ЧИСТОВОЙ УПРОЧНЯЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ФАСОННЫХ ОТВЕРСТИЙ Российский патент 2007 года по МПК B24B39/02 

Изобретение относится к технологии машиностроения к механической обработке отверстий в металлических деталях машин, в частности к отделочной и упрочняющей обработке поверхностным пластическим деформированием, и касается конструкции инструмента для отделочно-упрочняющей обработки.

Известно устройство для чистовой упрочняющей обработки цилиндрических и фасонных отверстий, содержащее корпус, механизм нагружения в виде центрального штока с коническими поверхностями и деформирующие элементы [1].

Недостатками известного устройства являются узкие технологические возможности, сложность конструкции и дороговизна изготовления инструмента, большой расход ручного вспомогательного времени на установку и регулировку нагружения, что снижает эффективность обработки, причем небольшая рабочая площадь инструмента уменьшает интенсивность обработки больших внутренних поверхностей и производительность обработки.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей, позволяющих вести обработку не только цилиндрических отверстий, но и фасонных, упрощение конструктивного исполнения и дешевизна изготовления инструмента, повышение производительности, точности и эффективности обработки за счет увеличения рабочей площади контакта инструмента с заготовкой благодаря эллипсной форме витков рабочей деформирующей пружины и высокой упругости инструмента, а также возможности управления обработкой, установка и регулировка нагружения без остановки процесса.

Поставленная задача решается предлагаемым чистовым упрочняющим инструментом для цилиндрических и фасонных отверстий, содержащим корпус, механизм нагружения в виде центрального штока с коническими поверхностями и деформирующие элементы, при этом деформирующие элементы выполнены в виде пружин с витками в форме эллипса, корпус выполнен в виде втулки с радиальными прорезями, которые расположены на одном или нескольких уровнях поперечных сечений корпуса и выполнены из условия размещения в них витков упомянутых пружин, каждая из которых вмонтирована внутри корпуса на своем уровне и установлена из условия схватывания своей конической поверхности центрального штока, а каждая коническая поверхность центрального штока выполнена с направляющими продольными пазами, количество и ширина которых равны количеству и ширине витков пружины.

На фиг.1 изображена схема обработки отверстия предлагаемым инструментом, частичный продольный разрез инструмента; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, обработка цилиндрического отверстия; на фиг.3 - вид А на фиг.1, обработка фасонного, а именно эллипсного, отверстия.

Предлагаемый инструмент служит для чистовой упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД) цилиндрических и фасонных отверстий.

Инструмент содержит корпус 1 в виде втулки, в продольном центральном отверстии которой расположен шток 2, имеющий возможность продольного возвратно-поступательного перемещения. Оригинальность конструкции инструмента заключается в том, что в корпусе 1 выполнены радиальные прорези 3, расположенные на одном или нескольких уровнях поперечных сечений, в которых расположены витки 4 деформирующей пружины, вмонтированной в корпус 1 изнутри. Витки 4 в поперечном сечении представляют собой эллипс для большего контакта с обрабатываемой поверхностью. Такая деформирующая пружина с эллипсными витками 4 и свернутая в кольцо натягивается на шток 2 с некоторым усилием, возникающим благодаря пружинящим свойствам проволоки, из которой пружина изготовлена.

Механизм нагружения выполнен в виде центрального штока 2 с коническими поверхностями 6, которые охватываются деформирующими пружинами. Конические поверхности 6 выполнены с направляющими продольными пазами 5, количество и ширина b_ш которых равны количеству и ширине b_п витков 4 пружины, т.е. b_ш=b_п. При этом пружина натягивается на шток таким образом, что каждый виток 4 попадает в направляющий продольный паз 5 конической поверхности 6.

С целью удобства и возможности монтажа пружины, установленной на штоке, и ввода ее витков 4 в прорези 3 изнутри использовано съемное кольцо 7, которое закреплено на корпусе винтами 8.

Радиальные прорези 3 в корпусе 1 выполнены на нескольких уровнях поперечных сечений и в каждый уровень прорезей вмонтирована своя пружина, которая охватывает свою коническую поверхность, имеющуюся на штоке. Так на фиг.1 представлен инструмент, имеющий две пружины, витки 4 которых расположены в прорезях 3, находящихся на двух уровнях поперечных сечений. Количество уровней прорезей зависит от длины обрабатываемого отверстия и требуемой производительности обработки.

В качестве упругого металлического элемента пружины применяется проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного и др. формы сечения.

Рабочий деформирующий элемент, выполненный в виде упругой металлической проволоки, свернутой в витки эллиптической формы винтовой пружины растяжения, которая, в свою очередь, свернута в кольцо. Упругий рабочий режущий элемент - пружина - выполнен из проволоки, например, по ГОСТ 9389-75, обладающей высокой разрывной прочностью. В качестве материала проволоки используют сталь 65Г, 50ХФА, 60С2А, 65С2ВА по ГОСТ 14595-79. Стальную углеродистую холоднотянутую проволоку, применяемую для изготовления рабочих элемента инструмента, навивают в холодном состоянии и не подвергают закалке.

Диметр проволоки зависит от диаметра обрабатываемого отверстия (диапазона отверстий), деформирующего усилия и др. факторов и может быть от нескольких десятков микрометров и толще.

Ввод упругого винтового инструмента в обрабатываемое отверстие заготовки производят в положении штока, когда пружины не контактируют с его коническими поверхностями. Согласно фиг.1 - это верхнее положение штока, при этом пружины охватывают цилиндрические шейки штока.

При обработке отверстий предлагаемым инструментом ему сообщают вращательное V_и относительно продольной оси и возвратно-поступательное S_пр движения. Кроме того, шток 2 перемещают относительно корпуса 1, тем самым конус натягивает на себя пружину, при этом наружный диаметр пружины увеличивается, благодаря чему обеспечивается радиальная подача деформирующих элементов - витков, необходимая для поверхностного пластического деформирования (ППД).

Многоэлементная деформирующая рабочая поверхность инструмента в виде упругих эллиптических витков пружины способствует свободному проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки, если это требуется по технологическому процессу и позволяет интенсифицировать процесс обработки. Равномерное действие упругих сил металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, повышает точность и производительность обработки.

Биение корпуса 1 штока 2 не влияет на биение металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, так как этот инструмент свободно размещается и ориентируется в обрабатываемом отверстии.

В процессе обработки деформирующие витки соприкасаются с обрабатываемой поверхностью. Вращение и возвратно-поступательное перемещение инструмента относительно обрабатываемой заготовки приводят к обкатыванию поверхности деформирующими витками.

После завершения обработки шток 2 выдвигается из корпуса (на фиг.1, движение вверх), пружины сжимаются и уменьшаются в диаметре и деформирующие витки отходят от обрабатываемой поверхности.

Пример. Обработку осуществляли на хонинговальном станке мод. ОФ-38а, где упрочняли отверстие диаметром 80 мм и длиной 100 мм в заготовках из стали 45 при частоте вращения инструмента 400...1400 об/мин, рабочей подаче инструмента 0,05...0,3 мм/об и фиксируемом силовом воздействии 400...800 Н. Твердость материала заготовки - 32...36 HRC; исходная шероховатость поверхности - Ra=3,2 мкм. Деформирующая эллипсоидная пружина была изготовлена из сплава марки 38ХМЮА и после азотирования имела твердость 60...64 HRC. Затем ее поверхность была отполирована до Ra=0,04...0,08 мкм.

Параметры чистовой и упрочняющей обработки предлагаемым пружинным инструментом приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры чистовой и упрочняющей обработки пружинным инструментомЧастота вращения, об/минПродольная подача, мм/обНагрузка, НШероховатость, Ra, мкм4000,058000,34000,154000,258000,054000,808000,156000,238000,304000,314000,058000,2814000,154001,2014000,306001,10

При обработке в качестве смазывающе-охлаждающей жидкости использовали индустриальное масло 20.

Как следует из представленных в табл.1 данных, при режимах обработки, близких к оптимальным (частота вращения 800 об/мин, продольная подача 0,30 мм/об, нагрузка 400-600 Н), обеспечивалась Ra=0,23...0,3 мкм и упрочнение поверхностного слоя до 15...25%.

Предлагаемый инструмент обладает практической полезностью, технологичен, несложен и дешев в изготовлении, прост в обслуживании, расширяет технологические возможности и обеспечивает высокую эффективность отделочно-упрочняющей обработки не только цилиндрических, но и фасонных внутренних поверхностей.

Источники информации:

1. SU 1286394 А1, В24В 39/00, 30.01.1987 - прототип.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических и фасонных отверстий. Инструмент содержит корпус, механизм нагружения в виде центрального штока с коническими поверхностями и деформирующие элементы. Деформирующие элементы выполнены в виде пружин с витками в форме эллипса. Корпус выполнен в виде втулки с радиальными прорезями. Радиальные прорези расположены на одном или нескольких уровнях поперечных сечений корпуса и выполнены из условия размещения в них витков упомянутых пружин. Каждая пружина вмонтирована внутри корпуса на своем уровне и установлена из условия схватывания своей конической поверхности центрального штока. Каждая коническая поверхность центрального штока выполнена с направляющими продольными пазами, количество и ширина которых равны количеству и ширине витков пружины. В результате расширяются технологические возможности. 3 ил., 1 табл.

Чистовой упрочняющий инструмент для цилиндрических и фасонных отверстий, содержащий корпус, механизм нагружения в виде центрального штока с коническими поверхностями и деформирующие элементы, отличающийся тем, что деформирующие элементы выполнены в виде пружин с витками в форме эллипса, корпус выполнен в виде втулки с радиальными прорезями, которые расположены на одном или нескольких уровнях поперечных сечений корпуса и выполнены из условия размещения в них витков упомянутых пружин, каждая из которых вмонтирована внутри корпуса на своем уровне и установлена из условия схватывания своей конической поверхности центрального штока, а каждая коническая поверхность центрального штока выполнена с направляющими продольными пазами, количество и ширина которых равны количеству и ширине витков пружины.