Ударное устройство для упрочнения металлов поверхностным пластическим деформированием
IMPACT DEVICE FOR HARDENING METALS BY SURFACE PLASTIC DEFORMATION

Изобретение относится к оборудованию для упрочняющей обработки изделий из стали и сплавов поверхностным пластическим деформированием (ППД) при выполнении статико-импульсной обработки (СИО) упрочняемой поверхности и может быть использовано, в частности, для восстановления крестовин стрелочных переводов электродуговой наплавкой с целью упрочнения наплавленных поверхностей и продления срока их жизненного цикла.
Из уровня техники известно «Гидравлическое устройство ударного действия», которое содержит корпус, рабочий инструмент, цилиндр и боек, которые образуют камеры рабочего и обратного ходов, а также тормозную камеру, гидропневмоаккумулятор давления в напорной магистрали, распределитель, выполненный в виде гильзы и вращающегося золотника с турбиной в турбинной камере. Устройство снабжено регулятором потока, что позволяет автоматически регулировать частоту ударов устройства в зависимости от нагрузки на рабочем инструменте, что ведет к рациональному использованию подводимой мощности и повышению коэффициента полезного действия системы приводной двигатель - гидравлический насос - устройство ударного действия (см. Патент Российской Федерации №2361996, МПК Е22С, опубл.: 20.07.2009) (1).
Известно «Многостержневое устройство для упрочнения поверхностно-пластическим деформированием» (далее Многостержневое устройство). Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для упрочнения изделий из стали и сплавов поверхностным пластическим деформированием. Многостержневое устройство содержит корпус, деформирующий инструмент, гидроцилиндр статического нагружения, цилиндр с поршнем-бойком, гидропневмоаккумулятор давления, при этом деформирующим инструментом является пакет волноводов, выполненный в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность ступени фасонная, например сферическая. Волноводы цилиндрического пакета могут выполнены в виде стержней с профилем в виде многогранников. (см. Патент на изобретение Российской Федерации №2219042, МПК В24В 39/04, опубл. 20.12.2003) (2).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному изобретению является известное «Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием» (см. Патент Российской Федерации №2090342, МПК В24В 39/04, опубл. 20.09.1997), выбранное в качестве прототипа (3).
Устройство, известное из (3), содержит корпус (основание) со смонтированным на нем рабочим цилиндром с поршнем - бойком (деформирующим инструментом). Деформирующий инструмент имеет рабочую поверхность криволинейной формы и связан с приводом ударного воздействия. Устройство снабжено механизмами статического нагружения и премещения деформирующего инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Привод ударного воздействия выполнен гидравлическим и включает гидроаккумуляторы, гидрораспределитель, регулируемый дроссель, предохранительный клапан, напорную и сливную магистрали.
Известное устройство (3) позволяет достаточно эффективно обрабатывать металлические детали за счет поверхностного пластического деформирования и таким образом увеличивать прочность поверхностного слоя этих деталей.
Однако известное устройство (3) имеет ряд недостатков, препятствующих использованию его для упрочнения поверхностей элементов железнодорожного пути. Во-первых, известное устройство (3) является исключительно стационарным, к тому же имеет сложную конструкцию и предназначено для упрочнения поверхностей заготовок, габариты которых позволяют их установку на токарных и подобных им станках. В связи вышесказанным устройство не пригодно для использования при обработке деталей, имеющих большие размеры, и в местах, не оснащенных соответствующим оборудованием. Гидравлическое оборудование, входящее в состав устройства (3) увеличивает его вес и сложность, а для его обслуживания и ремонта требуются значительные затраты.
Целью изобретения является создание нового, надежного, простого в изготовлении и в обслуживании и в то же время достаточно мобильного устройства, позволяющего использовать его в полевых условиях, для качественного упрочнения металлических поверхностей деталей, в том числе имеющих большие размеры.
Указанная цель достигается за счет того, что в ударном устройстве, содержащем основание на котором установлен рабочий цилиндр с деформирующим инструментом, имеющим рабочую поверхность криволинейной формы и связанным с приводом ударного воздействия, снабженным механизмами статического нагружения и перемещения инструмента относительно обрабатываемой поверхности, произведены следующие изменения:
Основание выполнено в виде двух рам, одна из которых связана с механизмом горизонтального перемещения инструмента и установлена подвижно на тележке. Тележка установлена с возможностью перемещаться по направляющим вдоль обрабатываемой поверхности. Другая рама связана с механизмом вертикального перемещения инструмента и установлена подвижно в вертикальной плоскости относительно первой рамы. Привод ударного воздействия выполнен электропневматическим, механизм статического нагружения совмещен с механизмом вертикального перемещения инструмента и так же как механизм горизонтального перемещения инструмента выполнен в виде винтовой пары.
Для повышения качества обработки поверхностей рабочая поверхность деформирующего инструмента выполнена цилиндрической.
Для облегчения перемещения по направляющим и увеличения диапазона изменения величины статического нагружения деформирующего инструмента тележка снабжена колесами, взаимодействующими с направляющими с возможностью восприятия вертикальных усилий в обоих направлениях.
Пример конкретного выполнения предлагаемого ударного устройства представлен на фиг. 1-4 описания изобретения.
На фиг. 1 изображен чертеж устройства, вид сбоку;
На фиг. 2 изображен чертеж устройства, вид спереди;
На фиг. 3 изображен общий вид устройства в аксонометрии;
На фиг. 4 изображен вид на тележку в аксонометрии.
Ударное устройство содержит основание 1, на котором установлен рабочий цилиндр 2 с деформирующим инструментом 3. Рабочая поверхность деформирующего инструмента выполнена криволинейной, например цилиндрической. Деформирующий инструмент 3 связан с приводом 4 ударного воздействия и предназначен для передачи ударного воздействия от привода 4 на наплавленные на поверхности крестовины слои металла. Ударное устройство снабжено механизмом 5 статического нагружения деформирующего инструмента 3, выполняющего и роль механизма его вертикального перемещения, а также механизмом 6 горизонтального перемещения инструмента. Основание выполнено в виде двух рам, одна из которых (опорная) установлена с возможностью перемещения с помощью механизма 6 горизонтального перемещения инструмента относительно тележки 7. Тележка 7 может перемещаться вдоль обрабатываемой поверхности крестовины 8 стрелочного перевода железнодорожного пути по направляющим 9. А другая рама установлена подвижно в вертикальной плоскости относительно опорной рамы и связана с ней механизмом 5 статического нагружения инструмента. На этой раме закреплен рабочий цилиндр 2 с деформирующим инструментом 3 с возможностью перемещаться вместе с рамой в вертикальной плоскости посредством механизма 5 статического нагружения инструмента. Направляющие 9 выполнены из швеллера и закреплены планками 10 на лафете крестовины 8 параллельно ее оси симметрии. Полки швеллеров обращены в сторону оси симметрии крестовины. Привод 4 ударного воздействия выполнен электропневматическим. Основой привода является рабочий цилиндр 2, являющийся конструктивным элементом типового электропневматического костылезабивщика (далее - ЭПК), широко применяемого на железнодорожном транспорте, и включает электродвигатель, который через зубчатую передачу и кривошипно-шатунный механизм сообщает поршню возвратно-поступательное движение в рабочем цилиндре. При этом боек, расположенный внутри поршня, в конце его хода наносит удар по наконечнику деформирующего инструмента 3 с силой, пропорциональной величине давления воздуха, создаваемого в зоне между бойком и поршнем. Механизм 5 статического нагружения деформирующего инструмента 3, совмещенный с механизмом вертикального перемещения этого инструмента, выполнен в виде винтовой пары. Механизм 6 горизонтального перемещения деформирующего инструмента 3 также выполнен в виде винтовой пары и установлен между тележкой и подвижной относительно тележки опорной рамой. Для облегчения перемещения рамы по тележке она установлена на подшипниках. Тележка 7 снабжена транспортными колесами 11 и дополнительными колесами 12, которые размещены между полками швеллеров направляющих 9. Транспортные колеса используются для горизонтального перемещения ударного устройства и опираются на нижние полки направляющих. Дополнительные колеса взаимодействуют с внутренними поверхностями верхних полок швеллеров направляющих 9 и воспринимают вертикальное усилие от механизма статического нагружения 5, что позволяет создавать на деформирующем инструменте при работе нагрузки, превышающие вес ударного устройства. Привод механизма 5 статического нагружения, включает винтовую передачу 13 с ручкой 14 привода и обеспечивает перемещение рабочего цилиндра 2 в вертикальной плоскости и передачу статической нагрузки на деформирующий инструмент 3 для пластического деформирования металла при его ударном воздействии на обрабатываемую поверхность крестовины 8 стрелочного перевода. Механизм 6 горизонтального перемещения, включающий ручку 15 привода, обеспечивает перемещение обрабатывающего инструмента в горизонтальной плоскости в пределах зоны обработки поверхности крестовины стрелочного перевода.
Для предотвращения смещения крестовина 8 крепится к опорной раме 16 посредством узлов крепления 17. При этом сама опорная рама 16 закрепляется на опорной поверхности анкерными болтами 18.
Работа ударного устройства осуществляется следующим образом.
На лафете ранее установленной крестовины 8 монтируются две направляющие 9 с использованием крепительных планок 10. На крестовину устанавливается ударное устройство, при этом в направляющие 9 заводятся транспортные и дополнительные колеса 11 и 12 тележки.
После наложения слоя наплавленного металла в виде валиков (далее-валик) тележку 7 перемещают в зону наплавки, при этом деформирующий инструмент 3 устанавливают перед началом валика, подлежащего обработке. Деформирующий инструмент 3 по горизонтали подводится к точке начала обработки валика ручкой 15 механизма горизонтального перемещения. Далее, при включенном электродвигателе привода 4 деформирующий инструмент 3 ручкой 14 механизма статического нагружения перемещается в вертикальной плоскости до заданного уровня пластического деформирования - осадки валика.
Тележку 7 медленно перемещают от начала до конца валика, при этом деформирующий инструмент 3 оказывает вертикальное импульсное воздействие на обрабатываемую поверхность горячего металла валика с одновременным пластическим деформированием его усилием равным статической нагрузке.
Благодаря передаче ударного воздействия от электропневматического привода 4 ударного воздействия через деформирующий инструмент 3 на наплавленный на поверхности крестовины слой металла создается наклеп на обработанной поверхности и происходит снятие внутренних напряжений в металле сердечника крестовины, возникающих в процессе наплавки.
Приведенный цикл работы ударного устройства повторяется после наложения каждого валика наплавленного металла.
Предусмотрено два варианта применения устройства:
1) как дополнительного оборудования при восстановлении изношенных поверхностей крестовины электродуговой наплавкой на стрелочном переводе в пути;
2) как основного оборудования при наплавке крестовины в стационарных условиях в помещении.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в том, что ударное устройство обладает простой конструкцией и большой универсальностью применения. Наличие на тележке колес, взаимодействующих с направляющими с возможностью восприятия вертикальных усилий в обоих направлениях позволяет создавать на деформирующем инструменте усилие, превышающее вес ударного устройства. Использование широко распространенного на железных дорогах ЭПК и простота конструкции позволяют при незначительных затратах на изготовление, обслуживание и ремонт обеспечить высоко качественную обработку деталей больших размеров как в полевых условиях, так и на стационарных пунктах ремонта элементов пути. В результате использования ударного устройства продлевается срок службы стрелочных переводов и сокращение эксплуатационных расходов на их содержание и обслуживание.