Способ Дагиса комбинированной обработки металлических поверхностей Советский патент 1992 года по МПК B24B39/00 

Изобретение относится к комбинированным способам обработки металлических поверхностей, включающим механическую обработку резанием и отделочно-упрочняю- щую обработку поверхностным пластическим деформированием (ППД), например шариками, роликами, выглаживателями и другими инструментами

В частности, способ предусматривает применение регламентированного движения поверхности и инструмента при механической обработке, предшествующей ППД и при отделочно-упрочняющей обработке поверхностей ППД, работающих в условиях одностороннего скольжения при эксплуатации, например, в подшипниках скольжения валов автотракторных двигателей и других устройств.

Способ предназначен для применения как в машиностроении, так и при ремонте машин.

Известен способ комбинированной обработки металлических поверхностей, включающий их механическую обработку

резанием и поверхностное пластическое деформирование.

По известному способу после механической обработки поверхностей резанием производят ППД при помощи упрочняющего инструмента или устройства, снабженного вращающимися шариками или роликами, а также различными выглажмвателями, например, снабженными алмазными или твердосплавными рабочими элементами.

По известному способу после мехобра- ботки резанием в обрабатываемую поверхность вдавливают под определенной нагрузкой, например, гладкий закаленный шарик или ролик, сообщают детали движение вращения относительно инструмента, а упрочняющему инструменту движение подачи вдоль детали без какой-либо регламентации выбора направления движения детали относительно инструмента, Упрочняющий элемент инструмента под действием сил трения приводится во вращение) вокруг оси, преимущественно параллельной оси вращения упрочняемой детали.

сл

С

XI 00

го

О

ы

Под действием нормальных и касательных напряжений, передаваемых упрочняющим элементом, в точке контакта обрабатываемой поверхности, происходит направленное пластическое течение металла. Микронеровности и зерна в поверхностном слое изгибаются, растягиваются и сминаются, преимущественно, в диаметральной плоскости. Уменьшается шероховатость поверхности, увеличивается ее твердость и усталостная прочность детали. ППД сопровождается дроблением кристаллов на блоки и даже происходят структурные превращения.

Недостаток способа состоит в том, что выбор направления относительного движения инструмента и деталей как при ППД, так и на операциях механической обработки, предшествующих ППД. не регламентирован. Направления относительного движения деталей и инструмента по способу-аналогу не выбирают с учетом направления деформирования обрабатываемых поверхностей в условиях эксплуатации, Направление движения деталей и инструмента задают произвольно и не используют потенциальные возможности ППД.

Известен способ комбинированной обработки поверхностей, включающий механическую обработку резанием и ППД, который по своей сущности наиболее близок к предложенному и является его прототипом.

Установлено, что в процессе выглаживания и раскатывания шаром после выполнения операции тонкого растачивания одной и той же борштангой при изменении направления вращения борштанги с выглаживающим или раскатывающим Инструментом шероховатость обработанной поверхности и затрачиваемое усилие меняются.

При направлении вращения борштанги с выглаживающим или раскатывающим инструментом, совпадающим с направлением вращения борштанги при расточке, шероховатость обработанной поверхности и усилие деформирования больше чем при вращении борштанг в противоположном направлении.

При вращении борштанги в процессе раскатывания или выглаживания в противоположном направлении вращению при растачивании, пластическая деформация металла в поверхностном слое происходит в противоположных направлениях. Это способствует уменьшению шероховатости и повышению эксплуатационных качеств поверхностей изделий, например повышению износостойкости

Согласно способу-прототипу предложено при ППД и мехобработке выбирать направления относительного движения деталей и инструментов, создающие противоположные направления деформации поверхностей.

В известном способе не учитывается, что эксплуатационные свойства, в частности износостойкость и надежность поверхностей после поверхностного пластического деформирования имеет более сложный характер и будет зависеть от выбора направления деформации микронеровностей и поверхностного слоя металла в процессе

обработки ППД и направления деформации микронеровностей и поверхностного слоя при работе поверхности в сопряжении деталей. Экспериментальные исследования показали, что при условии совпадения

направления деформации микронеровностей и поверхностных слоев в процессе обработки ППД с направлением деформации их при работе поверхности в сопряжении, износ сопряженных поверхностей при граничном трении значительно уменьшается.

Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице.

Из таблицы видно, что недостатком способа-прототипа комбинированной обработки поверхностей является то, что направление движения поверхности при механической обработке резанием и при ППД выбирают без учета направления относительного движения деталей в сопряжениях работающей машины. Это приводит примерно к двухкратной потере износостойкости, а соответственно и надежности поверхностей в парах трения скольжения.

Выбором направления относительного движения поверхности и инструмента при механической обработке резанием и при ППД можно создавать как попутное, так и встречное деформирование поверхностей

по сравнению с их деформированием в условиях эксплуатации.

Основные недостатки способа-прототипа заключаются в следующем.

Выбор (определение) направления движения обрабатываемой поверхности и инструмента при ППД и на предшествующей механической обработке производят без учета направления поверхностного пластического деформирования поверхностей деталей в условиях эксплуатации.

Не определена последовательность выбора направлений относительного движения поверхностей и инструментов на операциях ППД и при мехобработке с учетом направления пластического деформирования поверхности в условиях эксплуатации.

Не решен вопрос об упрощении и возможности контроля соблюдения заданных направлений относительного движения по- верхностей и инструментов при ППД и ме- хобработке.

Целью изобретения является повышение качества поверхностей, работающих в условиях одностороннего скольжения, и по- вышение стойкости за счет уменьшения износа.

Это достигается тем, что при механической обработке резанием обрабатываемой поверхности сообщают однонаправленное вращение относительно инструмента в направлении, противоположном ее вращению при эксплуатации., при поверхностной пластической деформации обрабатываемую поверхность вращают в направлении совпа- дающим с направлением ее вращения при эксплуатации, а инструменту дополнительно сообщают перемещение в радиальном направлении.

На фиг. 1 изображены схема движения шейки вала, вращающегося в подшипнике, и направление поверхностей пластической деформации шейки, вызываемое силами трения при эксплуатации, на фиг. 2 - развертка нижней части поверхности шейки с изображением направлений движения и деформации микронеровностей, возникающих при ППД, которые условно считают совпадающими с направлением деформации поверхностного слоя при работе шейки в подшипниковой втулке; на фиг. 3 - схема относительного движения поверхности при пластической деформации вала при ППД накаткой; на фиг. 4 - схема относительного движения поверхности и пластической де- формации поверхности при шлифовании, предшествующей ПЛД; на фиг. 5 - схема относительного движения поверхности и ее пластической деформации при обработке шейки резцами на операции, предшествую- щей ППД,

На чертежах приняты обозначения:

Wi; одг; -относительныенаправления вращения шейки вала;

V - направление движения поверхности относительно инструмента;

Р - вектор усилия поджатия инструмента к шейке при ППД.

Подшипниковый узел (фиг. 1) состоит из втулки 1 и шейки вала 2. Вал 2 в эксплуата- ции имеет направление вращения ал во втулке 1. При вращении вала 1 под действием сил трения поверхность вала 2 пластически деформируется в направлении 3.

Согласно изобретению считают направление деформации 4 при ППД, изображенное на фиг. 2, совпадающим с направлением поверхностей пластической деформации при эксплуатации 3 (фиг. 1|

Способ комбинированной обработки включает следующие операции.

Определяют однонаправленное относительное движение (вращение) обрабатываемой поверхности в сопряжении деталей в подшипниках в эксплуатации. Отмечают это направление на заготовке детали или на детали перед чистовой ее обработкой резанием.

Проводят механическую обработку поверхности резанием При этом перемещают обрабатываемую поверхность относительно инструмента в направлении, противоположном ее перемещению в подшипниках в эксплуатации.

Проводят отделочно-упрочняющую обработку ППД. При этом перемещают обрабатываемую поверхность относительно инструмента при ППД в направлении, совпадающим с ее перемещением в условиях эксплуатации. Дополнительно сообщают инструменту перемещение в радиальном и продольном направлениях.

Проводят дальнейшую обработку детали, например, очистку, консервацию и упаковку.

Пример. Требуется обработать комбинированным способом опорные шейки кулачкового вала газораспределительного механизма поршневого автотракторного двигателя.

Распределительный вал изготовлен из стали 45, является многоопорным и снабжен цилиндрическими опорными шейками. В процессе эксплуатации вал совершает однонаправленное вращение в подшипниках скольжения.

Перед ППД применяют обработку шеек способом, при котором происходит удаление металла резанием, например шлифованием.

По кинематической схеме механизма определяют, что шейки вала в эксплуатации имеют однонаправленное вращение в подшипниках, направление которого изображено на фиг. 1, т.е. вал совершает вращение против движения часовой стрелки. При этом микронеровности и поверхностный слой шейки вала в подшипниках скольжения деформируется в направлении по часовой стрелке. Отмечают направление движения вала в эксплуатации. Шлифуют шейки вала.

При шлифовании шеек вала (фиг. 4) вал 2 вращают в направлении ftJ3 относительно шлифовального круга 8. т.е. создают направление движения вала 2 относительно инструмента в направлении противоположном вращению сел вала 2 в подшипнике 1.

Дополнительно совершают радиальную и продольную подачи, После обработки шеек на заданный размер вал снимают со стан- ка. Обрабатывают шейки вала ППД накаткой (фиг. 3).

При обработке шеек вала 1 ППД, например на токарно-винторезном станке создают движение cai детали относительно инструмента 6.

Движение вала 2 ok относительно инструмента 6 совпадает с направлением движения GUI вала 2 в подшипнике 1 в процессе эксплуатации (фиг. 1).

Дополнительно сообщают перемещение инструмента в радиальном и продольном направлениях. - После ППД всех шеек вал снимают со станка и отправляют на выполнение последующих операций обработки, например, на очистку, консервацию и упаковку.

При комбинированной обработке поверхностей режимы механической обработки резанием и ППД выбирают по изб естным рекомендациям и нормативам. .

В процессе разработки способа, исследовалось его влияние на изнашивание поверхностей трения в условиях однонаправленного скольжения.

Экспериментальные исследования проводились на образцах из стали 45, которые были Закалены до твердости 45 . Образцы были выполнены в виде дисков и их цилиндрические поверхности имитировали шейки. Контробразцы были изготовлены из бронзы ОСЦ-5-5-5 и имели форму колодок. Испытания проводились на машя нах трения СМЦ-2 в индентичных условиях смазки, нагружения и длительности циклов. Износ образцов и контобразцов определялся по потере ими массы. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1. Сравнительные испытания показывают, что величины износов сопрягаемых поверхностей при однонаправленном скольжении зависят от направления движения поверхности в условиях эксплуатации и сочетания направлений движения поверхностей относительно инструментов при механической обработке резанием и при ППД.

Оптимальным сочетанием относительных движений является вариант, приведенный в строке б таблицы.

Изобретение создает следующий технико-экономический эффект.

Способ комбинированной обработки поверхностей дает возможность без дополнительных материальных затрати практически без усложнения техпроцессов повысить показатели качества поверхностей, работающих в условиях однонаправленного бколь- жения. уменьшить износы в сопряжениях деталей, повысить надежность соединений

деталей.,-

Способ осуществим на имеющемся технологическом оборудовании при помощи известной технологической оснастки по из вестным режимам, поэтому он отличается

простотой и широкой доступностью для применения.

Формула изобретения Способ комбинированной обработки металлических поверхностей, включающий,

механическую обработку и последующую поверхностную пластическую деформацию, отличающийся тем, что, с целью повышения качества поверхностей, работающих в условиях одностороннего скольжения, и повышения стойкости за счет уменьшения износа, при механической обработке обрабатываемой поверхности сообщают однонаправленное вращение относительно инструмента в направлении,

противоположном ее вращению при эксплуатации, при поверхностной пластической деформации обрабатываемую поверхность вращают в направлении, совпадающем с направлением ее вращения при эксплуатаций, а инструменту дополнительно сообщают перемещение в радиальном направлении.

Результаты сравнительных испытаний образцов на трение и изнашивание

Использование: комбинированные способы обработки поверхностей, включающие механическую обработку резанием и последующую поверхностную пластическую деформацию (ППД), Сущность изобретения: регламентированные однонаправленные движения обрабатываемых поверхностей относительно инструментов на операциях механической обработки резанием и при последующей обработке ППД с учетом относительного движения поверхностей в условиях эксплуатации. Инструменту в процессе ППД дополнительно сообщают перемещение в радиальном направлении. 5 ил., 1 табл.

Условные обозначения в таблице 1:

- -Направление деформации поверхности при обработке резанием (шлифованием)

предшествующим ППД;

.-.«-Направление деформации поверхности при ППД (обкатка роликом);

-Направление деформации поверхности при эксплуатации (изнашивании).

Риг.1.

4 S

Фиг. 2.

Фиг. 3.

Фиг. 4.

yzzp