ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ

Полезная модель относится к области упрочняюще-чистовой обработки деталей и может быть использовано в различных областях машиностроения для упрочнения наружных цилиндрических поверхностей деталей с целью повышения их долговечности.
Известна конструкция устройства в виде динамометрического корпуса с рабочей головкой, в опорах скольжения которой на оси неподвижно закреплен деформирующий ролик, имеющий медленное принудительное вращение от специального привода (Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. - М.: Машиностроение, 1989, с. 87).
Известно устройство, выполненное в виде динамометрического корпуса со свободно вращающимся роликом, ось ролика установлена в корпусе головки, выполненной поворотной относительно нормали к рабочей поверхности ролика (авт.св. N 270922, кл. В23Р 1/10. 19.08.1970).
Недостатком вышеуказанных и многих других подобных устройств используемых для электромеханической обработки является неоднородность получаемого упрочненного слоя. Получая достаточно однородную поверхностную обработку по длине каждого витка по поверхности, в прослойках между этими витками невозможно получить такую же однородность. Каждый следующий, налагаемый на поверхность виток, либо частично перекрывает ранее наложенный виток, вследствие чего в некоторой части материала происходит повторная полная или неполная закалка, а в некоторой зоне - отпуск, либо не перекрывает ранее наложенный виток и тем самым появляются неупрочненные области на поверхности детали.
2
3
В поперечном сечении обработанной поверхности детали можно видеть, что первый проход рабочего инструмента, например, ролика (Фиг. 1, а)), на поверхности оставил закаленный след поперечного сечения abc.Второй проход характеризуется сечением fqn. Зона перекрытия fkc (объем V) представляет собой зону повторной закалки материала и с левой стороны вне линии fk имеет узкую зону отпуска (объем V). Таким образом, обработанный поверхностный слой будет состоять из достаточно однородно закаленных полос, разделенных друг от друга тонкой прослойкой (зоной) отпущенного материала (Эдигаров, В.Р. Технологии и оборудование комбинированных способов электромеханической обработки. В.Р. Эдигаров - Омск: ОАБИИ, 2014. - 280 с).
3
Поперечный к оси вала микрошлиф показывает достаточно одинаковую по глубине термическую обработку в любой из лент, попавших в разрез, продольный микрошлиф показывает наложенные друг на друга закаленные слои (Фиг. 1б)), причем твердость обработанной поверхности вдоль оси вала колеблется. На схеме (Фиг. 1б)) зона отпуска V находится между кривыми fik и mhop.
Для некоторых деталей ширина зоны отпуска, выступающей на поверхность, может иметь отрицательное значение. Поэтому необходимо стремиться уменьшения размеров области отпуска или неупрочненных областей.
Хотя, с другой стороны, образование такой зоны отпуска при дополнительной обработке (например поверхностном пластическом деформировании) может повлечь за собой и положительный эффект в виде образовавшихся канавок (карманов), которые будут способствовать концентрации в них смазочного материала, что соответственно в процессе эксплуатации деталей трибоузлов положительно.
Таким образом, известные устройства имеют низкий технический уровень, связанный с неоднородностью получаемого упрочненного поверхностного слоя, а также наличием неупрочненных областей, которые в процессе эксплуатации будут подвергаться наиболее интенсивному износу, снижая тем самым долговечность детали.
В этой связи важной задачей является создание нового устройства для поверхностного упрочнения, обеспечивающего дополнительное упрочнение неупрочненных электромеханической обработкой областей и создающей регулярный рельеф на обрабатываемой поверхности, способствующий улучшению смазки поверхности в процессе работы детали в трибоузле.
Техническим результатом является создание нового устройства - инструментального узла для поверхностного упрочнения, комбинированным упрочнением электромеханической обработкой и поверхностным пластическим упрочнением.
Технический результат достигается тем, что инструментальный узел для поверхностного упрочнения выполнен в виде спаренного динамометрического корпуса, на одном штоке которого устанавливается рабочая головка, на оси которой посредством втулки с возможностью свободного вращения устанавливается, оснащенный средствами токоподвода, твердосплавный ролик - рабочий инструмент для электромеханической обработки, на втором штоке которого устанавливается рабочая головка, на оси которой посредством втулки с возможностью свободного вращения устанавливается твердосплавный ролик - рабочий инструмент для поверхностного пластического деформирования. Причем рабочий инструмент для поверхностного пластического деформирования устанавливается на расстоянии L от рабочего инструмента для электромеханической обработки, с целью воздействия на участок mf поверхности (Фиг. 1б)), подвергнутый повторному термическому воздействию в результате чего в подповерхностном слое под данным участком произошел отпуск, с образованием зоны с более низкой твердостью в сравнении с другими участками поверхности подвергнутых электромеханической обработке. Под воздействием рабочего инструмента для поверхностного пластического деформирования происходит деформация менее твердой поверхности участка mf с образованием упрочненной канавки (Фиг. 2б), вид А, В)
Инструментальный узел для поверхностного упрочнения деталей машин позволяет создавать упрочненный поверхностный слой с регулярным рельефом, способствующий повышению долговечности деталей трибоузла, за счет высокой поверхностной твердости и наличию канавки улучшающей качества смазки в процессе эксплуатации трибоузла.
Инструментальный узел для поверхностного упрочнения деталей машин состоит из (фиг. 2): корпуса 1, электроизоляционных втулок 2, штока 3 и 12, пружины 4, регулировочных втулок 5 и 13, шайбы 6, гайки 7, рабочего инструмента для ЭМО 8, рабочего инструмента для ППД 9, осей 10, обрабатываемая деталь изображена на фиг. 1 под номером 11.
1
3
2
Инструментальный узел для поверхностного упрочнения работает следующим образом. Корпус инструментального узла 1 устанавливается в резцедержатель станка, на котором производят электромеханическую обработку детали 11. Подвод электрического тока осуществляют подключением провода к хвостовику штока 3 с фиксацией шайбой 6 и гайкой 7, а также скользящим контактом непосредственно к обрабатываемой детали (на фигурах не показано). Электромеханическая обработка осуществляется инструментом для ЭМО 8, представляющий собой ролик, изготовленный из твердосплавного материала, например сплава Т15К6. Поджатие рабочего инструмента для ЭМО к обрабатываемой поверхности производится с помощью регулировочной втулки 5, ввертывая (вывертывая) ее в корпус 1, обеспечивая усилие P (фиг. 3). ЭМО инструментом осуществляется с некоторым шагом (подачей) равным М (фиг. 3), при этом в обрабатываемом поверхностном слое будет образовываться зона отпуска V (рис. 1а)) находящаяся между кривыми fik и mhop (рис. 1б)), причем эти зоны буду находиться друг от друга на одинаковом расстоянии равном шагу обработки - М. Рабочий инструмент для ППД устанавливается так, чтобы его ось находилась на расстоянии L от оси рабочего инструмента для ЭМО, тем самым обеспечивается постоянное попадание воздействия рабочего инструмента для ППД на зону отпуска, деформируя ее и упрочняя. При этом на месте воздействия рабочего инструмента для ППД образуется канавка, за счет деформации поверхностного слоя, ранее подвергнувшегося повторному термическому воздействию - отпуску. Для определенных режимов ЭМО необходимо предварительно подбирать рабочий инструмент для ППД, в частности его ширину - размер К, а также подбирать размер L обеспечивая попадание воздействия рабочего инструмента 9 на зону подвергнувшуюся отпуску. Деформационное воздействие рабочего инструмента для ППД на обрабатываемую поверхность осуществляется с усилием Р, которое обеспечивается ввертыванием (вывертыванием) втулки 13. Для выбора размеров К и L, можно воспользоваться эмпирическими зависимостями или использовать известные выражения для расчета глубины упрочненного слоя (Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. - М.: Машиностроение, 1989. - 200 с):
3
ф
где k - коэффициент, учитывающий количество теплоты, поглощаемое сверхвысоким температурным объемом; µ - коэффициент, определяющий распределение теплоты, создаваемой в зоне контакта; η - коэффициент, учитывающий потери во вторичной цепи трансформатора; I - сила тока во вторичной цепи трансформатора, A; U - напряжение во вторичной цепи трансформатора, В; Р - сила при сглаживании, Н;  - скорость сглаживания, см/с; f - коэффициент трения; с - удельная теплоемкость Дж/(г·К); ρ - плотность металла, г/см; t - температура фазового превращения металла, К.
По глубине упрочненного слоя S и параметру М (шагу) обработки можно найти зону перекрытия «витков» упрочнения и далее определить примерный размер зоны отпуска, с последующим определением параметра К.
Предлагаемое устройство позволяет производить поверхностное упрочнение деталей машин, при этом комплексное упрочнение электромеханической обработкой и поверхностной пластической деформацией позволяют исключить наличие на поверхности обработанной детали разупрочненных областей (областей отпуска), образующихся в результате повторного термического воздействия электромеханической обработкой, создать на поверхности детали благоприятный рельеф поверхности, способствующий более качественной смазке деталей образующих трибосистему, за счет перемещения смазочного материала по образованным ППД канавкам.
Таким образом, использование предлагаемого инструментального узла для поверхностного упрочнения деталей позволяет получить на обрабатываемой поверхности регулярный рельеф в сочетании с высокой поверхностной твердостью поверхностного слоя, что создает условия для значительного повышения износостойкости и долговечности.