Устройство для ультразвукового выглаживания крупногабаритной внутренней упорной резьбы

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для ультразвуковой обработки крупныхвнутренних упорных резьб, например, в винтовых механизмах, воспринимающих большую одностороннюю нагрузку (винтовые прессы, нажимные устройства прокатных станов, грузоподъемные устройства, домкраты и т.п.).
Известен ультразвуковой инструмент для упрочнения внутренних цилиндрических поверхностей металлических изделий (Патент РФ №2305622). Инструмент содержит преобразователь и связанный с ним волновод. Волновод выполнен в виде стержня с цилиндрической рабочей поверхностью, на которой в зоне пучности колебательных смещений имеются углубления, расположенные в шахматном порядке рядами в виде винтовых линий. Каждое из углублений имеет цилиндрическую форму и наклонено к оси волновода в сторону преобразователя под углом от 30° до 85°. В каждом из углублений помещен с возможностью вращения и перемещения вдоль оси углубления шарик, который снабжен пружинящим элементом, установленным в донной части углубления.
Известный ультразвуковой инструмент представляет собой сложную конструкцию и позволяет обрабатывать только внутренние цилиндрические поверхности постоянного диаметра. Конструкция не годится для выглаживания внутренних резьбовых поверхностей.
Известно техническое решение длястатико-импульсного упрочнения внутренних крупных резьб (Патент РФ №2731949), которое содержит генератор механических импульсов, волновод-коромысло, который одним концом связан с генератором, а на противоположном конце установлен ролик для обкатки впадины внутренней резьбы. При этом ось волновода-коромысла закреплена на суппорте токарного станка.
При использовании вышеотмеченного технического решения обрабатывается вся поверхность впадины резьбы, что для упорной резьбы нерационально, так как разрушение резьбы происходит из-за критического износа нагружаемой стороны профиля.
За прототип принято устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхностей сложного профиля (Патент РФ №2317187). Устройство содержит акустическую систему в виде установленных в корпусе магнитострикционного или пьезокерамического преобразователя, волновода, концентратора и излучателя со съемным рабочим наконечником. Корпус акустической системы установлен на державке с возможностью поворота на малый угол вокруг оси, перпендикулярной продольной оси акустической системы. По обе стороны от оси поворота корпуса установлены винтовые поджимающие пружины. Державка крепится в суппорте станка с возможностью перемещения параллельно оси обрабатываемой заготовки.
1
Недостатки известного устройства связаны с возникновением в процессе выглаживания неравномерных давлений на обрабатываемую рабочую сторону профиля со стороны наконечника акустической системы. Неравномерные давления возникают вследствие деформирования пружин, расположенных по разные стороны от оси крепления корпуса акустической системы к державке, что вызывает поворот корпуса акустической системы на некоторый угол. Неравномерное давление на обрабатываемую поверхность приводит к неравномерному упрочнению и неравномерной шероховатости обрабатываемой поверхности, что снижает качество резьбы и износостойкость гайки. Кроме того, у крупной упорной резьбы рабочая нагружаемая поверхность имеет большую высоту (по ГОСТ 10177 у резьбы с шагом p=48 мм высота профиля Н=36 мм), поэтому вести одновременно обработку по всей высоте затруднительно. Другой недостаток связан с тем, что продольная ось волновода направлена под углом 90° к продольной оси излучателя, что вызывает повышенное рассеивание колебаний, а, следовательно, приводит к снижению коэффициента полезного действия устройства (КПД).
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение качества обрабатываемой поверхности упорной крупной резьбы и повышение КПД устройства.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым техническим решением, заключается в улучшении условий выглаживания и снижения рассеивания ультразвуковых колебаний.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что устройство для ультразвукового выглаживания крупной внутренней упорной резьбы, предназначенное для использования на станке, имеющем каретку с держателем, согласно изменению, содержит державку, выполненную с возможностью жесткого крепления в держателе каретки станка и две акустические системы, каждая из которых состоит из последовательно размещенных в стаканообразном корпусе пьезокерамического преобразователя, волновода и концентратора с установленным на его торце излучателем со съемным рабочим наконечником, причем акустические системы закреплены на державке с возможностью регулируемого перемещения в осевом направлении и фиксации, развернуты в противоположные стороны и смещены друг относительно друга вдоль продольной оси резьбового отверстия на половину шага упорной резьбы, а продольная ось каждой акустической системы наклонена к продольной оси резьбового отверстия на угол 90°-α, где α - угол наклона ненагружаемой стороны профиля упорной резьбы, при этом съемный рабочий наконечник излучателя каждой акустической системы выполнен с возможностью контакта с одной половиной нагружаемой стороны профиля упорной резьбы.
Устройство для ультразвукового выглаживания крупной внутренней упорной резьбы (фиг. 1) содержит две акустические системы, каждая из которых состоит из последовательно размещенных в стаканообразном корпусе 1, упругого элемента, пьезокерамического преобразователя (на фиг. 1 не показаны), волновода 2 и концентратора 3. На торце концентратора 3 жестко закреплен излучатель 4 со съемным рабочим наконечником 5. Каждая акустическая система установлена на державке 6 с возможностью регулируемого перемещения в осевом направлении и фиксации. Державка 6 жестко закреплена в держателе суппорта станка (на фиг. 1 не показан). При этом акустические системы развернуты в противоположные стороны и смещены вдоль продольной оси обрабатываемой резьбы на половину шага резьбы. Кроме того, продольные оси каждой акустической системы наклонены под углом 90°-α, где α - угол наклона ненагружаемой стороны 7 профиля резьбы, а каждый рабочий торец съемного наконечника 5 излучателя 4 контактирует с одной половиной нагружаемой стороны 8 профиля резьбы.
Устройство для ультразвукового выглаживания крупной внутренней упорной резьбы работает следующим образом. Гайка 9 с предварительно нарезанной необработанной резьбой зажимается в патроне механизма вращения токарного станка (на фиг. 1 не показан), а в каретке суппорта станка укрепляется державка 6, на которой установлены две развернутые в противоположные стороны акустические системы. Державка 6 подводится к торцу необработанной гайки 9 таким образом, чтобы наконечники 5 излучателей 4 с определенной силой прижимались к одной половине нагружаемой стороны 8 профиля резьбы гайки 9. Акустические системы подключаются к источникам питания и включаются (на фиг. 1 не показано), обеспечивая ультразвуковые колебания излучателей 4 с наконечниками 5. После чего одновременно включаются механизмы вращения патрона и перемещения суппорта (на фиг. 1 не показаны) токарного станка и происходит выглаживание нагружаемой стороны 8 профиля резьбы.
Проведены комплексные исследования, направленные на повышение износостойкости гаек нажимного механизма прокатной клети стана 2000 горячей листовой прокатки ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Резьба по ГОСТ 10177-82 диаметр D=600 мм, шаг p=24 мм, высота профиля H=18 мм. Проведенные исследования показали, что применение выглаживания с наложением ультразвуковых колебаний обеспечивает снижение шероховатости поверхности с Ra=3,2 мкм до Ra=0,8 мкм, упрочнение поверхностного слоя на глубину до 200÷250 мкм, а на поверхности возникают остаточные сжимающие напряжения. Износо-стойкость гаек возрастает на 25÷30%. Соосное без перегибов размещение преобразователя, волновода, концентратора и рабочего наконечника снижает рассеивание ультразвуковых колебаний и повышает КПД.