ОХВАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО НАКАТЫВАНИЯ РЕЗЬБЫ НА ЗАГОТОВКЕ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАРЕЗАННОЙ РЕЗЬБОЙ

Полезная модель относится к технологии машиностроения, к изготовлению и оснастки инструмента для статико-импульсной отделочно-упрочняющей обработки резьбы пластическим деформированием, в частности к инструментам для упрочняющего накатывания наружной резьбы.
Известно устройство для статико-импульсного упрочнения винтов, содержащее корпус центральным отверстием для заготовки, деформирующими элементами, бойком и волноводом виде втулки, снабженные гайкой, пластинчатыми пружинами с установленными на них деформирующими элементами и кулачки, обеспечивающие радиальное перемещение деформирующего элемента от волновода по действием периодической импульсной нагрузки [1].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, равномерности упрочненного слоя, низким КПД из-за большого количества составляющих элементов и невозможности формировать сложный профиль резьбовой винтовой поверхности низкой производительности обработки из-за большой инерционности устройства.
В способе статико-импульсного упрочнения винтов описано устройство для отделочно-упрочняющей обработки, содержащее корпус с центральным отверстием для расположения в нем заготовки, в котором расположены деформирующие элементы и волновод, выполненный в виде втулки, гайку и V-образные изогнутые пластинчатые пружины, с установленными на них деформирующие элементы, на средней части пружин закреплены кулачки, которые контактируют с волноводом, к которому с помощью бойка прикладывают периодическую импульсную нагрузку для радиального перемещения деформирующих элементов [2].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, равномерности упрочненного слоя, низким КПД из-за большого количества составляющих элементов и невозможности формировать сложный профиль резьбовой винтовой поверхности, низкой производительности обработки из-за большой инерционности устройства.
Наиболее близким техническим решением является охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы, состоящий из волновода и воздействующего на него бойка, связанного с генератором механических импульсов. Волновод выполнен в виде корпуса с вращающимся кольцом, установленным под углом, равным углу подъема накатываемой резьбы. Кольцо выполнено с внутренней кольцевой резьбовой поверхностью, содержащей заборный конус и цилиндрическую калибрующую часть. Кольцу сообщается статистическая и динамическая составляющие деформирующей силы [3].
Недостатками известного инструмента являются необходимость точной установки угла наклона волновода с кольцом при каждой новой детали с отличающимися параметрами резьбы, неточность установки приводит к увеличению погрешности шага резьбы, угла профиля и волнистости поверхности и низкой производительности.
Задачей полезной модели является повышение производительности обработки за счет снижения вспомогательного времени на установку угла наклона инструмента, повышение точности параметров резьбы.
Техническим результатом является охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания и упрочнения впадины резьбы упрощенной конструкции и легкий в эксплуатации.
Технический результат достигается в охватывающем инструменте для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой, содержащем волновод с корпусом, боек, выполненный с возможностью воздействия на волновод и связанный с генератором механических импульсов, и охватывающее заготовку резьбонакатное кольцо с внутренней рабочей кольцевой резьбовой поверхностью, выполненное с возможностью сообщения ему деформирующей силы, имеющей статическую и динамическую составляющие, при этом он снабжен радиальным шарикоподшипником, установленным на неподвижной горизонтальной оси, закрепленной в корпусе волновода, а резьбовая поверхность резьбонакатного кольца выполнена соответствующей профилю впадины накатываемой резьбы.
Резьбонакатное кольцо имеет внутреннюю резьбовую поверхность, соответствующую профилю впадины резьбы готовой детали. Оно самоустанавливается под необходимым углом на предварительно нарезанной резьбе заготовки с припуском. Кольцу сообщается статическая и динамическая составляющие деформирующей силы за счет прижатия его к заготовке радиальным шарикоподшипником, установленным на неподвижной горизонтальной оси, закрепленной в корпусе волновода.
Сущность конструкции инструмента поясняется чертежами.
На фиг.1 показан охватывающий инструмент для статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания резьбы; на фиг.2 поперечный разрез А-А; на фиг.3 продольный разрез Б-Б; на фиг.4 представлена схема статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы заготовки штока предлагаемым охватывающим инструментом.
Предлагаемый охватывающий инструмент предназначен для статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы на внешних резьбовых поверхностях деталей типа валов и штоков деформирующим элементом в виде охватывающего резьбонакатного кольца (фиг.1).
СТ
ИМП
Охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой (фиг.1-3) содержит волновод 1, с помощью которого через боек (не показан) инструменту сообщаются статическая P и динамическая P составляющие деформирующей силы от генератора механических импульсов (не показан). Резьбонакатное кольцо 2 одевается на заготовку 3 с предварительно нарезанной резьбой и имеет внутреннюю резьбовую поверхность, соответствующую профилю впадины резьбы готовой детали. Резьбонакатное кольцо 2 установлено с возможностью прижатия его к заготовке радиальным шарикоподшипником 4, установленным на неподвижной горизонтальной оси 5, закрепленной в корпусе волновода 1. Заготовка 3 устанавливается в самоцентрирующем трехкулачковом патроне 6 в шпинделе токарного станка.
СТ
ИМП
СТ
ИМП
Предлагаемый охватывающий инструмент работает следующим образом: резьбонакатное кольцо 2 самоустанавливается на предварительно нарезанной резьбе заготовки 3 с припуском под необходимым углом ψ к плоскости, перпендикулярной продольной оси заготовки 3. Ему сообщается статическая P и динамическая P составляющие деформирующей силы за счет прижатия его к заготовке радиальным шарикоподшипником 4, установленным на неподвижной горизонтальной оси 5, закрепленной в корпусе волновода 1. Заготовка 3 вращается с угловой скоростью ω. Резьбонакатное кольцо 2 получает движение подачи S=P, равное шагу резьбы и и воздействует на заготовку 3 с силой P+P. Через волновод 1 импульсы от генератора механических импульсов (не показан) передаются резьбонакатному кольцу 2 через ось 5 и радиальный шарикоподшипник 4.
Из схемы (фиг. 4) можно рассчитать зависимость высоты микронеровностей поверхности Кг после обработки от параметров режимов обработки.
Где Rz - высота микронеровностей после обработки, мм;
k
R - внутренний радиус резьбонакатного кольца 2, мм;
1
R - радиус впадины резьбы заготовки 3 после обработки, мм;
- угол поворота заготовки за один импульс, рад;
з
-1
n - число оборотов заготовки, мин;
-1
f - частота импульсов, мин;
По приведенным формулам, задаваясь частотой импульсов, числом оборотов заготовки, можно определить высоту микронеровностей после статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы заготовки и сравнить с допустимой.
1
СТ
-1
-1
При промышленных испытаниях заготовку стали 40ХНМ2А твердость НВ 226-253, с предварительно нарезанной резьбой М90×4 с припуском Z=0,32 мм на диаметр закрепили в трехкулачковом самоцентрирующем патроне токарного станка модели 1М63Н. В резцедержателе закреплен генератор механических импульсов (отбойный молоток частотой вибрацииу = 4200 мин и энергии удара 3,1 Дж) в бойке установлен волновод с радиальным подшипником 304 на оси Ø 20 мм. Резьбонакатное кольцо с внутренним диаметром 91 мм одевается на заготовку с предварительно нарезанной резьбой и имеет внутреннюю резьбовую поверхность с углом профиля 60° и радиусом R=0,58 мм. Перед обкаткой было установлено предварительное натяжение пружины равное 10 мм, создав усилие прижатия P. Скорость вращения шпинделя станка, в котором закрепляется обрабатываемая заготовка резьбы n=10 мин, подача 5=4 мм/об.
Испытаниями установлено, что производительность процесса повышается в 1,5…2,5 раза по сравнению со статико-импульсным накатыванием резьбы цилиндрическим роликом. Размеры резьбы соответствуют требованиям точности 6g. Параметр шероховатости поверхности резьбы Ra=0,32 мкм. Глубина упрочненного слоя 0,16 мм.
Увеличение микротвердости и прочности наклепанного слоя составило в среднем 21%.
Предлагаемый охватывающий инструмент для упрочнения наружной резьбы прост в реализации, не сложен в конструкции и надежен в эксплуатации, позволяет повысить точность изготовления резьбы, снизить высоту микронеровностей, повысить производительность обработки. Получаемый упрочненный слой обладает повышенной твердостью и сопротивлением усталостному разрушению.
Использованные источники:
1. Патент РФ №2383426, B24B 39/04, B21H 3/12, 2008 г.
2. Патент РФ №2383427, B24B 39/04, B21H 3/12, 2008 г.
3. Патент РФ №2280526, B21H 3/02, 2005 г.