента. Устройство содержит инструмент с бойком и волноводом, закрепленный на свободном конце волновода деформирующий инструмент и токоподводящий ролик, обеспечивающий подвод электрического тока к заготовке. К токоподводящему ролику и деформирующему инструменту подводят электрический ток от низковольтного источника. Деформирующий инструмент выполнен в виде деформирующего ролика и установлен из условия приложения к нему нормально к обрабатываемой поверхности заготовки статической нагрузки и периодической импульсной нагрузки. Токоподводящий ролик установлен диаметрально противоположно относительно деформирующего инструмента из условия приложения к нему статической нагрузки, равной по величине и противоположно направленной статической нагрузке, приложенной к деформирующему инструменту. В результате расширяются технологические возможности, повышается качество обрабатываемой поверхности и производительность обработки. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 296 663 C1

Устройство для поверхностного пластического деформирования, содержащее инструмент с бойком и волноводом, выполненными в виде стержней одинакового диаметра, и закрепленный на свободном конце волновода деформирующий инструмент, установленный из условия приложения к нему нормально к обрабатываемой поверхности заготовки статической нагрузки и периодической импульсной нагрузки, отличающееся тем, что оно снабжено низковольтным источником для подвода электрического тока к деформирующему инструменту и токоподводящим роликом, обеспечивающим подвод электрического тока от упомянутого низковольтного источника к заготовке, деформирующий инструмент выполнен в виде деформирующего ролика с наружным диаметром D и радиусом закругления его рабочей поверхности r, причем указанный наружный диаметр D выбран из соотношения 2r≥D/2≥r, а упомянутый токоподводящий ролик установлен диаметрально противоположно относительно деформирующего инструмента из условия приложения к нему статической нагрузки, равной по величине и противоположно направленной статической нагрузке, приложенной к деформирующему инструменту.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2296663C1

СПОСОБ СТАТИКОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ 1996
  • Лазуткин Александр Григорьевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
RU2098259C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ 2000
  • Дудкина Н.Г.
  • Федоров А.В.
  • Свитачев С.Ю.
RU2168552C1
УСТРОЙСТВО для НАКЛЕПЫВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ 0
  • В. Ф. Мальцев В. П. Кычин Одесский Технологический Институт М. В. Ломоносова
SU387819A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕГО ОБКАТЫВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ 2003
  • Бутенко В.И.
  • Диденко Д.И.
RU2234405C1
WO 9006835 A1, 28.06.1990.

RU 2 296 663 C1

Авторы

Степанов Юрий Сергеевич

Киричек Андрей Викторович

Афанасьев Борис Иванович

Фомин Дмитрий Сергеевич

Карманов Александр Сергеевич

Пряхин Анатолий Анатолиевич

Даты

2007-04-10Публикация

2005-11-14Подача