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

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 V_З, а инструменту 2 - вращательное движение V_И и движение продольной подачи S_ПР, 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 3_Р и крепежная 3_К части, между которыми находятся демпфирующие 3_Д части.

Рабочая часть 3_Р 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 3_К 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 3_Д части витка, благодаря которым устанавливается натяг h, создаваемый за счет поперечной подачи S_Н.

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 3_К 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 3_Д части витка и кольцо 6 (см. фиг.5 и 6). Инструмент с деформирующими элементами в виде витков кольцевой пружины вращается с высокой скоростью V_И и перемещается в продольном направлении с подачей S_ПР, 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, V_uзаготовки, V_зСталь20...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.

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.

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.