УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛОЧНО - УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК B24B39/06 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочно-упрочняющей обработке плоских поверхностей поверхностным пластическим деформированием и предназначено для использования в различных отраслях металлообрабатывающей промышленности.

Известно устройство для отделочно-упрочняющей обработки плоских поверхностей поверхностным пластическим деформированием (article 111114 Materials & Design, Volume 223, November 2022, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127522007365), которое представляет собой многороликовый вращающийся инструмент, предназначенный для обработки деталей на фрезерных станках, имеющий в качестве рабочего элемента головку с четырьмя роликами, расположенными по окружности равноудалённо друг от друга и от её геометрического центра.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются наличие головки с расположенными по окружности деформирующими элементами.

Недостатками известного устройства являются: низкая производительность и эффективность в сглаживании поверхности из-за малого количества деформирующих элементов и простой кинематики их движения, а также отсутствие пружины сжатия, создающей рабочее давление деформирующих элементов на обрабатываемую поверхность, что делает устройство жёстким, следовательно, при обработке таким инструментом к поверхности после предыдущей операции предъявляются повышенные требования по плоскостности и параллельности, значения которых не должны превышать заданный натяг, иначе нарушается равномерность пластической деформации и в отдельных местах происходит перенаклёп.

Известно устройство для отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием плоских поверхностей вибронакатыванием (RU 2437750 C1, МПК В24В 39/06, опубликовано 27.12.2011). Известное устройство представляет собой корпус с расположенными по диаметру деформирующими элементами, закреплённый на шпинделе станка, которому сообщают вращение. В корпусе с торца по диаметру расточены глухие отверстия, расположенные под углом к продольной оси, при этом в отверстиях с возможностью возвратно-поступательного перемещения по скользящей посадке вдоль их осей установлены штоки, на внешних торцах которых закреплены деформирующие элементы - шарики, а на внутренние торцы штоков воздействуют пакеты тарельчатых пружин, предварительно сжатые и создающие рабочее давление.

На свободном торце корпуса напрессовано кольцо с кулачками, входящее в контакт с кулачковым барабаном неподвижно закреплённом на станке, с помощью которого корпусу устройства дополнительно сообщается импульсное движение, а деформирующие элементы совершают радиальные возвратно-поперечные колебательные (осциллирующие) движения.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются применение корпуса, в котором равноудалённо друг от друга и от его геометрического центра установлены штоки с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своей оси, на внешних торцах которых закреплены деформирующие элементы – шарики, а верхние торцы поджаты пружинами, создающими рабочее давление.

Недостатком известного устройства является неравномерная пластическая деформация при обработке за счёт переменного усилия прижатия в момент импульсной нагрузки и невысокая эффективность в снижении шероховатости и сглаживании неровностей из-за формирования на поверхности микрорельефа в виде системы непрерывных канавок или волн.

Известно устройство для отделочно-упрочняющей обработки плоских поверхностей поверхностным пластическим деформированием (Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. – М.: Машиностроение, 1987, 328 с. (см. с.63), предназначенное для обработки деталей на фрезерных станках, которое представляет собой упругую обкатную головку с напрессованным кольцом упорного подшипника, по которому катятся рабочие шары, расположенные в конусных гнёздах сепаратора. Сепаратор свободно вращается на подшипнике установленном по скользящей посадке на выступ головки. Шарики поджимаются к беговой канавке под действием пружины, действующей на сепаратор снизу и сжимаемой винтом через гайку и шайбу.

Таким образом, обработка плоской поверхности детали осуществляется не одним шариком, а большим количеством шариков подшипника под воздействием прижимающей силы. При этом головка с верхнего торца оснащена тарельчатой пружиной, позволяющей устанавливать необходимое рабочее давление на обрабатываемую поверхность.

Указанный инструмент является наиболее близким аналогом и может быть принят в качестве прототипа устройства для ППД плоских поверхностей деталей машин и элементов конструкций.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются применение поджатой с верхнего торца пружиной рабочей головки с напрессованным кольцом упорного подшипника, по концентрической канавке которого перемещаются рабочие шары, размещённые в гнёздах сепаратора, свободно вращающегося на подшипнике, установленном на выступе головки, при этом рабочие шары поджимаются к концентрической канавке под действием пружины поджимаемой винтом через шайбу, а также наличие хвостовика в виде конуса Морзе для крепления в шпинделе вертикально фрезерного станка.

Недостатками известного прототипа являются: простая кинематика движения деформирующих элементов при продольной подаче заготовки без использования дополнительных осциллирующих движений, что обеспечивает низкую эффективность в сглаживании поверхности, а также малую производительность при обработке поверхностей большой площади из-за использования всего лишь одной рабочей головки.

Задача изобретения заключается в создании устройства для поверхностного пластического деформирования плоских поверхностей деталей машин и элементов конструкций..

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности сглаживания неровностей обрабатываемой поверхности, а также в повышении производительности процесса поверхностного пластического деформирования за счёт использования инструмента, содержащего две и более рабочих головки с большим количеством деформирующих шариков, размещённых на общем ведущем диске с возможностью радиально-осциллирующего вращения.

Указанный технический результат достигается тем, устройство для отделочно-упрочняющей обработки плоских поверхностей поверхностным пластическим деформированием, предназначенное для применения на вертикально фрезерных станках, содержащее поджатый пружиной рабочий диск с напрессованным кольцом упорного подшипника, по которому катятся рабочие шары, размещённые в гнёздах свободно вращающегося сепаратора, отличающееся тем что, оно снабжено ведущим диском, в котором по окружности расположены сквозные отверстия, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения установлены штоки в количестве двух и более штук, имеющие смонтированные на нижних торцах рабочие диски, а на верхних торцах предварительно сжатые пружины, создающие рабочее давление деформирующих элементов на поверхность обрабатываемой детали, при этом ведущий диск имеет смещённое от геометрического центра резьбовое отверстие в которое вкручивается эксцентриковая втулка, имеющая смещенное от геометрического центра сквозное отверстие со шпоночным пазом, в которое по скользящей посадке установлен хвостовик Морзе и зафиксирован от проворота шпонкой.

Отличием заявляемого изобретения от прототипа является то, что оно снабжено ведущим диском, в котором по окружности расположены сквозные отверстия, в которых с возможностью возвратно-поступательного движения установлены штоки в количестве двух и более штук, имеющие смонтированные на нижних торцах рабочие диски, а на верхних торцах предварительно сжатые пружины, создающие рабочее давление деформирующих элементов на поверхность обрабатываемой детали, при этом ведущий диск имеет смещённое от геометрического центра резьбовое отверстие в которое вкручивается эксцентриковая втулка, имеющая смещенное от геометрического центра сквозное отверстие со шпоночным пазом, в которое по скользящей посадке установлен хвостовик Морзе и зафиксирован от проворота шпонкой.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Значительная часть элементов конструкции, включая рабочие органы, представляют собой стандартные изделия, что существенно упрощает её изготовление и снижает себестоимость. Величина эксцентриситета регулируется резьбовой втулкой путём её поворота в резьбовом отверстии ведущего диска. Рабочее давление деформирующих элементов на обрабатываемую поверхность обеспечивается вертикальным перемещением рабочего стола станка.

Наличие в конструкции пружин сжатия, поджимающих рабочие головки, обеспечивает равномерность пластической деформации и исключает перенаклёп на отдельных участках обрабатываемой поверхности из-за неравномерности припуска, к тому же упругость конструкции не требует применения оборудования большой жёсткости и строгого соблюдения технологических условий.

Возможность эксцентричного вращения ведущего диска при свободном качении шариков по концентрической канавке рабочих головок обеспечивает радиально осциллирующее движение деформирующих элементов без применения дополнительных источников вибрационных или ультразвуковых колебаний.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид конструкции предлагаемого устройства, вид сверху, а на фиг. 2 показан его продольный разрез.

Устройство для поверхностного пластического деформирования содержит ведущий диск 1, имеющий расположенные равноудалённо друг от друга и от его геометрического центра сквозные отверстия со шпоночными пазами, в которых по скользящей посадке с возможностью возвратно поступательного движения вдоль собственной оси установлены штоки 2. Каждый шток фиксируются от проворота шпонкой 3, при этом шпонка 3 свободно скользит внутри шпоночного паза, не ограничивая осевые перемещения штока 2. На нижнем торце штока 2 смонтирована путём приварки рабочая головка 4, на посадочную шейку D которой напрессовано кольцо упорного подшипника 5. Шарикоподшипник 6 запрессован в сепаратор 7 и вместе с ним по скользящей посадке установлен на шейку d выступа головки. Рабочие шары 8 при этом размещены в конусных гнёздах сепаратора 7. Пружина 9, сжимаемая винтом 10 через стакан 11, шарикоподшипник 6 и сепаратор 7 поджимает шары к беговой канавке кольца упорного подшипника 5. Шток в средней части имеет резьбу, на которую накручена резьбовая гайка 12, обеспечивающая его фиксацию от выпадения из отверстия, а также выполняющая роль опоры для пружины 13, поджимаемой стаканом 14, через винты 15.

В ведущем диске выполнено резьбовое отверстие, смещённое на некоторую величину эксцентриситета от его геометрического центра в которое вкручена резьбовая втулка 16, имеющая сквозное отверстие со шпоночным пазом, также смещённое от её геометрического центра на такую же величину эксцентриситета . В отверстие резьбовой втулки по скользящей посадке установлен хвостовик Морзе 17 и зафиксирован в ней винтом 18 через шайбу 19, упирающуюся в нижний торец резьбовой втулки, при этом хвостовик зафиксирован от проворота шпонкой 20. Резьбовая втулка зафиксирована от выкручивания из отверстия ведущего диска контргайкой 21.

Устройство работает следующим образом.

Поворотом резьбовой втулки 16 с размещённым в ней хвостовиком в виде конуса Морзе 17, вкрученной в резьбовое отверстие ведущего диска 1 устанавливается величина необходимого эксцентриситета Δt. От проворота втулка фиксируется контргайкой 21. Устройство крепится в шпинделе вертикально-фрезерного станка (на фигуре не показан) через конус Морзе 17, обрабатываемая деталь при этом устанавливается на его рабочем столе. С помощью механизма вертикальной подачи стола происходит сжатие пружин 13, создавая необходимое усилие прижатия головок 4 с деформирующими шариками 8 к поверхности обрабатываемой детали.

Вращением шпинделя станка осуществляется круговое осциллирующее движение рабочих головок 4 с деформирующими шариками 8 по поверхности обрабатываемой детали, при этом шарики под действием силы трения катятся по концентрической канавке кольца упорного подшипника 5 в противоположном основному вращению направлении, посредством продольной или поперечной подачи стола, производится обработка поверхностного слоя детали поверхностным пластическим деформированием.

Применение ведущего диска 1, имеющего концентрично расположенные относительно его геометрического центра отверстия даёт возможность устанавливать сразу 2, 3 и более рабочих головки. Согласно изобретению для обеспечения работоспособности устройства минимальное количество рабочих головок должно быть не менее двух, таким образом исключается силовой перекос конструкции и обеспечивается равномерность обработки. Максимальное количество рабочих головок зависит от площади обрабатываемой поверхности, необходимого диаметра деформирующих шариков и от габаритов устройства, которые в свою очередь зависят от габаритов станка, на котором применяется инструмент.

Наличие в ведущем диске резьбового отверстия, смещённого на некоторую величину эксцентриситета от его геометрического центра, позволяет устанавливать резьбовую втулку, необходимую для регулировки величины эксцентриситета. Резьбовая втулка имеет гладкое отверстие, смещённое на такую же величину эксцентриситета , в котором установлен хвостовик Морзе.

При величине эксцентриситета равной 0, резьбовая втулка устанавливается таким образом, что ось её отверстия, в котором установлен хвостовик Морзе совпадает с геометрической осью ведущего диска. При повороте резьбовой втулки в резьбовом отверстии ведущего диска происходит смещение оси отверстия втулки в котором установлен хвостовик от геометрической оси ведущего диска. Расстояние между осью ведущего диска и осью отверстия резьбовой втулкой и будет величиной эксцентриситета устройства.

Наличие эксцентриситета добавляет к вращательному движению рабочих головок радиально осциллирующее, что в совокупности обеспечивает сложную кинематику движения деформирующих элементов и положительно сказывается на траектории следа обработки, обеспечивающей эффективное дробление микроволн поверхности на отдельные фрагменты.

Использование заявляемого изобретения позволяет добиться не только требуемой герметичности и шероховатости плоских поверхностей деталей машин, но и получить мелкозернистую структуру в поверхностном слое, что позволяет повысить степень упрочнения, а также их коррозионно- и износостойкость деталей машин.

Изобретение относится к устройству для отделочно-упрочняющей обработки плоских поверхностей поверхностным пластическим деформированием. Устройство содержит ведущий диск, в котором по окружности расположены сквозные отверстия, и по меньшей мере два штока. Каждый шток установлен в упомянутом сквозном отверстии ведущего диска, выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения и имеет смонтированный на его нижнем торце рабочий диск, а на верхнем торце предварительно сжатую пружину. Рабочий диск выполнен с напрессованным кольцом упорного подшипника и рабочими шарами. Предварительно сжатая пружина выполнена с возможностью создания рабочего давления шаров на поверхность обрабатываемой детали. Ведущий диск имеет смещённое от геометрического центра резьбовое отверстие, в которое вкручена эксцентриковая втулка, имеющая смещенное от геометрического центра сквозное отверстие. В результате повышается качество обрабатываемой поверхности. 2 ил.

Устройство для отделочно-упрочняющей обработки плоских поверхностей поверхностным пластическим деформированием, предназначенное для применения на вертикально фрезерных станках, отличающееся тем, что оно снабжено ведущим диском, в котором по окружности расположены сквозные отверстия, и по меньшей мере двумя штоками, каждый из которых установлен в упомянутом сквозном отверстии ведущего диска и выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом каждый шток имеет смонтированный на его нижним торце рабочий диск, а на верхнем торце предварительно сжатую пружину, причем рабочий диск выполнен с напрессованным кольцом упорного подшипника и рабочими шарами, выполненными с возможностью качения по кольцу упорного подшипника и размещенными в гнездах свободно вращающегося сепаратора, а упомянутая предварительно сжатая пружина выполнена с возможностью создания рабочего давления шаров на поверхность обрабатываемой детали, при этом ведущий диск имеет смещенное от геометрического центра резьбовое отверстие, в которое вкручена эксцентриковая втулка, имеющая смещенное от геометрического центра сквозное отверстие со шпоночным пазом, в которое по скользящей посадке установлен хвостовик Морзе, зафиксированный от проворота шпонкой.