УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ И ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ С РЕГЛАМЕНТИРОВАННЫМ УСИЛИЕМ ОБКАТЫВАНИЯ РОЛИКАМИ

Предлагаемое устройство относится к комбинированным устройствам для совмещенной режуще-деформирующей обработки и может быть использовано в машиностроительной промышленности для изготовления штоков пневмо- и гидроцилиндров для автомобилестроения, для дорожностроительных машин, тракторов и т.д. Особенно эффективно использование данного устройства в тех случаях, где требуется обеспечить высокопроизводительную обработку с получением необходимой точности обработки, высокого качества поверхности и с созданием эффекта упрочнения поверхностного слоя, особенно при обработке нежестких цилиндрических деталей.
Из уровня техники известно значительное количество устройств, разработанных для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием, в которых усилие деформирования при обкатывании определяется исходя из величины сминаемого деформирующими элементами слоя металла. Эта величина сминаемого деформирующими элементами слоя металла определяется разницей диаметра проточенного изделия и наружного диаметра поддерживающего стержня заднего центра, имеющего протяженность, достаточную для размещения устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием. Как правило, эта величина составляет 0,3-0,5 мм на сторону.
Во всех известных разработках выше указанных устройств практически не решен вопрос создания оптимального натяга деформирующих роликов при обкатывании предварительно проточенных поверхностей, т.е. усилие обкатывания не является регулируемым параметром, а определяется размером заготовки после обтачивания и размером настройки роликов по направляющей части поддерживающего центра. Это приводит к следующим негативным результатам:
- возможные колебания в разнице размеров заготовки после обтачивания вызывают различия в радиальном усилии обкатывания, а, следовательно, и в осевой силе воздействия на обрабатываемую заготовку.
- при обкатывании осевая сила связана с жесткостью всех элементов системы, деформации которых влияют на качество обработки, в том числе на упрочнение поверхностного слоя.
- обкатывающие ролики, действуя как подвижный люнет, исключают радиальные деформации заготовки, а осевое усилие может приводить к изгибам нежесткой заготовки в ее частях, находящихся перед обкатывающими роликами до места закрепления передней части заготовки.
- возможны изгибы заготовки с увеличением биения и ухудшение условий обтачивания резцами устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием, которые будут связаны не только с качеством обработки, но и окажут воздействие на ухудшение состояния режущих элементов резцов.
Также в известных устройствах для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием имеет место силовое замыкание воздействующих на заготовку усилий, когда радиальное усилие связано с высокой жесткостью обкатывающих роликов и нажимного конуса, а осевое усилие обеспечивается механизмом продольной подачи станка. Учитывая, что жесткость всех механизмов продольной подачи станка может быть достаточно велика, то основным упругим элементом в системе может оказаться заготовка, продольная жесткость которой будет являться фактором, влияющим на качество ее обработки с использованием устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием.
Например, в авторском свидетельстве SU №1773701А1, МПК В24В 39/00, опубл. 07.11.92 Бюл. №41, акцентируется внимание на определении величины статической настройки чистового резца устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием, а не величины настройки выглаживающего инструмента, что является недостатком предлагаемого изобретения.
Д
a
А в патенте RU 2247016C1, МПК В23Р 23/04, опубл. 27.02.2005 г. Бюл. №6, говорится об обкатывании с деформирующим воздействием на заготовку с усилием деформирования P, необходимым для обеспечения шероховатости обработанной поверхности R=0.16…0.32 мкм и определяемым по формуле
,
Д
где: P - усилие деформирования;
П
P - сила резания одним резцом режущей части;
z - количество одновременно работающих резцов;
С - коэффициент запаса;
TP
f - коэффициент трения;
k - число деформирующих роликов, контактирующих с каждым опорным конусом.
TP
Д
a
Недостатком является тот факт, что в этой формуле коэффициент С является неизвестной величиной, так же, как и коэффициент трения f для ролика, обкатывающегося по поверхности заготовки со смятием поверхностного слоя. При этом неизвестна площадь контакта ролика, участвующая в процессе обкатывания. Неизвестно также, как при использовании формулы для определения P (с указанными недостатками) может быть обеспечена шероховатость поверхности именно в диапазоне R=0.16…0.32 мкм.
Наиболее близко по технической сущности, к предлагаемой полезной модели, относится устройство для режуще-деформирующей обработки по авторскому свидетельству SU №1010773, МПК В24Р 39/04, опубл. 30.05.1984 г. Бюл. №20, которое принято нами за прототип. В указанном изобретении деформирующие ролики посредством перемещения сепаратора устанавливают на размер, значение которого регламентируется величиной натяга, необходимого для достижения требуемой шероховатости поверхности, обеспечиваемой описанной выше настройкой роликов.
Недостатком прототипа в соответствии с поставленной задачей является отсутствие возможности контроля первичной настройки роликов по наружному диаметру стержня вращающегося центра. Эта настройка полностью зависит от субъективной оценки специалиста, настраивающего положение роликов. Кроме того, любые колебания размеров обтачиваемой поверхности заготовок приводят к колебаниям радиального усилия обкатывания.
Задача настоящей полезной модели заключается в обеспечении чистовой обработки поверхностей нежестких цилиндрических заготовок после обтачивания обкатыванием роликами с регламентированным осевым усилием с помощью устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием.
Сущность полезной модели состоит в том, что разработана упругая система осевого воздействия деформирующей части устройства за счет использования пружины из круглой проволоки или тарельчатых пружин, размещаемых непосредственно за нажимным конусом устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием. Пружина располагается между нажимным конусом и гайкой, имеющей возможность осевого перемещения. Это позволяет обеспечивать различные величины сжатия пружины. При предварительном тарировании пружины устанавливаются величина сжатия данной пружины и осевое усилие сжатия, соответствующее изменению длины пружины.
Зная исходную длину пружины, можно обеспечить ее сжатие с достижением необходимых осевых усилий в соответствии с тарировочным графиком.
Зная величину шага резьбы гайки, можно определить количество оборотов при завинчивании гайки, необходимых для достижения нужной величины ее сжатия.
Для обеспечения осевой подвижности нажимного конуса без его проворачивания, на наружной поверхности кольца данного нажимного конуса формируются продольные пазы, желательно в количестве 3 единиц, в которые через корпус вводятся стопорящие штифты с размером конечной части, немного меньшим ширины паза. Данные стопорящие штифты не упираются в дно паза.
Для обеспечения возможности осевого смещения, нажимной конус устанавливается в корпусе устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием по скользящей посадке с размерами: .
Пружины из круглой проволоки целесообразно использовать при обработке заготовок с небольшими наружными диаметрам, например, с размерами в пределах до 60 мм. При обработке заготовок с большими размерами, в том числе, с увеличенным количеством обкатных роликов в устройстве для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием, целесообразно использовать тарельчатые пружины.
Для выявления величины F, обеспечивающей наилучшие условия обкатывания, целесообразно осуществить пробные проходы обработки с установкой расчетной величины осевого усилия.
Результатом обработки с использованием устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием с регламентированной величиной осевого усилия будет обеспечиваться получение точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей вне зависимости от жесткости обрабатываемых заготовок, в отличие от аналогичных устройств, не имеющих возможности регулировки осевой составляющей силы обкатывания.
Отличие данного технического решения от известных устройств состоит в том, что его деформирующая часть дополнительно снабжена пружинами, установленными между нажимным конусом и гайкой, воздействующими на нажимной конус с регламентированным осевым усилием, зависящим от величины сжатия пружины гайкой, а нажимной конус выполнен с возможностью осевого смещения при обкатывании заготовки в сторону пружины при фиксации его положения от проворачивания с помощью стопорящих штифтов, причем для завинчивания гайки на ее торцевой поверхности выполнены торцевые пазы под ключ.
Еще отличия состоят в том, что:
- пружины выполнены с круглым сечением используемой проволоки, либо тарельчатые пружины;
- гайка выполнена с возможностью завинчивания в корпус по резьбе с определенным шагом для регулирования регламентированного осевого усилия;
- для обеспечения осевой подвижности нажимного конуса на его наружной поверхности выполнены продольные пазы, в которые через корпус вводятся стопорящие штифты с меньшим размером конечной части, чем ширина паза;
- нажимной конус от проворота предохраняют три стопорящих штифта установленные под углом 120° по отношению друг к другу.
Технический результат, получаемый от использования настоящей полезной модели, заключается в обеспечении шероховатости в пределах
a
R=0.16…0.32 мкм, стабильного упрочнения поверхностного слоя и точности при обработке устройством для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием нежестких заготовок.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - устройство для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием с пружиной из проволоки круглого сечения, воздействующей на нажимной конус обкатной части устройства;
на фиг.2 - устройство для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием с тарельчатыми пружинами, воздействующей на нажимной конус обкатной части устройства;
Устройство по полезной модели состоит из корпуса 1 (условно разделенного на 2 части - режущую и деформирующую), в плавающем блоке которого установлены резцы 2, осуществляющие снятие металла с получением поверхности заготовки, которую можно обкатывать обкатывающими роликами 3. Обкатывающие ролики 3, установленные в сепараторе 4, контактируют своей наружной поверхностью с нажимным конусом 5, имеющим такой же угол конусности внутренней поверхности, как и у обкатывающих роликов 3. Нажимной конус 5 размещен в деформирующей части корпуса 1 за поверхностью, отделяющей нажимной конус 5 с обкатывающими роликами 3 от режущей части устройства. Один торец нажимного конуса 5 упирается в расточку корпуса 1, а во второй торец нажимного конуса 5 упирается пружина 6 (фиг.1 - с круглым сечением проволоки витка, фиг.2 - тарельчатая пружина). Пружина 6 сжимается гайкой 7, вворачиваемой в корпус 1. Для проворота гайки 7 используются торцевые пазы 12, выполненные под ключ с торцевыми выступами. Каждый полный оборот гайки 7 будет соответствовать ее линейному перемещению на величину, равную шагу резьбы. Например, если шаг резьбы равен 2 мм, то за один оборот гайка 7 перемещается на 2 мм. За 0,5 оборота - на 1 мм, и т.д..
Корпус 1 устройства для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием устанавливается и жестко закрепляется на платформе 8. Обрабатываемая заготовка 9 поджимается передней частью вращающегося центра 10 по фаске обрабатываемой заготовки 9. Эта поверхность служит, как и во всех других устройствах, для первичной установки обкатывающих роликов 3. Стопорящие штифты 11 вводятся в пазы наружной поверхности кольца нажимного конуса 5 через корпус 1, не упираясь в дно торцевых пазов 12.
Обработка заготовки предложенной полезной модели осуществляется следующим образом.
Перед обработкой предложенным устройством обрабатываемая заготовка 9 устанавливается с зажимом левого необрабатываемого конца в каком-либо зажимном устройстве или в поводковом патроне. А с правой стороны подводится передняя часть вращающегося центра 10, поджимающая обрабатываемую заготовку 9 по наружной фаске. Резцы 2 настроены на размер, обеспечивающий смятие обкатывающими роликами 3 при обкатывании слоя метала в пределах 0,3-0,5 мм на сторону в зависимости от требуемого качества обработки. Обкатывающие ролики 3 устанавливаются по передней части вращающегося центра 10 без создания радиального усилия, т.е. пружина 6 находится в контакте с нажимным конусом 4, но без создания осевого усилия. Затем, заворачиванием гайки 7 на заранее определенную величину нажимного конуса 4 устройства создается усилие, соответствующее осевому усилию, которое необходимо иметь при обкатывании обрабатываемой заготовки.
Использование устройства по полезной модели обеспечит чистовую обработку поверхностей нежестких цилиндрических заготовок после обтачивания обкатыванием роликами с регламентированным осевым усилием.