УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к упрочняюще-чистовой обработке поверхностей деталей методом поверхностного пластического деформирования, и может быть использована в различных отраслях машиностроения.
Известно устройство для упрочняюще-чистового обкатывания деталей методом поверхностного пластического деформирования, содержащее корпус, шаговый привод, блок управления в виде задатчика сигналов, вилку с установленным в ней на неподвижной оси с возможностью вращения деформирующим роликом и ползун (см. патент РФ № 2201323, МПК В24В 30/00, бюл. 39, 2003 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются корпус и вилка с установленным на неподвижной оси с возможностью вращения деформирующим роликом.
Причинами, препятствующей достижению технического результата, являются: невозможность использования устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей из-за конструкции корпуса, предназначенного для установки устройства только при обработке цилиндрических поверхностей деталей, и геометрии рабочего профиля деформирующих элементов, а также низкое качество упрочнения материала поверхностного слоя детали из-за неравномерного по усилию воздействия на него деформирующих роликов.
Известно устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части, вилку и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух боковых шайб, гайки и упругой шайбы (см. патент РФ на полезную модель № 152055, МПК В24В 39/00, бюл. № 12, 2015 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются корпус в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части, вилка и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух боковых шайб, гайки и упругой шайбы.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкое качество упрочнения материала поверхностного слоя детали из-за неравномерного по усилию воздействия на него деформирующих роликов.
За прототип принято устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими и опирающуюся на демпфер и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух боковых шайб, гайки и упругой шайбы (см. патент РФ на полезную модель №164756, МПК В24В 39/06, бюл. № 25, 2016 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилка с направляющими и опирающаяся на демпфер и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, гайки и упругой шайбы.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая эффективность упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей из-за неопределенности установки деформирующего ролика между боковыми шайбами вследствие неточности их изготовления, что приводит либо к жесткому зажатию деформирующего ролика вследствие завышенных размеров по толщине боковых шайб, либо к люфту ролика по боковым поверхностям вследствие заниженных размеров по толщине шайб, приводящему к ухудшению качества поверхности обрабатываемой детали.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей.
Технический результат достигается тем, что деформирующий ролик расположен между двумя парами предварительно деформированных тарельчатых пружин.
Для достижения технического результата устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими, опирающуюся на демпфер, и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, гайки и упругой шайбы, расположен между двух предварительно деформированных тарельчатых пружин.
Предлагаемое устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей методом поверхностного пластического деформирования поясняется чертежами (фиг. 1 и 2).
Устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный в виде усеченного корпуса с резьбовым отверстием на конце конической части и пазами под направляющие вилки 2 (фиг. 2), в котором установлена ось 3 с бронзовой втулкой 4, двумя парами тарельчатых пружин 5 и деформирующим роликом 6 с фаской заданной ширины на рабочем профиле, имеющий возможность свободно вращаться на оси 3, при этом вилка 2 имеет направляющие 7 (фиг. 2) и опирается на демпфер 8, а ось 3 закреплена в вилке 2 корпуса устройства 1 при помощи гайки 9 с упругой шайбой 10.
Устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, представленное на чертеже, работает следующим образом.
Устройство конической частью корпуса 1 вставляется в шпиндель, например, вертикально-фрезерного станка и закрепляется в нем при помощи специальной тяги, проходящей через шпиндель станка и ввинчиваемой в резьбовое отверстие конической части корпуса 1. При этом тарельчатые пружины 4 расположены на оси 2 в деформируемом состоянии для исключения люфта ролика 6 по боковым поверхностям, а сам деформирующий ролик 6 с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный на оси 3 между двух пар тарельчатых пружин 4, ориентируется по направлению одной из подач станка: поперечной или продольной. Обрабатываемая деталь закрепляется в приспособлении станка (например, в машинных тисках) на его столе. Используя динамометрическое устройство, деформирующим роликом 6 создается необходимое усилие обкатки на обрабатываемую поверхность детали. Включая на станке соответствующую подачу, осуществляют упрочняющую обработку плоской поверхности детали. При этом вилка 2 с направляющими 7 (фиг. 2) имеет возможность свободно перемещаться в пазах корпуса 1 (фиг. 1). Наличие в устройстве двух предварительно деформированных тарельчатых пружин 4, между которыми установлен деформирующий ролик 6, позволяет удерживать ролик в требуемом рабочем положении, обеспечивая его проворачиваемость в процессе упрочняющей обработки детали и отсутствие люфта, что повышает качество поверхностного слоя по параметрам шероховатости, твердости, волнистости, формы и другим факторам.
кр
пр
вр
пр
поп
HV
HV
нач
упр
HV
HV
HV
max
HV
min
HV
max
HV
min
Выполнены исследования, подтвердившие эффективность использования предлагаемого устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей машин по сравнению с прототипом (см. патент РФ на полезную модель № 164756, МПК В24В 39/06, бюл. № 25, 2016 г.). Исследования проводились на пластинах из сталей 12Х3Н, 30ХГСА и Х18Н9Т, прошедших предварительную обработку на плоскошлифовальном станке мод. 3Б722 (шлифовальный круг 400×60×126 24А СМ 27 К1А ГОСТ 2323-83, скорость резания V=31,4 м/с, продольная подача S=20 мм/с, подача врезания S=0,01 мм/дв. ход, число проходов m=3, смазочно-охлаждающая жидкость – 5%-ный раствор эмульсола Укринол-1 ТУ 39-101197-76). Упрочняющая обработка поверхностей пластин осуществлялась на вертикально-фрезерном станке мод. 6Т13 на следующих режимах: усилие воздействия деформирующего ролика на обрабатываемую поверхность Р=1500 Н, продольная подача S=20 мм/с, поперечная подача S=1,5 мм/дв. ход. Определялись шероховатость поверхностного слоя детали по параметру Ra и разброс степени упрочнения материала поверхности детали Δε. Параметр шероховатости поверхности Ra определялся на профилографе-профилометре мод. 170311 в комплекте с компьютером. Степень упрочнения материала обработанного поверхностного слоя пластины ε определялась по формуле  в десяти точках поверхности, где (HV) - твердость материала поверхностного слоя пластины после шлифования; (HV) - твердость материала поверхностного слоя пластины после упрочняющей обработки. Разброс степени упрочнения материала обработанной поверхности пластины Δε определялся по формуле Δε=((ε)-((ε))100%, где (ε) - максимальная степень упрочнения материала поверхностного слоя пластины; (ε) - минимальная степень упрочнения поверхностного слоя пластины. Твердость материала поверхностного слоя пластин определялась на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке на индентор 0,49 Н.
HV
HV
Результаты сравнительных исследований разброса степени упрочнения материала обработанной поверхности пластины Δε и параметра шероховатости Ra приведены в таблице 1, анализ которых показывает, что использование предлагаемого устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей из сталей 12Х3Н, 30ХГСА и Х18Н9Т позволяет на 30-35% уменьшить разброс степени упрочнения Δε и в 1,2-1,4 раза уменьшить параметр шероховатости Ra.
-1
ц
Оценка эффективности использования предлагаемого устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ на полезную модель № 164756, МПК В24В 39/06, бюл. № 25, 2016 г.) осуществлялась по интенсивности изнашивания упрочненных поверхностей пластин I и усталостной прочности материала σ (циклов нагружения N), определенных по результатам исследования пластин на установках для испытания материалов в экстремальных условиях (см. Бутенко B.И. Научные основы нанотрибологии. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010, с. 20-29).
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний упрочненных пластин с использованием различных устройств для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей приведены в табл. 2, из анализа которой видно, что использование предлагаемого устройства позволяет в 1,2-1,3 раза повысить износостойкость поверхностного слоя и на 30-40% увеличить его усталостную прочность.
Таким образом, применение предлагаемого устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ на полезную модель № 164756, МПК В24В 39/06, бюл. № 25, 2016 г.) повышает качество упрочнения материала поверхностного слоя, обеспечивая существенное увеличение износостойкости и усталостной прочности обрабатываемых деталей.