Устройство для поверхностного пластического деформирования
DEVICE FOR SURFACE PLASTIC DEFORMATION

Изобретение относится к устройствам для обработки наружных поверхностей вращения поверхностным пластическим деформированием.
Известно устройство для обработки выглаживанием наружных цилиндрических поверхностей (RU № 2626522, МПК В24В 39/04, опубликовано 19.01.2018). Указанное устройство содержит электродвигатель, деформирующий инструмент с рабочей поверхностью скругления. С целью придания деформирующему инструменту оциллирующего движения в вертикальном направлении дополнительно содержит мотор-редуктор, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, является использование мотор-редуктора для придания движения деформирующему элементу через механизм преобразования вращательного движения в другое.
Недостатком прототипа является сложная конструкция механизма преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, трудность при обработке ступенчатых и маложестких валов.
За прототип принята конструкция виброобкатной головки для обработки плоских линейчатых поверхностей, состоящая из электродвигателя, клиноременной передачи, корпуса и шариковой головки с деформирующим инструментом, изготавливаемым из сверхтвердых материалов (Шнейдер Ю.Г. Иннструмент для чистовой обработки металлов давлением. – «Машиностроение», 1970. С. 202-204).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются рабочая поверхность деформирующего элемента в сферическом виде и сообщение движения деформирующему элементу за счет использования электродвигателя с редуктором.
Недостатком известного аналога являются сложная конструкция виброобкатной головки и возможность применения только для обработки плоских поверхностей.
Задача заявляемого изобретения заключается в создании устройства для поверхностного пластического деформирования.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в использовании новой кинематики движения деформирующего инструмента для повышения интенсивности напряженного состояния в очаге деформации, а также для повышения производительности обработки и качества поверхности деталей.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для поверхностного пластического деформирования, содержащее электродвигатель, редуктор, соединенный с валом, вращающийся в конических подшипниках, на конце вала смонтирован диск, с которым соединен деформирующий инструмент в виде шара согласно изобретению, для преобразования вращательного движения рабочего инструмента в орбитальное дополнительно содержит регулируемую по длине тягу, на концах которой закреплены шаровые наконечники, один конец тяги упирается в одно из сферических углублений на торцевой поверхности диска, а другой закрепляется в сферическом подшипнике.
Отличием заявляемого изобретения от прототипа является то, что устройство для поверхностного пластического деформирования дополнительно содержит мотор-редуктор, механизм преобразования вращательного движения в орбитальное и деформирующий инструмент в виде стержневой формы со сферическим наконечником.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 - кинематическая схема устройства для поверхностного пластического деформирования, на фиг. 2 - конструкция регулируемой тяги с деформирующим инструментом, где 1 - мотор-регулятор; 2 – основание; 3 – конические подшипники; 4 – стакан; 5 – вал; 6 - диск; 7 – регулируемая тяга; 8 – шариковый подшипник; 9 – деформирующий инструмент; 10 – крышка; 11 - контргайки.
Устройство для поверхностного пластического деформирования содержит мотор-редуктор 1; основание 2, на котором смонтированы мотор-редуктор 1 и стакан 4; вал 5 смонтирован на выходе мотора-редуктора 1; конический подшипник 3 установлен в стакане 4; диск 6 с сферическими углублениями на торце смонтирован на валу 5; регулируемая по длине тяга 7; шариковый подшипник 8; деформирующий инструмент 9 стержневой формы со сферическим наконечником; крышка 10 конической формы.
Устройство работает следующим образом. Устройство устанавливают на суппорте станка таким образом, чтобы деформирующий элемент 9 соприкасался с обрабатываемой поверхностью заготовки по линии осевой плоскости. Вращательное движение от мотора-редуктора 1 через вал 5, диск 6 и регулируемую по длине тягу 7 преобразуется в орбитальное. С помощью конических подшипников 3 и шарикового подшипника 8 регулируемая тяга 7 с деформирующим элементом 9 совершает орбитальное движение и выдерживает осевую нагрузку. Угол наклона рабочего инструмента можно регулировать за счет сферических углублений, расположенных на торцевой поверхности диска 6 на разных расстояниях от центра вращения. Конструкция тяги 7 представлена на фиг.2, длина которой регулируется за счет резьбового соединения и контргайки 11.
Деформирующий инструмент 9 устанавливается в цилиндрическое осевое отверстие в торцевой части тяги 7 с возможностью поворота, что позволяет уменьшить износ инструмента при обработке. Компактность и сравнительно малые габариты мотора-редуктора 1 позволяют легко встраивать его в конструкцию для осуществления орбитального движения инструмента.
з
з
и
и
пр
-1
-1
-1
Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, упрочненного предлагаемым устройством, проведены экспериментальные исследования обработки с использованием механизма для преобразования вращательного движения рабочего инструмента в орбитальное. Заготовка изготовлена из стали 45 ГОСТ 1050-88. Обрабатывали цилиндрическую поверхность диаметром 30 ± 0,02 мм; деформирующим инструментом в виде стержневой формы со сферическим наконечником, изготовленным из инструментальной стали марки У8. Обработку вели на следующих режимах: скорость вращения заготовки V=10 м/мин (n=100 мин); скорость ППД V=5 м/мин (n=50 мин); продольная подача деформирующего инструмента S=0,1 мм.
В результате обработки предлагаемым деформирующим устройством по сравнению с традиционным обкатыванием эффективная остаточное напряжение поверхностного слоя, упрочненного на 20% и более, возрастает в 1,5...1,8 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более - в 1,2...1,6 раза.
Использование предлагаемого устройства позволяет добиться не только требуемой шероховатости поверхности, но и возможности получить закаленную структуру поверхностного слоя с повышенной износостойкостью, что обуславливается его высокой твердостью, прочностью и мелкозернистой структурой. Сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое благоприятно влияют на повышение контактной прочности.