ДОРН ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИФРИКЦИОННО-УПРОЧНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

Решение относится к области технологии машиностроения, а именно, к инструментам, позволяющим формировать антифрикционно-упрочненный поверхностный слой из суспензии антифрикционного порошка и связующего поверхностно-пластическим деформированием дорнованием, и может быть использовано при обработке длинномерных внутренних цилиндрических поверхностей, например, отверстий в деталях гидроцилиндров, гильз.
Известен комбинированный инструмент для обработки внутренних цилиндрических поверхностей (а.с. РФ №14540 кл. 7 B24B 39/00 от 27.03.2000), содержащий оправку, на которой расположены блоки: режущий, зачистной и деформирующий, причем деформирующий установлен с возможностью поступательного перемещения по оправке, а деформирующий блок выполнен в виде чередующихся элементов тарельчатых пружин и шайб с отверстиями для подачи суспензии.
Однако замкнутый объем в кольцевой полости инструмента с поверхностью заготовки образуется чередующимися элементами тарельчатых пружин и шайбами с отверстиями для подачи суспензии, которые установлены с зазором, обеспечивающим поступательное перемещение их по оправке. Зазор в свою очередь не обеспечивает достаточной плотности прилегания и герметичности при подаче суспензии, что снижает давление ее в зоне волны внеконтактной деформации поверхности заготовки между деформирующими элементами тарельчатых пружин.
В качестве прототипа принят дорн для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя (пат. РФ №132750 B24B 39/00 от 27.09.2013), включающий корпус с заборной частью, радиальные каналы и канавку для подвода суспензии из антифрикционного порошка и связующего, а канавка выполнена синусоидальной.
Однако синусоидальная канавка для подвода суспензии формирует кольцевую полость инструмента с поверхностью заготовки не по всему периметру поверхности заготовки, а лишь частично, что не обеспечивает герметичность и снижает давление в зоне волны внеконтактной деформации
Задачей разработки предлагаемого решения - дорн для повышения эффективности обработки длинномерных внутренних цилиндрических поверхностей.
Технический результат - улучшение условий смазывания и повышение давления суспензии в заборной части дорна за счет установки фторопластовой шайбы.
Этот технический результат достигается тем, что предложен дорн для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя, включающий корпус с заборной частью, шайбу, радиальные каналы, синусоидальную канавку для подвода суспензии из антифрикционного порошка и связующего, причем шайба из фторопласта установлена перед заборной частью дорна.
Шайба из фторопласта, установленная перед заборной частью дорна обеспечивает герметичность кольцевой полости инструмента с поверхностью заготовки при подаче суспензии, что повышает давление ее в зоне волны внеконтактной деформации поверхности заготовки.
На фиг. 1 показан предлагаемый дорн для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя.
з
и
к
Дорн для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя имеет два цилиндрических пояска 1 и 2, разделенных канавкой 3 с наклонным основанием 4, плавно переходящим в коническую часть 5, выполняющей функцию заборного конуса дорна, а затем в цилиндрический поясок 2, радиальных каналов 6. Первый цилиндрический поясок, диаметром равным внутреннему диаметру заготовки d (фиг. 2), служит для размещения уплотнительного элемента, в виде фторопластовой шайбы 7, поджатой гайкой 8 к торцу пояска 1. Второй поясок 2 является деформирующе-выглаживающим элементом дорна диаметром (d), шириной b, отличающийся от первого пояска 1 на величину натяга i. На заборном конусе 5, примыкающем к пояску и на самом пояске расположены синусоидальные канавки 9 и 10 с наплывами по краям, соизмеримыми с глубиной канавок и продольными прорезями, выполненными равномерно по окружности дорна в наплывах (не показаны). Для обработки дорн монтируется на оправку 11 с осевыми каналами 12 (впаянные трубки) для подвода технологической жидкости (ТЖ).
Обработку внутренних цилиндрических поверхностей (ВЦП) осуществляют следующим образом.
При поступательном движении дорна сначала в контакт с отверстием заготовки входит фторопластовая шайба 7, которая, плотно прилегая, образует при дальнейшем движении дорна вместе с канавкой 3, наклонным основанием 4 в момент соприкосновения с началом пояска 2 замкнутый объем раствора антифрикционной смеси (РАС) в кольцевой полости инструмента. Одновременно с образованием замкнутого объема по каналам 12, а затем 6 подается РАС, причем канал 6 расположен так, что напор РАС подается непосредственно в центр волны внеконтактной деформации, выдавленной деформирующими элементами: конической частью 5, выполняющей функцию заборного конуса дорна, и цилиндрическим пояском 2.
В пределах волны внеконтактной деформации поверхностный слой получает прогиб в связи с выпучиванием и сдвигом, испытывает деформацию растяжения с соответствующим его удлинением, происходит формирование активной дислокационной структуры с высокими растягивающими напряжениями, что увеличивает химическую активность поверхности, максимальные растягивающие напряжения возникают на гребне волны, и в этом случае химическая активность поверхности еще больше (на порядок) повышается.
В состав РАС входят мелкодисперсные порошки антифрикционных материалов, например неорганические соли металлов переменной валентности: меди, свинца, олова, никеля, а также металлоорганические соединения (до 15%), уксусная и плавиковая кислоты, мочевина, глицерин, (до 70%), вода (10%).
В зоне контакта между поверхностью заготовки и деформирующих элементов, в результате возникающих высоких удельных давлений (до 8000 МПа) и температур (~1200°C) возникают физико-химические реакции, происходит диффузионное проникновение элементов (ионов, молекул) антифрикционных материалов вглубь металла основы, на поверхности заготовки наблюдаются структурно-фазовые изменения, образуя, таким образом антифрикционно-упрочненный поверхностный слой (АУПС) металла с тонкой текстурой.
a
ост
В результате данной обработки формируется антифрикционно-упрочненный поверхностный слой толщиной 0,1÷0,3 мм с глубиной проникновения антифрикционных элементов 0,010÷0,025 мм, шероховатость поверхности R=0,25÷0,4 мкм, остаточными напряжениями сжатия σ=300÷800 МПа.
Применение данного технического решения улучшает условия смазывания контактирующих поверхностей, снижение коэффициента трения и усилия дорнования, при поверхностной пластической деформации дорнованием, позволяет обрабатывать длинномерные внутренние цилиндрические поверхности, например отверстий в деталях гидроцилиндров, при этом качество поверхностного слоя не ухудшается.