УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОТДЕЛОЧНОЙ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ
SURFACE FINISH STRENGTHENING PROCESSING DEVICE

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для упрочнения деталей из сталей и сплавов поверхностным отделочным упрочняющим деформированием.
2
2
2
21
22
22
22
22
22
22
22
22
Известно многостержневое устройство для упрочнения поверхностным пластическим деформированием (см. патент №2219042, В24В 39/04, БИ №35 (2 ч.), 2003 г.), содержащее корпус, деформирующий инструмент, гидроцилиндр статического нагружения, цилиндр с поршнем-бойком, гидропневмоаккумулятор давления, соединенный со штоковой полостью цилиндра, вращающийся распределитель с рядом напорных и сливных окон, смещенных относительно друг друга, турбинку, вращающую ротор распределителя, при этом деформирующим инструментом является пакет волноводов, выполненный в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность ступени - фасонная, например сферическая. Все волноводы имеют одинаковую длину L, или в центре пакета может располагаться направляющий стержень длиной L'<L, не участвующий в передаче энергии удара заготовке. Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении бойковой ступени D и контактной ступени D. Пакет волноводов имеет прямоугольную форму. Волноводы выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении контактной ступени d=D/(1+1/sin(2π/n), где n - количество волноводов в пакете с осями вращения, расположенными по периметру окружности диаметром (D-d), а в центре пакета располагается направляющий стержень с диаметром (D-d)>>d. Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде секторов кольца с центральным углом α=π, а в центре пакета располагается направляющий цилиндрический стержень с диаметром, равным внутреннему диаметру кольца. Волноводы цилиндрического и прямоугольного пакета выполнены в виде стержней с профилем в виде многогранников.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются наличие корпуса, гидроцилиндр статического нагружения, цилиндр с поршнем-бойком, деформирующим инструментом является пакет волноводов, выполненный в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность ступени - фасонная.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, является отсутствие возможности эффективно осуществить без повышения глубины деформирования получение требуемой плотности и пористости при создании направленной текстуры материала поверхностного слоя обрабатываемой детали, а также устройство сложно по конструкции.
Известно устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки деталей (см. авт. св. №1539051, 5 В24В 39/04, БИ №4, 1990), содержащее корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней и регулируемый нажимной плунжер с распределительным элементом в виде слоя шариков, диаметр которых меньше диаметра цилиндрических стержней, с целью повышения производительности за счет повышения КПД и интенсификации процесса за счет равномерного распределения энергии удара на цилиндрические стержни диаметр шариков составляет 0,9-0,95 диаметра цилиндрических стержней, причем в каждой группе цилиндрические стержни отличаются длиной на величину их радиуса.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней и регулируемый нажимной плунжер с распределительным элементом в виде слоя шариков, диаметр которых меньше диаметра цилиндрических стержней.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является отсутствие возможности эффективно осуществить без повышения глубины деформирования получение требуемой плотности и пористости при создании направленной текстуры материала поверхностного слоя обрабатываемой детали.
В качестве прототипа выбрано известное устройство для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки (см. Пат. №2283744, В24В 39/00, БИ №26, 2006), содержащее корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней с бойковой и контактной деформирующей частями, регулируемый нажимной механизм в виде плунжера и расположенный между плунжером и торцами упомянутых цилиндрических стержней распределительный элемент в виде слоя шариков, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней, контактная деформирующая часть цилиндрических стержней выполнена с цилиндрической полостью, в которой смонтирована вставка из упругого материала с закрепленным в ней пучком инденторов, диаметр которых менее 2 мм.
Признаки, совпадающие: наличие корпуса с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней с бойковой и контактной деформирующей частями, регулируемый нажимной механизм в виде плунжера и расположенный между плунжером и торцами упомянутых цилиндрических стержней распределительный элемент в виде слоя шариков, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических.
Причины, препятствующие поставленной задаче - неприемлемо при предварительном подогреве, малая жесткость, что снижает эффективность, а также не позволяет существенно улучшить параметр шероховатости и создать оптимальный интервал сплошности.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества поверхности обработанного материала при поверхностной отделочной упрочняющей обработке деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней за счет увеличения их устойчивости и надежности устройства.
Технический результат заключается в том, что устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки содержит иденторы, которые имеют, по крайней мере, с одной стороны коническую поверхность, которой они взаимодействуют с концентрически выполненными канавками в плоскости на торцевой части полости, угол которых больше угла конуса иденторов, или канавки образуют выпуклый или вогнутый рельеф.
Для достижения технического результата устройство для поверхностной упрочняющей обработки, содержащее корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней с бойковой и контактной деформирующей частями, регулируемый нажимной механизм в виде плунжера и расположенный между плунжером и торцами упомянутых цилиндрических стержней распределительный элемент в виде слоя шариков, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней, а контактная деформирующая часть цилиндрических стержней выполнена с цилиндрической полостью, в которой смонтирована вставка из упругого материала с закрепленным в ней пучком инденторов, иденторы имеют, по крайней мере, с одной стороны коническую поверхность, которой они взаимодействуют с концентрически выполненными канавками в плоскости на торцевой части полости, угол которых больше угла конуса иденторов, или канавки образуют выпуклый или вогнутый рельеф.
Это дает повышение надежности устройства и улучшение качества поверхности обработанного материала при поверхностной отделочной упрочняющей обработке деформирующими элементами за счет увеличения их устойчивости.
Устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки содержит корпус 1 с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней 2 с бойковой и контактной деформирующей частями, регулируемый нажимной механизм в виде плунжера 3 и расположенный между плунжером и торцами упомянутых цилиндрических стержней распределительный элемент в виде слоя шариков 4, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней 2, при этом контактная деформирующая часть цилиндрических стержней 2 выполнена с цилиндрической полостью, в которой смонтирована вставка 5 из упругого материала с закрепленным в ней пучком инденторов 6, которые имеют, по крайней мере, с одной стороны коническую поверхность, которой они взаимодействуют с концентрически выполненными канавками в плоскости на торцевой части полости, угол которых больше угла конуса иденторов 6, или канавки образуют выпуклый или вогнутый рельеф.
Предлагаемое устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки поясняется чертежами, на фиг.1 представлен общий вид в разрезе, на фиг.2 - стержень со вставкой из упругого материала с закрепленным в ней пучком инденторов.
При работе устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки используется явление передачи ударного импульса от плунжера 3, приводимого в движение пневмомолотком (не показано), через замкнутый объем слоя закаленных стальных шариков 4, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней 2, упаковке стержней 2 с бойковой и контактной деформирующей частью, последняя представляет собой цилиндрическую полость, в которой смонтирована вставка 5 из упругого материала с закрепленным в ней пучком инденторов 6, которые имеют, по крайней мере, с одной стороны коническую поверхность, которой взаимодействуют с концентрически выполненными канавками в плоскости на торцевой части полости, угол которых больше угла конуса иденторов 6, при этом иденторы 6 воздействуют рабочей частью на обрабатываемую поверхность по плоскости. Если канавки образуют выпуклый или вогнутый рельеф, то иденторы 6 взаимодействуют по кривой, что важно для сложнорельефных поверхностей. При этом важно, что все иденторы для любого варианта будут одинаковы.
При работе плунжер 3, получивший ударный импульс в направлении обрабатываемой поверхности, передает его шарикам 4, а те, в свою очередь, цилиндрическим стержням 2. После взаимодействия с поверхностью стержней 2 контактной деформирующей частью со вставкой из упругого материала с закрепленным в ней пучком инденторов цилиндрические стержни 2 получают импульс отдачи, передают его шарикам 4, шарики - плунжеру 3. Затем процесс продолжается по той же схеме. Замкнутый объем стальных шариков 4 обеспечивает гибкость связи плунжер 3 - упаковка стальных цилиндрических стержней 2 со смонтироваными в них вставками 5 из упругого материала с закрепленными пучками инденторов 6.
Данная конструкция устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки позволяет за каждый динамический контакт с обрабатываемой деталью получать идентичное распределение пластических отпечатков на ее поверхности, представляющих набор последовательно расположенных ячеек с заданным отпечатком (форма отпечатка определяется набором инденторов 6, закрепленных во вставках 5 из упругого материала). Однородное кинематическое взаимосвязанное перемещение (линейное перемещение, вращение, осцилляция) системы стержней 2 с инденторами 6 относительно детали или наоборот смещает систему отпечатков единичного воздействия на некоторый шаг и формирует на обрабатываемой поверхности систему пластических отпечатков. Получаемая при этом система отпечатков и образуемый ею микрорельеф могут быть одинаково распределенными на любом участке поверхности, т.е. регулярными. В этом случае параметры микрорельефа повторяются с определенным шагом.
Дополнительно при выполнении контактной деформирующей части стержней 2 в виде цилиндрической полости, в которой смонтирована вставка 5 из упругого материала с закрепленным в ней пучком иденторов 6, которые имеют, по крайней мере, с одной стороны коническую поверхность, которой взаимодействуют с концентрически выполненными канавками на торцевой части полости, угол которых больше угла конуса иденторов 6, значительно повышает их устойчивость. Это позволяет повысить резерв пластичности и обеспечить повышение удельной энергии, прикладываемой к поверхности, без увеличения мощности самого инструмента в целом, обеспечить высокое качество при формировании пластического отпечатка на сложнорельефных поверхностях. А также имеется возможность простой и легкой замены контактной деформирующей части и не требуется использование различного типоразмера иденторов 6.
Учитывая, что создание регулярного микрорельефа многоинденторными системами при обеспечении достаточно высокой однородности всех геометрических параметров, функционально связанных с конструктивными параметрами многоинденторной системы и режимами обработки, конструктор может нормировать параметры микрорельефа, задавая их на основе аналитического расчета или эксперимента через параметры обработки. Число элементов регулярного микрорельефа на единицу площади N также является управляемым параметром и определяется конструктивными характеристиками инструмента, при этом исключается необходимость их измерения с помощью приборов.
Предложенное упрочнение поверхностного слоя пластическим деформированием способствует повышению контактной выносливости и износостойкости деталей, наиболее эффективно для изделий из материалов повышенной пластичности: алюминиевых сплавов, в частности для декоративных изделий, выполненных из бронз от атмосферного воздействия.