ОХВАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО НАКАТЫВАНИЯ РЕЗЬБЫ НА ЗАГОТОВКЕ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАРЕЗАННОЙ РЕЗЬБОЙ

Полезная модель относится к технологии машиностроения, к изготовлению и оснастки инструмента для статико-импульсной отделочно-упрочняющей обработки резьбы пластическим деформированием, в частности к инструментам для упрочняющего накатывания наружной резьбы.
Известно устройство для статико-импульсного упрочнения винтов, содержащее корпус центральным отверстием для заготовки, деформирующими элементами, бойком и волноводом виде втулки, снабженные гайкой, пластинчатыми пружинами с установленными на них деформирующими элементами и кулачки, обеспечивающие радиальное перемещение деформирующего элемента от волновода по действием периодической импульсной нагрузки [Патент RU 2383426, B24B 39/04, B21H 3/12, 2008 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, равномерности упрочненного слоя, низким КПД из-за большого количества составляющих элементов и невозможности формировать сложный профиль резьбовой винтовой поверхности низкой производительности обработки из-за большой инерционности устройства.
В способе статико-импульсного упрочнения винтов описано устройство для отделочно-упрочняющей обработки, содержащее корпус с центральным отверстием для расположения в нем заготовки, в котором расположены деформирующие элементы и волновод, выполненный в виде втулки, гайку и V-образные изогнутые пластинчатые пружины, с установленными на них деформирующие элементы, на средней части пружин закреплены кулачки, которые контактируют с волноводом, к которому с помощью бойка прикладывают периодическую импульсную нагрузку для радиального перемещения деформирующих элементов [Патент RU 2383427, B24B 39/04, B21H 3/12, 2008 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, равномерности упрочненного слоя, низким КПД из-за большого количества составляющих элементов и невозможности формировать сложный профиль резьбовой винтовой поверхности, низкой производительности обработки из-за большой инерционности устройства.
Наиболее близким техническим решением является охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы, состоящий из волновода и воздействующего на него бойка, связанного с генератором механических импульсов. Волновод выполнен в виде корпуса с вращающимся кольцом, установленным под углом, равным углу подъема накатываемой резьбы. Кольцо выполнено с внутренней кольцевой резьбовой поверхностью, содержащей заборный конус и цилиндрическую калибрующую часть. Кольцу сообщается статистическая и динамическая составляющие деформирующей силы [Патент RU 2280526, B21H 3/02, 2005 г].
Недостатками известного инструмента являются необходимость точной установки угла наклона волновода с кольцом при каждой новой детали с отличающимися параметрами резьбы, неточность установки приводит к увеличению погрешности шага резьбы, угла профиля и волнистости поверхности и низкой производительности.
Техническим результатом является повышение степени деформации при меньших энергетических затратах, повышение производительности обработки и снижение шероховатости деформируемой поверхности.
Технический результат достигается охватывающим инструментом для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой, содержащем волновод с корпусом, боек, выполненный с возможностью воздействия на волновод и связанный с генератором механических импульсов, и охватывающее заготовку резьбонакатное кольцо с внутренней кольцевой резьбовой поверхностью и деформирующим элементом, выполненное с возможностью сообщения ему деформирующей силы, имеющей статическую и динамическую составляющие, при этом деформирующий элемент выполнен в виде не менее шести резьбонакатных роликов, с углом резьбонакатной поверхности, соответствующим профилю впадины упрочняемой резьбы, в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки равномерно распределенных по сепаратору, установленному внутри резьбонакатного кольца.
Предлагаемый охватывающий инструмент предназначен для статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы на внешних резьбовых поверхностях деталей типа валов и штоков деформирующими элементами в виде не менее шести роликов с углом резьбонакатной поверхности, соответствующим профилю впадины упрочняемой резьбы. Ролики в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки равномерно распределены по сепаратору, который установлен внутри резьбонакатного кольца и служит для них удерживающим и направляющим элементом.
Сущность конструкции инструмента поясняется чертежами. На фиг. 1 показан охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой; на фиг.2 представлена схема статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы заготовки охватывающим инструментом с роликами для расчета количества роликов; на фиг. 3 представлена схема статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы на заготовке охватывающим инструментом с роликами для расчета высоты микронеровностей поверхности Кг после обработки; на фиг. 4 представлена схема статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы заготовки охватывающим инструментом с роликами для расчета усилия и энергии деформации впадины резьбы.
СТ
ИМП
Охватывающий инструмент для статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы содержит волновод 1, с помощью которого через боек (не показан) инструменту сообщаются статическая P и динамическая Р составляющие деформирующей силы от генератора механических импульсов (не показан). Внутри резьбонакатного кольца 2 с внутренней кольцевой резьбовой поверхностью установлен сепаратор 3. По внутренней кольцевой резьбовой поверхности резьбонакатного кольца 2 расположены не менее шести резьбонакатных роликов 4, с углом резьбонакатной поверхности, соответствующим профилю впадины упрочняемой резьбы. Ролики 4 равномерно распределены по сепаратору 3 по винтовой линии с углом подъема ψ, в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки.
Охватывающий инструмент накручивается на заготовку 5 с предварительно нарезанной резьбой. Заготовка 5 устанавливается в самоцентрирующем трехкулачковом патроне 6 в шпинделе токарного станка.
СТ
ИМП
СТ
ИМП
Предлагаемый охватывающий инструмент работает следующим образом: резьбонакатное кольцо 2 с деформирующим элементом в виде резьбонакатных роликов 4, распределенных по сепаратору 4 накручиваются на предварительно нарезанной резьбе с припуском заготовки 5. Ему сообщается статическая P и динамическая Р составляющие деформирующей силы за счет прижатия его к заготовке волноводом 1. Заготовка 5 вращается с угловой скоростью ω. Резьбонакатное кольцо 2 получает движение продольной подачи S, равное шагу резьбы P и воздействует через ролики 4 на заготовку 5 с поперечной силой P+P, получаемой через волновод 1 импульсы от генератора механических импульсов (не показан).
Из схемы (фиг. 3) можно рассчитать зависимость высоты микронеровностей поверхности Rz после обработки от параметров режимов обработки.
Где Rz - высота микронеровностей;
p
d - наружный диаметр ролика;
- угол поворота заготовки за один импульс, рад;
p
-1
n - число (частота) импульсов, мин;
з
-1
n - число оборотов заготовки мин.
По приведенным формулам, задаваясь частотой импульсов, числом оборотов заготовки, можно определить высоту микронеровностей после статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы заготовки и сравнить с допустимой.
Из схемы (фиг. 4) можно рассчитать зависимость усилия вдавливания и энергии удара, прикладываемого к инструменту, от глубины деформации.
где P - усилие вдавливания ролика во впадину резьбы, Н;
C - энергия удара ролика, Дж;
2
HB - твердость по Бринеллю Н/м;
d - наружный диаметр резьбы, м;
1
d - внутренний диаметр резьбы, м;
3
d - диаметр впадины резьбы с радиусом закругления, м;
R - радиус закругления впадины резьбы, м;
p
d - наружный диаметр ролика;
t - глубина вдавливания ролика во впадину резьбы;
α - угол профиля метрической резьбы;
p
α - угол профиля ролика;
По приведенным формулам, задаваясь глубиной деформации, твердостью заготовки, диаметром роликов и радиусом впадины резьбы можно определить требуемое усилие вдавливания роликов и энергию удара инструмента для статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы заготовки.
Из схемы (фиг. 2) можно рассчитать зависимость количества роликов инструмента n от параметров режимов обработки по формуле:
P
Где D - внутренний диаметр обкатываемой резьбы;
р
p
d - наружный диаметр ролика, который можно определить по формуле d=5·P, где P - шаг резьбы, мм;
P
P
D - внутренний диаметр обкатываемой резьбы, который определяется по формуле D=D-1,2267·P
D - наружный диаметр обкатываемой резьбы;
C
K
P
p
D - диаметр осей роликов в сепараторе, который определяется по формуле D=D+d;
K
K
P
p
D - внутренний диаметр резьбонакатного кольца, который определяется по формуле D=D+2·d;
C
C
p
B - ширина сепараторного кольца которая определяется по формуле B=0,5·d.
По приведенной формуле можно определить минимальное количество роликов при наименьшем диаметре резьбы и оптимальном диаметре ролика, когда соотношение будет .
p
-1
-1
При промышленных испытаниях заготовку стали 40ХНМ2А твердость НВ 226-253, с предварительно нарезанной резьбой М90х4 с припуском на диаметр г=0,5 мм закрепили в трехкулачковом самоцентрирующем патроне токарного станка модели 1М63Н. В резцедержателе закреплен генератор механических импульсов (отбойный молоток частотой импульсов n=4200 мин и энергии удара G=3,1 Дж) в бойке установлен волновод. Резьбонакатное кольцо с установленными внутри роликами диаметром 10 мм сталь ХВГ с углом профиля 55°, равномерно расположенными по периметру внутри бронзового сепаратора накручивается на заготовку с предварительно нарезанной резьбой с углом профиля 60°. Скорость вращения шпинделя станка, в котором закрепляется обрабатываемая заготовка резьбы n=10 мин, подача S=4 мм/об.
Испытаниями установлено, что производительность процесса повышается в 1,5…2,0 раза по сравнению со статико-импульсным накатыванием резьбы охватывающим инструментом. Размеры резьбы соответствуют требованиям точности 6g. Параметр шероховатости поверхности резьбы Ra=0,32 мкм. Глубина упрочненного слоя t=0,25 мм. Увеличение микротвердости и прочности наклепанного слоя составило в среднем 25%.
Предлагаемый охватывающий инструмент для упрочнения наружной резьбы прост в реализации, не сложен в конструкции и надежен в эксплуатации, позволяет повысить точность изготовления резьбы, снизить высоту микронеровностей, повысить производительность обработки. Получаемый упрочненный слой обладает повышенной твердостью и сопротивлением усталостному разрушению.
Таким образом, охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой, с деформирующим элементом выполненным в виде не менее шести резьбонакатных роликов, с углом резьбонакатной поверхности, соответствующим профилю впадины упрочняемой резьбы, равномерно распределенных по сепаратору в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки повышает степень деформации при меньших энергетических затратах за счет малого радиуса деформирующих роликов, повышает производительность обработки и снижает шероховатость деформируемой поверхности за счет увеличения количества деформирующих роликов.