ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО УПРОЧНЕНИЯ РЕЗЬБЫ Российский патент 2009 года по МПК B24B39/04 

Описание патента на изобретение RU2347668C1

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

Известно пневматическое приспособление с инструментом в виде гладкого рабочего ролика, у которого периферийная поверхность имеет форму впадины упрочняемой резьбовой поверхности [1].

Недостатками известного приспособления и инструмента являются низкая производительность из-за малого точечного пятна контакта деформирующего элемента с обрабатываемой резьбовой поверхностью и малого количества деформирующих элементов, невысокое качество обработки, сложность конструкции, сборки и настройки, а также в процессе эксплуатации наблюдаются частые случаи поломки роликов и бойков, работающих в условиях жесткого удара по металлу, что заставляет предъявлять повышенные требования к качеству металла и обработке поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, заключающиеся в том, что предлагаемый инструмент повышает параметр шероховатости обработанной поверхности, увеличивает ее твердость на значительную глубину благодаря не только ударному, но и выглаживающему действиям, повышение производительности за счет увеличения пятна контакта деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью и большому количеству деформирующих элементов а также снижение себестоимости процесса и удешевление изготовления инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого инструмента для импульсного упрочнения резьбы, содержащего диск, на котором размещены деформирующие элементы, выполненные в виде витков стальной пружины из проволоки круглого сечения и свернутой в кольцо, установленной с натягом на периферийной поверхности диска, причем рабочая часть витков пружины выполнена по форме резьбовой канавки обрабатываемой резьбовой поверхности, а крепежная часть витков выполнена прямолинейной, при этом между рабочей и крепежной частями витка имеются демпфирующие части, кроме того, периферийная поверхность диска, куда крепятся витки, представляет собой кольцо, выполненное из тонкой стальной пружинящей ленты, установленное на резиновой втулке на ступице и закрепленное посредством вулканизации.

Особенности конструкции инструмента поясняются чертежами.

На фиг.1 показан предлагаемый упрочняющий инструмент с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины, продольный разрез по А-А на фиг.2; на фиг.2 - общий вид инструмента с торца; на фиг.3 - вариант инструмента с пружиной с плотной навивкой деформирующих витков; на фиг.4 - общий вид инструмента по Б на фиг.2; на фиг.5 - схема процесса обработки поверхностным пластическим деформированием наружной резьбовой поверхности вала предлагаемым инструментом; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.5.

Предлагаемый инструмент служит для обработки поверхностным пластическим деформированием для упрочнения наружных и внутренних резьбовых поверхностей вращения.

Обработку выполняют на токарных, шлифовальных и фрезерных станках; при обработке, например, как показано на фиг.5-6, вала 1 с резьбовой поверхностью ему сообщают вращательное движение VЗ, а инструменту 2 - вращательное движение VИ и движение продольной подачи SПР, равной шагу упрочняемой резьбы.

Деформирующими элементами предлагаемого упрочняющего инструмента 2 являются витки 3 из стальной проволоки круглого сечения винтовой пружины 4, свернутой в кольцо, которое установлено с натягом на периферийной поверхности диска 5.

В конструкции деформирующих витков 3 можно различить несколько частей, выполняющих различные функции: рабочая 3Р и крепежная 3К части, между которыми находятся демпфирующие 3Д части.

Рабочая часть 3Р витков 3 пружины 4 выполнена по форме резьбовой канавки обрабатываемой резьбовой поверхности 1. Размеры рабочей части витка больше размеров впадины упрочняемой резьбы на величину натяга h, благодаря которому реализуется упрочнение.

Крепежная часть 3К витков 3 выполнена прямолинейной и предназначена для крепления витка к периферии диска 5. Эта часть может иметь не только прямолинейную форму, но и форму периферии диска, на которую она крепится.

Между рабочей и крепежной частями находятся демпфирующие 3Д части витка, благодаря которым устанавливается натяг h, создаваемый за счет поперечной подачи SН.

Периферийная поверхность диска 5, куда крепятся витки 3, представляет собой демпфирующее кольцо 6, выполненное из тонкой стальной пружинящей ленты. Винтовая пружина 4, свернутая в кольцо, установлена с натягом на периферийной поверхности демпфирующего стального кольца 6.

Крепление витков 3 к кольцу 6 осуществляют с помощью точечной сварки или другими известными способами. Кольцо 6 установлено на резиновой втулке 7, которая в свою очередь, установлена на ступице 8 диска 5. Втулка 7, предназначенная для гашения ударов витков при их входе в контакт с заготовкой, изготовлена из резины и закреплена на ступице 8 посредством вулканизации, которая позволяет также закрепить кольцо 6 на ступице 8.

Высота ступицы 8 и кольца 6 диктуется длиной крепежной части 3К деформирующего витка 3, которая зависит от шага упрочняемой резьбы и должна быть не менее длины этой части.

Сущность процесса заключается в том, что при работе инструмента он устанавливается (за счет радиальной подачи Sн) с натягом h относительно обрабатываемой заготовки, благодаря которому рабочая часть витка, контактирующего с впадиной резьбовой поверхности заготовки, смещается в радиальном направлении к центральной оси инструмента, при этом деформируются демпфирующие 3Д части витка и кольцо 6 (см. фиг.5 и 6). Инструмент с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины вращается с высокой скоростью VИ и перемещается в продольном направлении с подачей SПР, равной шагу упрочняемой резьбы. Элементы 3 при этом наносят на поверхности заготовки многочисленные удары, пластически деформируя резьбовую поверхность, и мгновенно отскакивают от нее. Помимо удара элементы 3 за все время контакта производят также и выглаживающее действие.

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

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

Выглаживающе-ударную обработку предлагаемым инструментом применяют при изготовлении резьбы в заготовках 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, Х12М, 9Х, 5ХНМ, 60С2, 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 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 и числа проходов.

Пример. Проводилась обработка валов из стали 40, имеющих упорную резьбу диаметром до 600 мм с углами профиля 45 и 30° и шагами 12, 18 и 24 мм инструментом с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины из проволоки диаметром 8...12 мм из стали ШХ15. Упрочнение производилось при медленном вращении заготовки, обеспечивающем круговую подачу 1...1,5 мм на каждый удар витком, с энергией удара 34 Нм. Средний диаметр резьбы уменьшился на 0,35%. Такая деформация соответствует повышению предела выносливости валов на 40%, которая способствует многократному увеличению их долговечности.

Режимы обработки резьбовых поверхностей инструментом с деформирующими элементами в виде профильных витков кольцевой пружины приведены в таблице.

Обрабатываемый материалОкружная скорость, м/сНатяг, h, ммЧисло проходовПовышение твердостиинструмента, Vuзаготовки, VзСталь20...401...20,5...0,752...320...60Чугун20...250,5...1,50,4...0,82...340...70Дюралюминий10...150,1...0,50,05...0,61...230...40Латунь, бронза10...150,5...1,00,2...0,41...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 0,05...0,08 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 деформирующих витков, повышает производительность за счет увеличения пятна контакта деформирующих витков с обрабатываемой поверхностью, а также снижает себестоимость процесса и сокращает расходы на его изготовление.

Источники информации

1. Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. - М.: Машиностроение, 1966, с.152-153.

2. Патент РФ №2294824, МПК В24В 39/00. Накатывающий инструмент с деформирующей пружиной. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Самойлов Н.Н., Афанасьев Б.И., Шакулин О.П., Батранина М.А., Савостикова Т.В., Фомин Д.С. Заявка 2005131656/02, 12.10.2005; 10.03.2007. Бюл. №7.

Похожие патенты RU2347668C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО УПРОЧНЕНИЯ РЕЗЬБЫ 2007
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Тарасов Дмитрий Евгеньевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Тиняков Алексей Иванович
RU2347669C1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ КРУПНЫХ РЕЗЬБ 2007
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Тарасов Дмитрий Евгеньевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Тиняков Алексей Иванович
RU2355552C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ РЕЗЬБЫ 2007
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Тарасов Дмитрий Евгеньевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Тиняков Алексей Иванович
RU2347660C1
СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ЧИСТОВОЙ И УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Шакулин Олег Петрович
  • Батранина Марина Алексеевна
  • Савостикова Татьяна Владимировна
  • Василенко Юрий Валерьевич
RU2303513C1
КОМБИНИРОВАННЫЙ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНО-ВЫГЛАЖИВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Шакулин Олег Петрович
  • Батранина Марина Алексеевна
  • Савостикова Татьяна Владимировна
  • Василенко Юрий Валерьевич
RU2303512C1
СПОСОБ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ОБКАТЫВАНИЯ ВАЛОВ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Мельков Юрий Петрович
  • Забродин Олег Михайлович
RU2297317C1
МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ОБКАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Сотников Владимир Ильич
RU2297319C1
ОБКАТЫВАЮЩЕЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ С ДЕФОРМИРУЮЩЕЙ ПРУЖИНОЙ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Мельков Юрий Петрович
  • Забродин Олег Михайлович
RU2297318C1
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТОМ С ДЕФОРМИРУЮЩЕЙ ПРУЖИНОЙ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Шакулин Олег Петрович
  • Батранина Марина Алексеевна
  • Савостикова Татьяна Владимировна
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
RU2297315C1
НАКЛЕПЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ДЕФОРМИРУЮЩЕЙ ПРУЖИНОЙ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Шакулин Олег Петрович
  • Батранина Марина Алексеевна
  • Савостикова Татьяна Владимировна
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
RU2294824C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 347 668 C1

Реферат патента 2009 года ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО УПРОЧНЕНИЯ РЕЗЬБЫ

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к отделочно-упрочняющей обработке резьбовых поверхностей заготовок. Инструмент содержит диск, на котором размещены деформирующие элементы, выполненные в виде витков стальной пружины из проволоки круглого сечения и свернутой в кольцо, установленном с натягом на периферийной поверхности диска. Рабочая часть витков пружины выполнена по форме резьбовой канавки обрабатываемой резьбовой поверхности, а крепежная часть витков выполнена прямолинейной. Между рабочей и крепежной частями витка имеются демпфирующие части. Периферийная поверхность диска, предназначенная для крепления витков, представляет собой кольцо, выполненное из тонкой стальной пружинящей ленты, установленное на резиновой втулке на ступице и закрепленное посредством вулканизации. В результате расширяются технологические возможности процесса поверхностного пластического деформирования, повышается параметр шероховатости обработанной поверхности, увеличивается ее твердость, повышается производительность, а также снижается себестоимость процесса. 6 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 347 668 C1

Инструмент для импульсного упрочнения резьбы, содержащий диск, на котором размещены деформирующие элементы, выполненные в виде витков стальной пружины из проволоки круглого сечения, свернутой в кольцо, установленное с натягом на периферийной поверхности диска, отличающийся тем, что рабочая часть витков пружины выполнена по форме резьбовой канавки обрабатываемой резьбовой поверхности, а крепежная часть витков выполнена прямолинейной, при этом между рабочей и крепежной частями витка имеются демпфирующие части, а периферийная поверхность диска, предназначенная для крепления витков, представляет собой кольцо, выполненное из тонкой стальной пружинящей ленты, установленное на резиновой втулке на ступице и закрепленное посредством вулканизации.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2347668C1

НАКЛЕПЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ДЕФОРМИРУЮЩЕЙ ПРУЖИНОЙ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Шакулин Олег Петрович
  • Батранина Марина Алексеевна
  • Савостикова Татьяна Владимировна
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
RU2294824C1
Деформирующая прошивка 1988
  • Ведмедовский Виктор Антонович
  • Холодов Борис Филиппович
  • Богданов Андрей Анатольевич
  • Счастный Игорь Иванович
SU1620276A1
Инструмент для поверхностного упрочнения деталей 1980
  • Усов Виктор Петрович
  • Бутурлакин Владимир Васильевич
  • Кулаков Геннадий Алексеевич
SU942967A1
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЧИСТОВОЙ И УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ 1991
  • Никифоров А.В.
  • Осипов Ю.И.
  • Павлов Г.А.
RU2006361C1
Устройство для чистовой и упрочняющей обработки цилиндрических отверстий 1987
  • Ершов Анатолий Александрович
  • Никифоров Александр Владимирович
  • Будукин Андрей Николаевич
  • Алехин Алексей Васильевич
  • Маталаев Вячеслав Николаевич
SU1504072A1
Перфоратор 1977
  • Умаров Турдубай
SU665083A1

RU 2 347 668 C1

Авторы

Степанов Юрий Сергеевич

Киричек Андрей Викторович

Тарасов Дмитрий Евгеньевич

Афанасьев Борис Иванович

Сотников Владимир Ильич

Фомин Дмитрий Сергеевич

Василенко Юрий Валерьевич

Тиняков Алексей Иванович

Даты

2009-02-27Публикация

2007-09-18Подача