УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к области механической обработки металлов, в частности, к упрочняюще-чистовой обработке, и может быть использована в различных областях машиностроения, например, при производстве коллекторов электродвигателей постоянного тока.
Известно устройство для поверхностно-упрочняющей обработки (патент RU №2279965 В24В 39/00 бюллетень №20 опубликован 20.07.2005), содержащее корпус, шаговый привод линейного перемещения, блок управления в виде задатчика сигналов, ползун. Ползун связан с шаговым приводом и установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, также ползун жестко связан с вилкой, в которой неподвижно установлена ось со шлицами. На оси установлена втулка с посадочными поверхностями под ролики, расположенными под углом к оси. На втулке установлен предварительный и сглаживающий деформирующие ролики. Предварительный ролик установлен с возможностью колебательного движения, сглаживающий - возвратно-поступательного перемещения.
Недостатком аналога является невозможность обработки поверхности со значительно неравномерной структурой, например, при упрочняюще-чистовой обработке рабочей поверхности коллекторов, а также невозможность упрочнения вблизи перепадов диаметра обрабатываемых поверхностей вращения.
Наиболее близким техническим решением является устройство для упрочняющего обкатывания деталей (патент RU №2234405, C1 B24B 39/00). При этом обработка ведется методом отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием.
Устройство, содержит корпус с закрепленной осью, шаговый привод линейного перемещения, блок управления в виде задатчика сигналов и один деформирующий ролик. Ролик выполнен с криволинейной поверхностью и кинематически сопряжен с шаговым приводом, что дает ему возможность перемещаться по оси возвратно-поступательно.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: наличие корпуса, шагового привода линейного перемещения, блока управления в виде задатчика сигналов, деформирующего ролика, связанного через втулку кинематически с шаговым приводом и установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения по оси.
Недостатками прототипа являются: технологическая непригодность для обработки поверхностей с неоднородной структурой, повышенная твердость поверхности после обработки. Кроме того, жесткость конструкции избыточна и не обеспечит требуемой высоты микронеровности, регулярного микрорельефа поверхности и структуры поверхностного слоя при упрочнении относительно мягких материалов с твердостью менее 110-130 НВ, например, электротехнической меди.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для отделочно-упрочняющей обработки, содержит корпус с закрепленной в нем осью, несущей втулку, связанную с шаговым приводом линейного перемещения; блок управления в виде задатчика сигналов и деформирующий ролик с криволинейной рабочей поверхностью, установленный на втулке через тарельчатые пружины. Профиль рабочей поверхности дискового ролика со сферическим профилем рассчитывается по формуле:
где r - радиус профиля деформирующего ролика, мм;
D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм.
Целью полезной модели является расширение технологических возможностей за счет обеспечения возможности обработки поверхностей с неоднородной структурой, создание оптимальной с точки зрения процесса коммутации микроструктуры поверхностного слоя, улучшение условий коммутации за счет формирования стабильного по форме и размеру микрорельефа. Также обеспечивается оптимальная с точки зрения эксплуатации твердость обрабатываемой поверхности.
Поставленная цель достигается за счет того, деформирующий дисковый ролик установлен на втулке через тарельчатые пружины, а его рабочая часть имеет сферический профиль радиусом r, при этом величина радиуса рассчитывается по формуле:
где r - радиус профиля деформирующего ролика, мм;
D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм.
Предлагаемое устройство предназначено для обработки поверхностей с неоднородной структурой из относительно мягких конструкционных материалов, в частности коллекторов электродвигателей постоянного тока.
Коллекторы электродвигателей постоянного тока набираются из чередующихся медных и изоляционных пластин (см. фиг.2, 3), что создает неоднородную структуру и усложняет дальнейшую механическую обработку токосъемной поверхности коллекторов. Пластическое деформирование обеспечивает микроструктуру обрабатываемого материала, создающую лучшие условия для съема тока с поверхности, например, коллекторов электродвигателей постоянного тока. При этом уменьшается интенсивность фреттинг-коррозии (вырывание частиц с поверхности металла), стабилизируется значение твердости коллекторов, набранных из пластин разной твердости.
Для улучшения условий съема тока и коммутации необходима определенная микроструктура поверхностного слоя, форма микрорельефа, величина и характер шероховатости, а также определенная твердость поверхности, например, в пределах 100-120 НВ для контактной поверхности коллекторов электродвигателей постоянного тока. Для этого при обработке между роликом и деталью необходимо обеспечить строго определенное пятно контакта по величине и направлению. Предлагаемая в полезной модели формула расчета обеспечивает такое пятно контакта. Числовые коэффициенты получены на основе теории Герца, описывающей упругие деформации, предшествующие пластическому вдавливанию с учетом прочности, твердости и предела упругости обрабатываемых материалов.
Твердость поверхностного слоя изделий, наиболее эффективного с точки зрения коммутации, должна лежать в диапазоне 100-120 единиц НВ. Предлагаемая геометрия рабочей части ролика и способ его установки на втулке через тарельчатые пружины ролика обеспечивает требуемую жесткость конструкции и в свою очередь предупреждает отшелушивание поверхностных слоев упрочняемых изделий, в частности, электротехнической меди.
Сущность полезной модели поясняется графическим изображением. На фиг.1 изображено устройство для отделочно-упрочняющей обработки, на фиг.2 изображен профиль ролика, на фиг.3 - технологическая наладка предлагаемого устройства на обработку поверхности.
Устройство для упрочняюще-отделочной обработки содержит корпус 1 с жестко закрепленной в нем осью 2. На оси 2 установлена подвижная втулка 3, имеющая возможность продольного перемещения по оси 2. Перемещение втулки 3 обеспечивается за счет кинематической связи втулки 3 с шаговым приводом линейного перемещения 4, который, в свою очередь, управляется с помощью блока управления в виде задатчика сигналов 5. На подвижной втулке 3 через тарельчатые пружины 6 с возможностью вращения установлен деформирующий ролик 7. Рабочая поверхность ролика 7 выполнена сферической и с учетом параметров геометрии обрабатываемой поверхности детали 8 рассчитывается по формуле:
где r - радиус профиля деформирующего ролика, мм;
D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм.
Устройство для упрочняюще-отделочной обработки работает следующим образом. Устройство устанавливается в суппорте токарного станка и перед началом обработки подводится до контакта между деформирующим роликом 7 и обрабатываемой деталью 8. С помощью механизма поперечной подачи суппорта задается усилие прижатия деформирующего ролика 7. После этого закрепленной детали 8 сообщается вращение. От блока управления в виде задатчика сигналов 5 управляющий сигнал через шаговый привод линейного перемещения 4 передается на кинематически связанную с ним подвижную втулку 3. При этом обеспечивается дискретное линейное перемещение втулки 3 с закрепленным на ней через пружины 6 роликом 7 в продольном направлении по оси 2. При контакте вращающейся детали и деформирующего ролика 7, последний начинается вращаться. Процесс отделочно-упрочняющей обработки осуществляется при наличии вращения деформирующего ролика 7 и его продольного перемещения с втулкой 3 по оси 2. Профиль радиуса ролика, представленный на фиг.2, рассчитывается по формуле:
где r - радиус профиля деформирующего ролика, мм;
D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм.
Это обеспечивает оптимальную геометрию контакта обрабатываемой детали 8 и деформирующего ролика 7.