УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к упрочняюще-чистовой обработке поверхностей деталей методом поверхностного пластического деформирования, и может быть использована в различных отраслях машиностроения.
Известно устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими, опирающуюся на демпфер, и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, гайки и упругой шайбы (см. патент РФ на полезную модель №164756, МПК В24В 39/00, бюлл. №25, 2016 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части, вилка и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, гайки и упругой шайбы.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: низкая эффективность упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей из-за неопределенности установки деформирующего ролика между боковыми шайбами вследствие неточности их изготовления, что приводит либо к жесткому зажатию деформирующего ролика вследствие завышенных размеров по толщине боковых шайб, либо к люфту ролика по боковым поверхностям вследствие заниженных размеров по толщине шайб, что существенно снижает качества поверхности обрабатываемой детали; ненадежное соединение корпуса устройства с вилкой при помощи специальной скобы.
Известно устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими и опирающуюся на демпфер, деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин (упругих элементов), гайки и упругой шайбы (см. патент РФ на полезную модель №177508, МПК В24В 39/06, бюлл. №7, 2018 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части, вилка и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин (упругих элементов), гайки и упругой шайбы.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: низкое качество упрочненных плоских поверхностей деталей из-за смещения демпфера относительно оси деформирующего ролика вследствие его вибрации в процессе обкатки; непостоянство жесткости демпфера в процессе обкатки; отсутствие учета жесткости демпфера при настройке устройства на усилие обкатки для обработки деталей из разных конструкционных материалов; ненадежное соединение корпуса устройства с вилкой при помощи специальной скобы.
За прототип принято устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими, опирающуюся на демпфер в виде четырех тарельчатых пружин, каждая из которых имеет имеет жесткость W=(1,2-1,3)⋅Р⋅n⋅l, где Р - усилие обкатки, n=4 - количество тарельчатых пружин, 1 - настроечное перемещение, установленный на стержне, и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин (упругих элементов), гайки и упругой шайбы (см. патент РФ на полезную модель №192435, МПК В24В 39/06, бюл. №26, 2019 г.).
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части и демпфером внутри в виде четырех тарельчатых пружин, каждая из которых имеет жесткость W=(1,2-1,3)⋅Р⋅n⋅l, где Р - усилие обкатки, n=4 -количество тарельчатых пружин, l - настроечное перемещение, установленный на стержне, вилку с установленным в ней деформирующим роликом с фаской заданной ширины на рабочем профиле, имеющим возможность вращаться на неподвижной оси с бронзовой втулкой и закрепленным при помощи гайки, упругой шайбы и упругих элементов.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: низкая надежность соединения корпуса устройства с вилкой при помощи специальной скобы, отсутствие фиксации вилки относительно корпуса устройства, приводящее к ее повороту и ухудшению качества обрабатываемой поверхности детали.
Задачами предлагаемой полезной модели являются повышение надежности соединения корпуса устройства с вилкой и обеспечение фиксированного положения вилки относительно корпуса.
Технический результат достигается тем, что корпус имеет два противоположно расположенных шлица, входящие в пазы вилки, которая удерживается в заданном положении при помощи двух фиксаторов в виде цилиндрических стержней, установленных за шлицами.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части и установленным внутри на стержне демпфером в виде четырех тарельчатых пружин, каждая из которых имеет жесткость W=(1,2-1,3)⋅Р⋅n⋅l, где Р - усилие обкатки, n=4 - количество тарельчатых пружин, l - настроечное перемещение, и соединенную с корпусом вилку с установленным в ней с возможностью вращения на неподвижной оси с бронзовой втулкой деформирующим роликом с фаской заданной ширины на рабочем профиле, и закрепленным при помощи гайки, упругой шайбы и упругих элементов, отличающееся тем, что вилка соединена с корпусом с помощью двух противоположно расположенных шлицов, выполненных на корпусе и входящих в выполненные в вилке прорези, и зафиксирована на нем фиксаторами в виде стержней.
Предлагаемое устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, 2 и 3.
Устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части и двумя противоположно расположенными шлицами 2, исключающими перекос и смещение отдельных частей устройства. Внутри корпуса 1 расположен демпфер в виде четырех тарельчатых пружин 3, каждая из которых имеет жесткость W=(1,2-1,3)⋅Р⋅n⋅l, где Р - усилие обкатки, n=4 -количество тарельчатых пружин, l - настроечное перемещение, и установлена на стержне 4, вилку 5 с установленным на ней деформирующем роликом 6 с фаской заданной ширины на рабочем профиле, имеющим возможность вращаться на неподвижной оси 7 с бронзовой втулкой 8 и закрепленным при помощи гайки 9, упругой шайбы 10 и упругих элементов 11. Вилка 5 имеет прорези (см. фиг. 2), в которые при соединении ее с корпусом 1 вставляются шлицы 2 корпуса 1 и поворотом вилки 5 шлицы 2 заводятся в крайнее положение прорези, исключая перекос и смещение отдельных частей устройства. Для удержания в крайнем положении шлицов в отверстие вилки вставляется фиксатор 12 (см. фиг. 3), который своим концом упирается в прорезь, выполненную в корпусе 1, и имеет возможность в ней перемещаться.
Устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, представленное на чертежах фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, работает следующим образом.
Предварительно корпус 1 устройства соединяется с вилкой 5 за счет шлицев 2 и фиксаторов 12. Собранное устройство конической частью корпуса 1 вставляется в шпиндель, например, вертикально-фрезерного станка и закрепляется в нем при помощи специальной тяги, проходящей через шпиндель станка и ввинчиваемой в резьбовое отверстие конической части корпуса 1. При этом деформирующий ролик 6 с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный на неподвижной оси 7 между двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин (упругих элементов) 11 ориентируется по направлению одной из подач станка: поперечной или продольной. Обрабатываемая деталь закрепляется в приспособлении станка (например, в машинных тисках) на его столе. Используя динамометрическое устройство, деформирующим роликом 6 создается необходимое усилие обкатки на обрабатываемую деталь. Включая на станке соответствующую подачу, осуществляют упрочняющую обработку плоской поверхности детали. При этом шлицы 2 и фиксаторы 12 исключают перекос и смещение корпуса 1 и вилки 5 относительно друг друга вследствие вибрации ролика в процессе обкатки, обеспечивая возможность равномерного перемещения их вдоль оси за счет надежного взаимного фиксирования корпуса и вилки. В результате уменьшается разброс параметров шероховатости и микротвердости материала поверхностного слоя детали, что приводит к уменьшению интенсивности изнашивания и повышению усталостной прочности обработанной обкаткой поверхности детали.
Оценка эффективности использования предлагаемого устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ на полезную модель №192435, МПК В24В 39/06, бюл. №26, 2019 г.) осуществлялась по следующим показателям:
- разбросу параметра шероховатости обработанной поверхности ΔRa, определяемому по данным профилограмм поверхностей, снятых при помощи профилографа-профилометра мод. 170311;
μ
- разбросу микротвердости материала поверхностного слоя ΔН, определяемой при помощи микротвердомера ПМТ-3 при нагрузке на индентор 0,49Н;
ск
- весовой интенсивности изнашивания упрочненных плоских поверхностей деталей J, определяемой на установке для испытания материалов на истирание на базе настольного вертикально-сверлильного станка (см. Бутенко В.И. Научные основы нанотрибологии. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. - С. 20-21); испытания проводились при давлении контртела из закаленной быстрорежущей стали Р6М5 р=1,5 МПа, скорости скольжения V=0,3 м/с и температуре Θ=20°С без смазки;
-1
ц
- усталостной прочности материала деталей σ (числу циклов нагружений N), определяемой на установке для испытания материалов в экстремальных условиях эксплуатации (см. Бутенко В.И. Структура и свойства материалов в экстремальных условиях эксплуатации. Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007. - С. 156-157); была принята концевая нагрузка на исследуемые детали в виде пластин величиной Р=1176 Н (120 кгс) с частотой υ=50 Гц при вылете стрелы пластины 80 мм.
пр
поп
Исследования по определению эффективности использования предлагаемого устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ на полезную модель №192435, МПК В24В 39/06, бюл. №26, 2019 г.) проводились на пластинах из сталей 12ХН3А, 30ХГСА, Х18Н9Т, имеющими размер B×L×H=25×100×10 мм. Упрочняющая обработка пластин осуществлялась на вертикально-фрезерном станке мод. 6Т13 с использованием следующих режимов: усилие воздействия деформирующего ролика на обрабатываемую поверхность Q=1470 Н (150 кгс), продольная подача S=2 мм/с, поперечная подача S=1,5 мм/дв.ход.
μ
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний упрочненных пластин с использованием различных устройств для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей приведены в таблице, из анализа которой следует, что использование предлагаемого устройства позволяет на (15-25)% уменьшить разброс параметра шероховатости ΔRa и на (30-40)% снизить разброс микротвердости материала упрочненного поверхностного слоя ΔН. В результате на (18-22)% повышается износостойкость поверхностного слоя детали (уменьшается весовая интенсивность изнашивания J) и в 1,2-1,3 раза увеличивается его усталостная прочность.
Таблица
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний упрочненных пластин