ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПЛАСТИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к упрочнению внутренних и наружных цилиндрических поверхностей металлических деталей методом пластического деформирования.
Известны способы и устройства пластического упрочнения внутренних и наружных цилиндрических поверхностей металлических деталей раскаткой и обкаткой роликами и шаровым инструментом, обработкой дробью, дорнованием жестким инструментом и статико-импульсные методы с применением инденторов различной формы (Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. М.: Машиностроение, 1987, стр.53-65, 81-89, 124-143, 176-189; Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2004 г. стр.72-79, 133-140, 175-179, 228-232).
Недостатком пластического деформирования цилиндрических поверхностей раскаткой и обкаткой роликами и шариками является шероховатость, обусловленная узкой шириной пластической винтовой канавки, для устранения которой выполняются многократные проходы инструмента с перекрытием ширины пластической канавки, что приводит к излишнему упрочнению металла в тонком поверхностном слое детали при малой толщине упрочненного слоя.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является известный из уровня техники инструмент, используемый при дорновании отверстий, содержащий оправку с жестко установленной на ней деформирующей частью без зазора (Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. М.: Машиностроение, 1987, стр.39, 40, 188).
К недостаткам известного инструмента относится то, что при пластическом деформировании с большим натягом цилиндрических отверстий с жестко установленной деформирующей частью имеют место наплывы металла около отверстия на входе и выходе инструмента и большая длина нестационарных участков пластического деформирования с криволинейной образующей поверхности
отверстия. При малых натягах - приводит к сглаживанию шероховатости поверхности отверстия при незначительном пластическом упрочнении поверхностного слоя обрабатываемой детали. Коническая форма рабочей поверхности деформирующей части дорна приводит к большим сдвиговым деформациям в подповерхностном слое детали с большим градиентом перехода к неупрочненному металлу.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в образовании на поверхности обрабатываемой детали стационарной пластической области без изменения диаметра обрабатываемой цилиндрической поверхности, что повышает чистоту обрабатываемой поверхности и позволяет регулировать величину и распределение упрочнения по толщине поверхностного слоя в зависимости от натяга и формы рабочей поверхности инструмента.
Данный технический результат достигается посредством того, что в инструменте для пластического упрочнения цилиндрических поверхностей металлических деталей, содержащем оправку с деформирующей частью, последняя установлена с возможностью упругой деформации, а ее рабочая поверхность выполнена криволинейной, что обеспечивает более плавное изменение пластической деформации и упрочнения по толщине поверхностного слоя детали по сравнению с конической рабочей поверхностью жесткого дорна.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 показан инструмент для пластического упрочнения отверстия толстостенной детали;
- на фиг.2 - форма деформирующей части по фиг.1 и схема ее нагружения;
- на фиг.3 - инструмент для пластического упрочнения наружной цилиндрической поверхности детали;
- на фиг.4 - форма деформирующей части по фиг.3 и схема ее нагружения.
Инструмент для пластического упрочнения цилиндрического отверстия (см. фиг.1) содержит толкатель 1, направляющую втулку 2, направляющее кольцо 3, обрабатываемую деталь 4, оправку 5, деформирующую часть 6, винт 7, шайбу 8 и опорное кольцо 9.
Полезная модель работает следующим образом.
Перед началом обработки на торце детали 4 выполняется выточка для установки направляющего кольца 3 для деформирующей части 6, имеющей начальный диаметр рабочей поверхности, увеличенный относительно диаметра D отверстия детали на натяг 5. Деталь 4 устанавливается на опорное кольцо 9. Направляющее кольцо 3 устанавливается на верхнем торце детали 4. В кольцо 3 опускается деформирующая часть 6 с оправкой 5, винтом 7 и шайбой 8. При этом деформирующая часть 6 установлена на оправке 5 с зазором, а ее рабочая поверхность выполнена криволинейной. В верхней части кольца 3 устанавливается втулка 2 для направления толкателя 1 по оси обрабатываемого отверстия.
При движении толкателя 1 сначала возникает нестационарная стадия процесса, при которой деформирующая часть 6 сжимается на величину натяга δ, вследствие ее упругой деформации. Затем наступает стационарная стадия пластического деформирования поверхностного слоя детали 4 при скольжении деформирующей части 6 без изменения диаметра D отверстия детали. В конце процесса около нижнего торца детали происходит упругая разгрузка деформирующей части 6, с последующей подачей ее в полость опорного кольца 9.
На фиг.2 показана схема нагружения деформирующей части 6 на стационарной стадии скольжения по поверхности отверстия детали. Давление q и длина границы контакта l с пластической областью для круговой и эллиптической границы инструмента приведены в работах: Непершин Р.И. «Качение и скольжение жесткого цилиндра по границе жесткопластического полупространства». Известия РАН, Механика твердого тела, 2004, №3, С.101-115; Неперши Р.И. «Скольжение эллиптического цилиндра по границе идеально пластического полупространства», Проблемы механики, сборник статей к 90 - летию со дня рождения А.Ю.Ишлинского, М.:, Физматлит, 2003, С.582-592. Натяг по наружному диаметру деформирующей части находим из решения Ляме для статически эквивалентного давления ql/b, распределенного по ширине b наружной поверхности инструмента с модулем упругости Е и коэффициентом Пуассона ν
Величина натяга, рассчитанная по формуле (1), согласуется с результатами расчета упругих перемещений деформирующей части 6 методом конечных элементов для схемы нагружения, показанной на фиг.2.
Инструмент для пластического упрочнения наружной цилиндрической поверхности детали (фиг.3) содержит обрабатываемую деталь 1, направляющую втулку 2, деформирующую часть 3, оправку 4 и опорное кольцо 5. Инструмент работает следующим образом. Оправка 4 в сборе с деформирующей частью 3 и направляющей втулкой 2 устанавливается на опорное кольцо 5 по оси отверстия опорной поверхности технологической машины. Обрабатываемая деталь 1 проталкивается через деформирующую часть 3, имеющую начальный внутренний диаметр, уменьшенный на величину натяга δ относительно диаметра d обрабатываемой детали. При перемещении детали 1 сначала возникает нестационарная стадия процесса с упругим расширением деформирующей части 3 до диаметра d обрабатываемой детали, с последующим переходом на стационарную стадию пластического деформирования поверхностного слоя детали при скольжении деформирующей части 3 без изменения диаметра d обрабатываемой детали. Зазор между наружным диаметром деформирующей части 3 и оправкой 4 исключает контакт инструмента с оправкой по этому диаметру. В конце процесса происходит упругая разгрузка деформирующей части, и обработанная деталь подается в отверстие опорной поверхности технологической машины.
На фиг.4 показана схема нагружения деформирующей части 3 на стационарной стадии скольжения по поверхности обрабатываемой детали 1. Давление q и длина границы контакта l с пластической областью для круговой и эллиптической границы инструмента приведены в указанных выше работах. Натяг по внутреннему диаметру деформирующей части 3 находим из решения Ляме для статически эквивалентного давления ql/b, распределенного по ширине b внутренней поверхности деформирующей части 3.