Устройство для формирования микрорельефа поверхности трения

Полезная модель относится к холодной обработке металлов и сплавов методом поверхностного пластического деформирования и может быть использована для формирования дискретного микрорельефа трущихся цилиндрических поверхностей деталей машин.
Известны устройство для виброобкатывания по а.с. SU №1466917, МПК В24В 39/04 (2000.01), опубл. 23.03.1989, Бюл. №11 и способ образования поверхности трения по а.с. SU №1493444, МПК В24В 39/00 (2000.01), опубл. 15.07.1989, Бюл. №26, в которых формирование регулярного микрорельефа происходит при воздействии на обрабатываемую цилиндрическую поверхность одновременно двух деформирующих элементов (ДЭ) - шариков разного диаметра. При вибронакатывании поверхности рабочий ДЭ с меньшим радиусом формирует профиль и размеры синусоидальных канавок микрорельефа, а ДЭ с большим радиусом сминает, раскатывает наплывы, образующиеся по краям канавок до высоты исходной шероховатости (а.с. №1466917) или же полностью сглаживает наплывы и исходный микрорельеф между синусоидальными канавками (а.с. №1493444), упрочняя всю поверхность детали.
Недостатки этого способа и устройства следующие: сложность и громоздкость конструкции, наличие двух приводов для каждого ДЭ, обеспечивающих дополнительные возвратно-поступательные их движения - осцилляцию, трудоемкость в изготовлении и настройке устройства.
Известно устройство для чистовой обработки поверхностным пластическим деформированием сложно-фасонных поверхностей по патенту на полезную модель RU №24410 МПК В24В 39/00 (2000.01), опубл. 10.08.2002 Бюл. №22. Оно содержит механизм нагружения, состоящий из пластинчатых пружин с установленными на них оправками, несущими деформирующие элементы - индентор и шар, расположенные под углом 180° друг относительно друга, механизм осцилляции, состоящий из привода и торцовых кулачков.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции и низкая производительность.
Известно устройство для отделочно-упрочняющей обработки трущихся поверхностей деталей машин по патенту на полезную модель RU №64126, В24В 39/00 (2006.01), опубл. 27.06.2007 Бюл. №18, содержащее механизм нагружения, состоящий из пластинчатых пружин с установленными на них оправками, несущими деформирующие элементы - индентор и шар, расположенные под углом 180° относительно друг друга; механизм осцилляции, состоящий из привода, торцовых кулачков, установленных на валу привода. Торцовые кулачки выполнены в виде плоских элементов с выступами на плоскости, образующими синусоидальную поверхность, обеспечивающую различную осцилляцию индентора и шара, контактирующими со свободными концами рычагов, другие концы которых прикреплены к пластинчатым пружинам в месте установки оправок, несущих индентор и шар.
Недостатками этого устройства является сложность конструкции, необходимость использования дорогостоящего оборудования типа токарного станка, низкая производительность.
Известно устройство для вибрационной обработки поверхностей деталей по патенту на полезную модель RU №113686 МПК В24В 39/00 (2006.01), опубл. 27.02.2012 Бюл. №6, состоящее из основания, на котором установлены привод возвратно-качательного движения и корпус с размещенной в нем державкой, на которой выполнен участок с малой поперечной жесткостью и имеется разъемный, содержащий вертикальную часть в виде стержня Г-образный участок с инструментом, смещенным относительно оси качания державки. На стержень державки, выполненный с удлиненной образующей, установлена Г-образная втулка с отверстием, длина которого равна длине стержня. Втулка выполнена с возможностью перемещения вдоль оси стержня и фиксирования в требуемом положении посредством расположенного в нижней части втулки винта.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции и низкая производительность обработки.
Прототипом предлагаемого устройства является устройство для ленточного шлифования по а.с. SU №1713783, МПК В24В 21/02 (2000.01), опубл. 23.02.92. Бюл. №7. Устройство формирует микрорельеф поверхности трения абразивной лентой, выполненной в виде лентопротяжного механизма, несущего узел прижима абразивной ленты к обрабатываемой поверхности. Узел прижима выполнен в виде установленного на одном из шкивов лентопротяжного механизма с возможностью поворота рычага и смонтированного на нем кронштейна с двумя подпружиненными относительно друг друга рычагами, размещенными на одной оси, при этом нажимные ролики установлены на рычагах кронштейна. Кроме этого, для обеспечения работы устройства необходимо иметь дополнительно механизм зажима детали и механизм ее вращения.
Недостаток прототипа - невозможность образования на обрабатываемой поверхности дискретного микрорельефа для размещения антифрикционного материала и сложность конструкции, так как устройство имеет сложный механизм прижима ленты к обрабатываемой поверхности и два привода вращения: привод вращения детали и привод вращения абразивной ленты, а также механизм зажима детали.
Задачей полезной модели является формирование на цилиндрической поверхности трения регулярного микрорельефа в виде дискретных углублений для размещения антифрикционного материала.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для формирования микрорельефа поверхности трения абразивной лентой узел прижима натянутой подпружиненным механизмом натяжения бесконечной абразивной ленты выполнен в виде установленного с натягом к обрабатываемой детали накатного диска, в сечении которого выполнен плоский вырез глубиной больше толщины абразивной ленты и центральным углом, обеспечивающим равенство длин дуг окружностей рабочей части накатного диска и обрабатываемой поверхности детали, позволяющий обеспечивать установку и снятие обрабатываемой детали.
Такого исполнения элементов в конструкции прототипа нет.
Так как узел прижима выполнен в виде накатного диска, установленного с натягом к обрабатываемой детали и имеющего программируемый привод вращения, то при вращении накатного диска на обрабатываемой поверхности детали остаются отпечатки от абразивных зерен, которые образуют дискретный микрорельеф с заданными геометрическими параметрами. Поскольку на поверхности накатного диска выполнен вырез, позволяющий обеспечивать установку и снятие детали, то отпадает необходимость в механизме зажима детали и в приводе ее вращения, что упрощает конструкцию устройства.
На фиг. 1 изображено устройство для формирования микрорельефа поверхности трения, вид сбоку, на фиг. 2 - то же, вид спереди, на фиг. 3 - устройство в начале обработки детали, вид спереди.
Устройство состоит из узла прижима - накатного диска 1 (фиг. 1), направляющего ролика 2 и натянутой между ними под действием механизма натяжения 3 бесконечной абразивной ленты 4 с обращенной наружу рабочей рельефной поверхностью 5. Напротив накатного диска 1 расположены поддерживающие ролики 6, на которые опирается деталь 7. Накатной диск 1 имеет привод вращения в виде шагового электродвигателя 8 (фиг. 1). Направляющий ролик 2, ролик 9 механизма натяжения 3 и поддерживающие ролики 6, следовательно, и деталь 7, установлены с возможностью свободного вращения. Ролик 9 установлен на двуплечем рычаге 10, подвижно насаженном на оси 11 и поджатом к абразивной ленте 4 пружиной 12.
Поддерживающие ролики 6 отрегулированы так, что накатной диск 1 в рабочем положении установлен по отношению к обрабатываемой поверхности детали 7 с натягом А>0, равным
где d - диаметр обрабатываемой поверхности детали 7, мм; D - диаметр накатного диска 1, мм; δ - толщина абразивной ленты 4, мм; L - расстояние между осями накатного диска 1 и детали 7, мм.
Величина натяга Δ зависит от глубины обработки и определяется экспериментально.
Накатной диск 1 выполнен диаметром, большим диаметра обрабатываемой детали 7. Для обеспечения свободной установки детали 7 на поддерживающие ролики 6 накатной диск 1 выполнен с плоским вырезом 13 (фиг. 2) глубиной h, величина которой больше толщины абразивной ленты 4. Плоский вырез 13 выполнен с закруглениями 14. Центральный угол (3 плоского выреза 13 обеспечивают равным
При этом условии длина дуги окружности рабочей части 15 накатного диска 1 равна длине образующей окружности 16 обрабатываемой поверхности детали 7. Рабочая часть 15 накатного диска 1 ограничивается центральным углом рабочего хода γ
γ=360°-β.
Ролик 9 механизма натяжения 3 установлен с возможностью вращения на оси 17.
Устройство смонтировано на L-образном основании 18.
Устройство работает следующим образом. В исходном - нерабочем - положении накатного диска 1 плоский вырез 13 (фиг. 2) устанавливают напротив поддерживающих роликов 6. В образовавшийся между накатным диском 1 с абразивной лентой 4 и поддерживающими роликами 6 зазор помещают обрабатываемую деталь 7. Ее устанавливают на поддерживающие ролики 6, а с противоположной стороны деталь 7 удерживают рукой или специальным упором (на фиг. условно не показан). Включают вращение шагового двигателя 8, который поворачивает накатный диск 1 вокруг его оси (фиг. 3). Под действием натяга А вместе с накатным диском 1 получают свободное вращение абразивная лента 4 и деталь 7. Накатной диск 1 воздействует на зерна рабочего рельефного слоя 5 абразивной ленты 4, которые вдавливаются в обрабатываемую поверхность детали 7, образуя на ней дискретный микрорельеф, впадины которого соответствуют профилю формообразующих зерен абразивной ленты 4. Закругления 14 плоского выреза 13 позволяют абразивной ленте 4 плавно переходить с цилиндрической поверхности рабочей части 15 накатного диска 1 к плоской поверхности выреза 13.
Пружина 12 механизма натяжения 3 посредством двуплечего рычага 10, подвижно установленного на оси 11, постоянно прижимает ролик 9 к абразивной ленте 4 и поддерживает ее натяжение. Ход рычага 10, следовательно, и ролика 9 изменяется в зависимости от положения плоского выреза 13 накатного диска 1. Рабочий ход пружины 12, длина рычага 10 подобраны так, что обеспечивают натяжение абразивной ленты 4 в любом положении накатного диска1.
После того, как накатной диск 1 совершит рабочий ход на угол у, из-за плоского выреза 13 процесс обработки поверхности детали 7 автоматически прекращается, так как абразивная лента 4, огибая закругление 14, располагается на плоском вырезе 13 и между ней и обрабатываемой поверхностью детали 7 появляется зазор. Накатной диск 1 поворачивают шаговым двигателем 8 до горизонтального положения плоского выреза 13 (фиг. 2) и деталь 7 свободно удаляют. Цикл повторяют.
Возможно введение дополнительной операции по удалению наплывов металла по краям углублений дискретного микрорельефа.
Предлагаемое устройство отличается простотой конструкции, удобством в эксплуатации и позволяет за один оборот детали обеспечивать образование на ее поверхности дискретного микрорельефа с углублениями для размещения антифрикционного материала.