Чеканочный боёк
STAMPING BEATER

Изобретение относится к машиностроению и применяется при обработке металлических деталей машин методами поверхностного пластического деформирования, а именно, при обработке чеканкой. Изобретение может быть использовано при обработке металлов давлением.
Известны конструкции бойков, применяемых в чеканочных устройствах [Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения долговечности машин. - М: Машиностроение, 1969, с. 270, рис. 111], [Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения долговечности машин.- М: Машиностроение, 1969, с. 271, рис. 112]. Недостатком данных конструкций бойков является получение недостаточно мелкозернистой структуры упрочняемого металла, что снижает механические характеристики металлических поверхностей.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция бойка устройства для чеканки [патент RU№2100176], которая содержит установленный на оси с возможностью поворота ударник, выполненный с инерционным элементом, расположенным эксцентрично оси. Ось закреплена на штоке, совершающем возвратно поступательное движение. К штоку при помощи пружины возврата поджимается ограничитель возврата, жестко связанный с ударником. При ударе ударника об упрочняемую поверхность сила инерции инерционного элемента стремится повернуть ударник на оси. Это приводит к возникновению касательного усилия на упрочняемой поверхности (одновременно с нормальным усилием). После удара пружина возврата повернет ударник в исходное положение (до упора ограничителя в шток).
Недостатком конструкции этого бойка является создание однонаправленного касательного усилия во время ударного контакта на упрочняемой поверхности, вследствие чего возникает неравномерная деформация зерен металла и повышенная шероховатость обработанной поверхности.
Задачей изобретения является усовершенствование конструкции чеканочного бойка, позволяющее получить более высокое качество упрочняющей обработки металлической поверхности.
Техническим результатом является повышение равномерности деформации зерен металла, снижение шероховатости поверхности.
Технический результат достигается тем, что чеканочный боек, содержащий установленный на оси с возможностью поворота ударник и шток, отличается тем, что ударник подпружинен относительно штока четырьмя пластинчатыми пружинами, каждая из которых упирается в штифт, установленный на ударнике, и на нем симметрично штока закреплены первая и вторая гильзы, в первой гильзе первый толкатель, сообщен снизу с первой прижимной пружиной, а сверху с регулировочным винтом, установленным в торец первой гильзы, во второй гильзе второй толкатель сверху сообщен со второй прижимной пружиной, при этом длина первого и второго толкателя равна половине длины штока.
Повышение равномерности деформации зерен металла, снижение шероховатости поверхности происходит за счет того, что один из толкателей прижимается к ударнику, а другой находится на расстоянии зазора Z от него. Поэтому при ударе чеканочного бойка по упрочняемой поверхности сначала давление на ударник будет оказывать второй толкатель, прижимаемый к ударнику. При этом первый толкатель будет двигаться к ударнику. Когда произойдет отскок второго толкателя от ударника первый толкатель, пройдя расстояние Z, вступит в контакт с ударником и начнет оказывать давление на него. За счет того, что гильзы с толкателями закреплены симметрично относительно штока, вращающий момент, вызывающий поворот ударника на оси (которая закреплена на штоке) изменит направление на противоположное. Это вызывает изменение направления тангенциального усилия на поверхности упрочняемой детали на противоположное, что приводит к повышению равномерности деформации зерен, снижению шероховатости, то есть к повышению качества упрочняющей обработки металлической поверхности детали.
На фиг. 1 изображен фронтальный вид чеканочного бойка, а на фиг. 2 его вид сверху. Чеканочный боек состоит из ударника 1, установленного с возможностью поворота на оси 2, закрепленной на штоке 3. На ударнике 1 симметрично относительно штока 3 закреплены первая гильза 4 и вторая гильза 5. Ударник 1 подпружинен относительно штока 3 пластинчатыми пружинами 6, 7, 8, 9, которые упираются в штифты 10, 11, 12, 13, установленные в ударнике 1. Пластинчатые пружины 6, 7, 8, 9 фиксируют положение ударника 1 относительно штока 3 при движении бойка до и после удара, практически не оказывая сопротивления силам, действующим при ударе. Внутри первой гильзы 4 находится первый толкатель 14, который поджимается первой прижимной пружиной 16 к расположенному в торце первой гильзы 4 регулировочному винту 18, образуя при этом зазор 19 между первым толкателем 14 и ударником 1. Величина Z зазора 19 может изменяться при помощи регулировочного винта 18, и равна времени пробега упругой волны сжатия по штоку 3, умноженному на скорость удара бойка по упрочняемой поверхности.
где V - скорость, с которой боек наносит удар по упрочняемой поверхности, м/с; Н - длина штока, м; С - скорость распространения звука в материале штока, м/с. (С - определяется по справочным данным, которые выбираются в зависимости от материала штока).
Внутри второй гильзы 5 находится второй толкатель 15, который поджимается второй прижимной пружиной 17 к ударнику 1. Длина каждого толкателя 14 и 15 равна половине длины штока 3.
Чеканочный боек работает следующим образом. При ударе ударника 1 по упрочняемой поверхности в деталях бойка возникает волна сжатия, которая распространяется вверх по всем деталям бойка (фиг. 1) за исключением первого толкателя 14. (С небольшой погрешностью будем считать, что расстояние, на которое распространяется эта волна по ударнику 1, оси 2 и штоку 3, равно длине штока). После того как волна сжатия охватит всю длину штока начнется постепенная разгрузка сечений штока. Разгрузка завершается отскоком штока [Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Изд. 3-е, доп.и перераб. Л., «Машиностроение», 1976, с. 314], а вместе с ним и всех деталей бойка от упрочняемой поверхности. Общая продолжительность удара вдвое больше времени, необходимого для того, чтобы волна сжатия прошла всю длину штока, так как при разгрузке упругая волна распространяется с такой же скоростью, что и при сжатии штока. (Эта скорость равна скорости звука в материале штока).
Ударное взаимодействие можно разделить на две половины. В первой половине ударного процесса (когда волна сжатия распространяется вверх по штоку) второй толкатель 15 находится в контакте с ударником 1, и его сила инерции создает вращающий момент относительно оси 2, стремящийся повернуть ударник по часовой стрелке. При этом первый толкатель 14 движется к ударнику 1, сжимая первую прижимную пружину 16. (Сила упругости этой пружины гораздо меньше возникающей при ударе силы инерциивторого толкателя 15. Поэтому первый толкатель 14 в первой половине ударного процесса не оказывает практически никакого влияния на ударник).
В то же самое время волна сжатия распространяется вверх по второму толкателю 15, а так как его длина в два раза меньше длины штока, то к моменту окончания первой половины ударного процесса (когда волна сжатия охватит всю длину штока) второй толкатель 15 сначала будет полностью охвачен волной сжатия, а затем полностью разгрузится, что приведет к его отскоку от поверхности ударника [Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Изд. 3-е, доп.и перераб. Л., «Машиностроение», 1976, с. 314]. При этом первый толкатель 14, преодолев расстояние Z зазора 19, войдет в ударное взаимодействие с ударником 1, что приведет к возникновению вращающего момента, стремящегося повернуть ударник 1 на оси 2 против часовой стрелки. (Так как длина толкателя 14 в два раза меньше длины штока 3, отскок первого толкателя 14 от ударника 1 произойдет одновременно с полной разгрузкой штока 3, то есть к моменту окончания второй половины процесса удара чеканочного бойка по упрочняемой поверхности).
Во время отвода чеканочного бойка от обрабатываемой поверхности (которое осуществляется устройством для нанесения ударов) и последующим движением его к упрочняемой поверхности толкатели 14 и 15 под действием прижимных пружин 16 и 17, а также ударник 1 под действием пластинчатых пружин 6, 7, 8, 9 займут положения, показанные на фиг. 1, то есть чеканочный боек будет готов к нанесению следующего удара.
Величину зазора 19 рассчитывают по формуле (1) и устанавливают при помощи регулировочного винта 12. Например, для бойка со штоком длинной 50 см, изготовленным из стали и имеющим скорость при ударе 6 м/с, величина Z зазора 19 равна 0,6 мм.