УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к холодной обработке металлов и сплавов поверхностным пластическим деформированием с формированием микрорельефа и упрочнения поверхностного слоя и может быть использовано для упрочнения и чистовой обработки цилиндрических деталей, в том числе имеющих отклонения от прямолинейности оси.
Наиболее близким техническим решением из уровня техники по технической сути и назначению является устройство для упрочняюще-чистовой обработки деталей, содержащее обрабатывающий инструмент, выполненный в виде обоймы, сепаратора и деформирующих элементов, расположенный на подвижной платформой, и обкатник, жестко связанный с платформой, и расположенный перед обрабатывающим инструментом с возможностью отслеживания погрешностей формы обрабатываемой поверхности и соответствующего смещения платформы (Патент РФ №2146596, В24В 39/00, 2000 г.).
К недостаткам известного из уровня техники устройства, следует отнести формирование устройством недостаточно однородного упрочняющего поверхностного слоя, что приводит при эксплуатации детали к локальной концентрации напряжений, разрушению упрочняющего слоя и снижению эксплуатационных характеристик детали.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство является формирование оптимальной толщины и структуры поверхностно-упрочненногослоя, что в итоге повышает эксплуатационные характеристики и износостойкость изделий.
Технический результат, соответствующий поставленной технической задаче, достигается за счет того, что в устройстве для упрочняющей поверхностной обработки цилиндрических деталей, содержащем основание с расположенным на нем корпусом с деформирующими элементами, установленными с возможностью вращения относительно последнего и механического воздействия на поверхностный слой изделия, согласно полезной модели, корпус выполнен вильчатой формы, установленный с возможностью поворота на оси основания по скользящей посадке, при этом деформирующие элементы выполнены в виде протяженных цилиндров, взаимодействующих с поверхностью обрабатываемой детали в диаметрально противоположных локальных зонах и расположенных на взаимообращенных концевых участках корпуса в дисковых обоймах, выполненных с возможностью поворота и фиксации их на технологически регламентированный угол относительно продольной оси корпуса.
Заявленное устройство для упрочняющей поверхностной обработки цилиндрических деталей поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 схематично изображен продольный разрез заявленного устройства;
- на фиг.2 - размещение деформирующих элементов относительно продольной оси корпуса при поверхностном упрочнении детали.
Заявленное устройство для упрочняющей поверхностной обработки цилиндрических деталей (фиг.1) содержит державку 1, с расположенными на ней основанием 2 и составным корпусом вильчатой формы 3 с деформирующими элементами 4 цилиндрической формы. При этом деформирующие элементы 4 встроены в дисковые обоймы 5, установленные на взаимообращенных концевых участках корпуса 3, с возможностью вращения вокруг своих осей и воздействия на поверхность обрабатываемой детали в диаметрально противоположных локальных зонах. Причем дисковые обоймы 5 с деформирующими элементами 4 повернуты и зафиксированы относительно продольной оси устройства на технологически регламентированный угол стопорным винтом 6. Основание 2 с составным корпусом 3 размещается на оси 7 по скользящей посадке относительно державки 1 с возможностью поворота основания 2 по оси 7 на настроечную величину колебаний в устройстве. В центральной зоне взаимообращенных элементов вильчатого корпуса 3 установлены с возможностью поворота оси 8, а по обе стороны от осей 8 попарно установлены регулировочные винты 9 и 10, причем на регулировочных винтах 10 установлена система пружин 11 с возможностью настройки и регулирования величины натяга деформирующих элементов 4 относительно обрабатываемой детали.
Заявленное устройство для упрочняющей поверхностной обработки цилиндрических деталей на примере обработки валов работает следующим образом.
Державку 1, содержащую ось 7, на которой установлено основание 2 с размещенным на нем составным корпусом 3 вильчатой формы с встроенными в нем деформирующими элементами 4 в дисковых обоймах 5, размещают в резцедержателе токарного станка. При этом деформирующие элементы 4 в обоймах 5 устанавливают на взимобращенных концевых участках корпуса 3 под технологически регламентированным углом α к продольной оси устройства (фиг.2) симметрично относительно друг друга и с возможностью равномерного воздействия на поверхность обрабатываемого вала в его диаметрально противоположных локальных зонах, и фиксируют винтами 6. Обрабатываемый вал устанавливают в патроне токарного станка и размещают между деформирующими элементами 4 устройства. Регулировочными винтами 9 и 10 устанавливают соответственно максимально допустимую амплитуду колебаний устройства относительно державки 1 по оси 7 и заданную величину натяга, обеспечивающих технологически регламентированное усилие прижатия деформирующих элементов 4 к обрабатываемому валу в процессе его поверхностного упрочнения. При этом величина натяга обеспечивается технологической настройкой системы пружин 11 регулировочных винтов 10.
Упрочняющая обработка вала начинается с размещения заявленного устройства относительно вала и его настройки на технологически регламентированный угол α к продольной оси устройства и на заданную величину натяга. При вращении вала вокруг своей оси происходит обкатка поверхности вала деформирующими элементами 4, которые воздействуют на поверхность вала технологически регламентируемым усилием, что приводит к пластической деформации поверхностного слоя и образованию наклепа. По мере локальной обработки поверхности вала заявленное устройство перемещают по длине вала со скоростью 0.01-0.1 диаметра вала в минуту. Упрочняющая обработка валов проводится с использованием СОЖ.
p
При обработке изогнутых валов, имеющих отклонения от прямолинейности оси - f, из-за колебаний составного корпуса 3 вокруг оси 7 относительно державки 1, обеспечивается равномерное усилие прижатия деформирующих элементов 4 к обрабатываемому валу в локальных зонах с противоположных сторон вала. При этом для обеспечения постоянного контакта деформирующих элементов 4 и обрабатываемого вала в локальных зонах длина цилиндрических деформирующих элементов 4-l должна составлять не менее:
p
max
l>f·sinα,
max
где f - максимальное отклонение оси вала от прямолинейности (осевое биение вала).
При постоянном усилии прижатия деформирующих элементов 4 к валу, за счет управления углом поворота деформирующих элементов 4 в дисковых обоймах 5 относительно продольной оси устройства и составного корпуса 3-α, обеспечивается получение оптимальной площади контакта деформирующих элементов 4 с валом в локальной зоне упрочнения вала (пятна), что приводит к возникновению управляемой пластической деформации поверхностного слоя в локальной зоне упрочнения вала и к получению в этой зоне оптимальной величины наклепа.
В отдельных случаях целесообразно размещать деформирующие элементы 4 на взаимообращенных концевых участках корпуса 3 асимметрично относительно друг друга. Технологически регламентированное поверхностное упрочнение валов при этом возрастает на 20-30% за счет формирования оптимальной величины и структуры упрочняющего слоя - наклепа.
Таким образом, конструктивные особенности заявленного устройства в сравнении с прототипом обеспечивают оптимальную величину усилия прижатия деформирующих элементов 4 к обрабатываемому валу в двух противоположных локальных зонах технологически регламентированных размеров и, как следствие, получение поверхностного наклепа оптимальной толщины и структуры по всей поверхности обрабатываемого вала, что повышает его эксплуатационные характеристики.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - формирование оптимальной толщины и структуры поверхностно-упрочненного слоя, что повышает эксплуатационные характеристики и износостойкость обрабатываемых деталей.
Анализ заявленной полезной модели на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата - формирование оптимальной толщины и структуры поверхностно-упрочненного слоя, что повышает эксплуатационные характеристики и износостойкость обрабатываемых деталей.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для холодной обработке металлов и сплавов поверхностным пластическим деформированием с формированием микрорельефа и упрочнения поверхностного слоя и может быть использован для упрочнения и чистовой обработки цилиндрических деталей, в том числе имеющих отклонения от прямолинейности оси.
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.