УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
DEVICE FOR SURFACE STRENGTHENING OF CYLINDRICAL PARTS

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке на металлорежущих станках поверхностным пластическим деформированием наружных цилиндрических поверхностей деталей машин.
Известно устройство для чистовой и упрочняющей обработки наружных поверхностей вращения (Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. С. 385-386), представляющее собой ролик с цилиндрическим или торообразным пояском, который устанавливается параллельно обкатываемой поверхности детали.
Признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемого устройства, является ось вращения ролика в приспособлениях, которая закреплена с помощью двух подшипников. При этом ось ролика находится в одной плоскости с осью детали и центром пятна контакта ролика с деталью.
Недостатками известного устройства являются сложная конструкция, большая вероятность появления пластической волны в продольном направлении при обкатывании, способствующей образованию трещин и отслаиванию поверхностного обрабатываемого слоя, следовательно, невысокое качество обработанной поверхности детали.
За прототип принято устройство для поверхностного упрочнения деталей (RU №2028915, МПК В24В 39/04, опубликовано 20.02.1995), в котором поверхностное пластическое деформирование вращающейся детали осуществляют диском трения путем обеспечения стабильности режимов циркуляционного трения.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются наличие привода вращения диска и ременной передачи, которые закреплены на собственной раме.
Недостатком прототипа является низкая производительность процесса обкатывания, невысокое качество поверхностного упрочненного слоя.
Отличием от прототипа является то, что в качестве деформирующего элемента применен четырехступенчатый ролик, с помощью которого обкатывание выполняется с максимальной подачей и позволяет получить высокое качество обработанной поверхности детали.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».
Задача заявляемого изобретения заключается в повышении эксплуатационной надежности обработанной деталей за счет модификации их поверхностного слоя.
Технический результат заключается в повышении качества обрабатываемой поверхности путем уменьшения пластической волны в направлении подачи.
1
2
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для поверхностного упрочнения цилиндрических деталей, содержащее электродвигатель, клиноременную передачу и деформирующий ролик, установленные на суппорте токарно-винторезного станка, устройство смонтировано на собственной раме с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости суппорта и под углом  к оси вращения заготовки, согласно изобретению, ролик состоит из четырех зон: входная зона с углом конусности α=6-8°, калибрующая зона шириной b=(0,1-0,2)D с углом конусности , разгрузочная зона с обратным углом конусности α=1-3° и выходная зона с углом α=30-40°.
Деформирующий инструмент выполнен в форме усеченного конуса с возможностью поворота вокруг вертикальной оси и представляет собой ролик четырехступенчатой поверхности, который состоит из:
1. Входная зона - передний сглаживающий конус с углом конусности α=6-8°.
2. Калибрующая зона - основный упрочняющий конус шириной b=(0,1-0,2)D с углом конусности , служит для стабилизации механических свойств и напряженного состояния поверхностного слоя.
1
3. Разгрузочная зона с обратным углом конусности α=1-3°, служит для сглаживания остаточной пластической волны.
2
4. Выходная зона с углом α=30-40°, служит для предохранения инструмента от механических повреждений.
a
Четыре вышеуказанные зоны соответственно располагаются последовательно в направлении продольной подачи (фиг. 1). При этом h, d и D - высота и диаметры основания калибрующе-упрочняющего конуса. Все кромки ролика шлифованы с радиусом r=1-2 мм. Твердость рабочей поверхности роликов из сталей HRC 62…65. Параметр шероховатости поверхности рабочего профиля R=0,16 мкм.
Выполнение ролика в таком виде позволяет увеличить пятно контакта инструмента, погасить пластические волны перед и после инструмента, обеспечивать более высокое качество упрочненного слоя, что не следует явным образом из известного уровня техники и доказывает соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сущность конструкции предлагаемого инструмента поясняется чертежами.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция ролика для обкатывания цилиндрических поверхностей; на фиг. 2 - схема устройства для поверхностного упрочнения деталей.
Устройство для поверхностного упрочнения цилиндрических деталей содержит ролик 1, вращение которому передается от электродвигателя 2 мощностью N=1-3 кВт и номинальным числом оборотов n=3000 об/мин через клиноременную передачу 3 с передаточным числом по частоте вращения 1/3-1/4 (повышающая передача). Устройство смонтировано на собственной раме 4, закрепленной на поперечном суппорте токарного станка вместо салазок с возможностью поворота его на любой угол в зависимости от размеров калибрующей зоны (d, D и h), заготовку 5, установленную на токарно-винторезном станке, закрепленную в трехкулачковом патроне 6, подпертом вращающимся центром задней бабки 7.
Устройство работает следующим образом. Заготовку 5 устанавливают на токарно-винторезном станке, закрепляют ее в трехкулачковом патроне 6, подпирают вращающимся центром задней бабки 7. Заготовке придают вращательное движение с частотой n об/мин. С помощью продольного и поперечного суппортов подводят деформирующий инструмент к заготовке до их касания. Отводят продольный суппорт в сторону задней бабки за габарит детали. Поперечным суппортом подают основную деформирующую поверхность ролика в сторону заготовки на глубину натяга (0,1-0,2 мм). Включают главный привод станка, привод вращения ролика, подачу продольного суппорта и осуществляют обработку детали на заданном участке, после чего отключают продольную подачу, отводят поперечный суппорт от детали до прекращения соприкосновения и выключают приводы.
Достоинствами предлагаемого деформирующего ролика для обкатывания тел вращения являются:
- возможность вести обкатывание на максимальных подачах по сравнению с известными деформирующими элементами, следовательно производительность увеличивается;
- уменьшение погрешности предшествующей обработки;
- увеличение пятна контакта, за счет чего достигается более высокое качество обработки
- уменьшение параметров шероховатости - сглаживание поверхности.
Разворот осей вращения заготовки и ролика и использование ролика в форме четырехступенчатого усеченного конуса позволят устранить возможность самопроизвольного заглубления диска в деталь и возникновения пластической волны перед инструментом и процессов резания. Обработанная поверхность будет иметь минимальную шероховатость, что позволит избежать последующей механической обработки.
Предлагаемое устройство для поверхностного пластического упрочнения заготовок тел вращения отличается простотой в реализации, не сложено по конструкции и надежно в эксплуатации. Получаемый на поверхности заготовки структурный слой обладает повышенной твердостью и, соответственно, износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению.