Дорн для образования регулярных микрорельефов внутренних цилиндрических поверхностей Российский патент 2023 года по МПК B24B39/02 

Решение относится к технологии машиностроения, в частности, к нанесению дорном регулярных микрорельефов на внутренние цилиндрические поверхности отверстий деталей из сталей, цветных металлов и сплавов со статико-возвратно-поступательным нагружением деформирующего сборного инструмента.

Известен инструмент для образования частичного регулярного микрорельефа в отверстиях (патент РФ №2200080 В24В 39/02 опубл. 10.03.2003), выполненный в виде втулки, в радиальных отверстиях которой равномерно по окружности размещены шарики, причем инструмент дополнительно содержит размещенный в осевом отверстии втулки сменный опорный стержень, скрепленный с ней посредством винта, расположенного в кольцевой канавке опорного стержня, а противоположный конец втулки выполнен в виде конического хвостовика

Однако недостатком инструмента является то, что конфигурация наносимого частично регулярного микрорельефа ограничена его конструкцией.

В качестве прототипа принят дорн, (патент РФ №2533507 В24В 39/02 опубл. 20.11.2014 бюл. №32) содержащий корпус, в котором установлен шток, соединенный посредством полумуфт, состоящий из двух соосных частей, вращательно-поступательной и поступательно-возвратной, на которой жестко закреплены деформирующее поступательно-возвратное кольцо и опорная шайба, между которыми размещены с зазором деформирующее поступательное кольцо и пластинчатая Z-образная пружина, а в пазу корпуса установлен с возможностью перемещения ограничивающий вращательное движение поступательно-возвратной части штока штифт, причем, на торцовых поверхностях полумуфт планкой закреплены шарики, а тяги жестко соединены с деформирующим поступательным кольцом и направляющей втулкой, расположенной перед деформирующим поступательно-возвратным кольцом, в котором размещены с зазором тяги.

Недостатком дорна по прототипу являются его ограниченные технологические возможности не позволяющие наносить разные по форме и конфигурации регулярные микрорельефы на внутренние цилиндрические поверхности.

Задачей предлагаемого решения является нанесение на внутренние цилиндрические поверхности отверстий различных регулярных микрорельефов посредством дорна.

Технический результат - расширение технологических возможностей дорна за счет нанесения на поверхности отверстий разных регулярных микрорельефов.

Этот технический результат достигается тем, что предложен дорн для образования регулярных микрорельефов внутренних цилиндрических поверхностей, содержащий корпус с размещенными в нем входным вращательно-поступательным валом с установленным на нем упорным шариковым подшипником и нагрузочной шайбой и выходным поступательно-возвратным валом, сопряженными шариковыми полумуфтами, где в пазу корпуса установлен с возможностью перемещения ограничивающий вращательное движение поступательно-возвратного вала штифт, а шайба нагрузочная соединена с шариковой полумуфтой выходного вала растягивающей пружиной, причем, дорн и центрирующая втулка расположены внутри цанги, на лепестках которой нанесен регулярным рельеф, а упорная шайба расположена между торцем лепестковой цанги и корпусом.

Применение данного устройства создает возможность нанесения на внутренние труднодоступные цилиндрические поверхности регулярных (полностью или частично) микрорельефов с заданными формой, размерами, глубиной, взаимным расположением, упрочняющими остаточными напряжениями сжатия и микротвердостью поверхностного слоя. Данное устройство также позволяет наносить локальные микрорельефы на внутренние цилиндрические поверхности.

Реализация возможности нанесения предварительно на формирующую поверхность микрорельефа, отражающегося в процессе обработки, позволяет заранее нормировать, контролировать и управлять процессом.

На фигуре 1 показан предлагаемый дорн для образования регулярных микрорельефов внутренних цилиндрических поверхностей.

Лепестковая цанга 1, дорн 2, центрирующая втулка 3, регулярный рельеф 4, упорная шайба 5, выходной вал 6, входной вал 7, подшипник упорный шариковый 8, шайба нагрузочная 9, корпус 10, шариковая полумуфта 11, шариковая полумуфта 12, крышка 13, штифт 14, продольный паз 15, пружины 16, кольцо подшипника 17, кольцо подшипника 18, шайба 19, две гайки 20, регулярный микрорельеф 21, деталь 22.

Внутри лепестковой цанги 1 расположены дорн 2 и центрирующая втулка 3. На наружной поверхности лепестковой цанги 1 нанесен регулярный рельеф 4. Лепестки цанги 1 на торце сделаны под углом от конуса.

Последовательно дорн 2, центрирующая втулка 3 по скользящей посадке для лепестковой цанги 1, а для выходного вала 6 с натягом и упорная шайба 5 в пазу установлены на выходном валу 6, а на входном валу 7 подшипник упорный шариковый 8 и шайба нагрузочная 9. Выходной вал 6, совершающий поступательно-возвратного движения шариковой полумуфтой 12, сопрягается с входным валом 7, совершающий вращательно-поступательного движения шариковой полумуфтой 11, в корпусе 10 с крышкой 13. На шариковой полумуфте 12 для предотвращения от поворота выходного вала 6 вокруг своей оси установлен штифт 14, входящий другой стороной в продольный паз 15 корпуса 10. Шариковая полумуфта 12 выходного вала 6 соединена растягивающими пружинами 16 с нагрузочной шайбой 9, установленной на входном валу 7 с зазором. Полумуфта 12 имеет только поступательное движение, а полумуфта 11 вращательно-поступательное движение. Чтобы пружины 16 не перекручивались и двигались только в осевом направлении, между полумуфтой 11 и нагрузочной шайбой 9 зажат упорный шариковый подшипник 8, при этом одно кольцо подшипника 17 со стороны нагрузочной шайбы 9 установлено с зазором, а другое кольцо подшипника 18 со стороны шариковой полумуфты 11 с натягом.

Дорн 2 закреплен на выходном валу 6 по резьбовой поверхности при помощи регулирующего комплекта, включающего шайбу 19 и две гайки 20, позволяющими регулировать расстояние В от торца лепестковой цанги 1 до упорной шайбы 5.

Ширина ленточки А дорна 2 равняется расстоянию В от торца лепестковой цанги 1 и упорной шайбы 5,

а сумма размеров А и В равна размеру С - это расстояние расхождения полумуфт 10 и 11

Обработку осуществляют следующим образом.

Дорн 2 для образования регулярных микрорельефов 21 внутренних цилиндрических поверхностей вводят в необработанное отверстие детали 22.

Дорну 2 сообщают поступательно-возвратное перемещение следующим образом. Приспособление приводится в движение поворотом по резьбе крышки 13 входного вала 7, который вращает в крышке 13 и перемещает в корпусе 10 шариковую полумуфту 11.

Шарики полумуфты 11 входного вала 7 начинают давить выступами на шарики полумуфты 12 выходного вала 6. Штифт 14, установленный жестко в полумуфте 12 и одновременно по скользящей посадке в продольном пазу 15 корпуса 10, ограничивает вращательное движение выходного вала 6 и перемещает дорн 2 в поступательном направлении.

Возврат дорна 2 происходит ударным способом за счет смещения по впадинам шариков полумуфт 11 и 12 относительно друг друга и освобождения накопленной энергии в пружинах 16, которые сжимаются, тем самым резко сдвигая выходной вал 6, на расстояние С в возвратном направлении.

В результате, дорн 2 перемещается периодически в поступательном и возвратном направлениях.

Образование регулярных микрорельефов 21 внутренних цилиндрических поверхностей осуществляют следующим образом. Предварительно внутренний диаметральный размер необработанного отверстия детали 22 выполняют равным диаметру рабочей ленточки дорна 2 плюс двойная толщина лепестка цанги, без учета высоты нанесенного регулярного рельефа 4 цанги. Это необходимо для того, что когда дорн 2 входит рабочей ленточкой в лепестки цанги регулярный рельеф 4 впечатывается в необработанную поверхность 22 и превращая ее в поверхность с регулярным микрорельефом 21.

При поступательном перемещении дорн 2 входит в лепестковую цангу 1, разжимает ее, а регулярный рельеф 4, который находится на поверхности лепестков, впечатывается в поверхность заготовки. При движении дорна 2 лепестковая цанга 1 остается на месте до момента появления обратного конуса дорна 2. После этого лепестки цанги 1 сжимаются и отходят от заготовки. При дальнейшем поступательном перемещении дорна 2 и прохождении размера В лепестковая цанга упирается в упорную шайбу 5. Упорная шайба 5 сдвигает цангу 1 в сторону движения дорна 2 на расстояние В.

В момент подачи упорной шайбой 5 лепестковой цанги 1 ее лепестки, сделанные под углом от конуса, входят между, скошенной задней поверхности дорна 2 и поверхностью заготовки в распор, что мешает сдвинуться лепестковой цанге 1 в обратном направлении. Чтобы лепестковая цанга 1 не перекосилась в результате ее подачи упорной шайбой 5, между цилиндрической частью лепестковой цанги 1 и выходным валом 6 расположена центрирующая втулка 3, установленная на скользящей посадке для лепестковой цанги 1 и с натягом для выходного вала 6.

Возвратное перемещение дорна 2 на расстояние «С» происходит ударным способом за счет высвобождения накопленной энергии в пружинах 16 при смещении шариковых полумуфт 11 и 12 относительно друг друга. Однако половина хода поступательного вала 6 перекрывается сдвигом лепестковой цанги упорной шайбой 5 закрепленной в прорези на поступательном выходном валу 6. В момент, когда происходит отскок назад цанги дорна 2, лепестковая цанга 1 остается на месте, а дорн входит в нее и распирает. Для того чтобы при обратном движении дорн 2 не сдвинул лепестковую цангу 1, ее лепестки на торце сделаны под углом на конус, а после того, как следующем периоде дорн 2 выйдет из лепестковой цанги 1, она сожмется и снова может двигаться вслед за дорном 2. Главное условие при этом - усилие сжатия лепестковой цанги I должно быть более усилия трения регулярного рельефа в поверхности заготовки.

В результате данной обработки формируется регулярный микрорельеф с заранее заданными геометрическими параметрами с различными глубиной, формой и размерами. Возможно обеспечение сплошного, локального или дискретного расположения по площади внутренней цилиндрической поверхности, например, группами, линиями, винтами и т.п.

Наряду с этим создается возможность образовывать микрорельефов с взаимным продольным и поперечным расположением в направлении действия нагрузки в эксплуатации и сформировать углубления, «карманы для смазки» для пополнения ею зоны контактирования готовых деталей. «Карманы для смазки» снижают потери на трение, исключают появление натиров, задиров, заедания и схватывания.

За счет повышения площади контактирования регуляризацией улучшаются смачиваемость поверхности при трении, процесс склеивания и др.

Данное конструктивное решение за счет возможности реализации поступательно-возвратного перемещения обрабатывающего инструмента, позволяет наносить регулярный микрорельеф на внутренние цилиндрические поверхности различной протяженности, обеспечиваемое длиной вала 6, а также различного диаметра отверстий за счет заранее заданных размеров дорна 2 и лепестковой цанги 1.

Применение данного технического решения улучшает эксплуатационные свойства внутренних цилиндрических поверхностей, повышает качество, надежность и ресурс машин, снижает потери на трение за счет прерывистости регулярного контактирования, позволяющего пополнять смазкой поверхности и выходить продуктам износа из зоны трения, сопротивляться фреттинг-коррозионному воздействию, а также формировать остаточные напряжения сжатия поверхностного слоя, регулярного по высоте.

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для нанесения регулярных микрорельефов на внутренние цилиндрические поверхности отверстий деталей из сталей, цветных металлов и сплавов. Устройство содержит корпус, в котором расположены сопряженные шариковыми муфтами входной вращательно-поступательный вал с установленными на нем упорным шариковым подшипником и нагрузочной шайбой и выходной поступательно-возвратный вал с установленным на нем дорном. В шариковой полумуфте установлен штифт, входящий другой своей стороной в выполненный в корпусе продольный паз для ограничения поворота указанного выходного вала вокруг своей оси. Нагрузочная шайба соединена с шариковой полумуфтой выходного поступательно-возвратного вала растягивающей пружиной. На указанном выходном поступательно-возвратном валу расположена центрирующая втулка, лепестковая цанга, на наружную поверхность которой нанесен регулярный рельеф, и упорная шайба, расположенная между торцем лепестковой цанги и корпусом. Дорн и центрирующая втулка расположены внутри лепестковой цанги. Расширяются технологические возможности дорна за счет нанесения на поверхности отверстий разных регулярных микрорельефов. 1 ил.

Устройство для образования регулярного микрорельефа на внутренней цилиндрической поверхности отверстия детали, содержащее корпус, в котором расположены сопряженные шариковыми муфтами входной вращательно-поступательный вал с установленными на нем упорным шариковым подшипником и нагрузочной шайбой и выходной поступательно-возвратный вал с установленным на нем дорном, при этом в шариковой полумуфте установлен штифт, входящий другой своей стороной в выполненный в корпусе продольный паз для ограничения поворота указанного выходного вала вокруг своей оси, а нагрузочная шайба соединена с шариковой полумуфтой выходного поступательно-возвратного вала растягивающей пружиной, отличающееся тем, что оно снабжено установленными на указанном выходном поступательно-возвратном валу центрирующей втулкой, лепестковой цангой, на наружную поверхность которой нанесен регулярный рельеф, и упорной шайбой, расположенной между торцем лепестковой цанги и корпусом, при этом дорн и центрирующая втулка расположены внутри лепестковой цанги.