Устройство для удаления остаточных напряжений в детали
DEVICE FOR REMOVING RESIDUAL STRESSES IN PARTS

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологическим операциям релаксации остаточных напряжений и стабилизации геометрических параметров деталей типа вкладышей подшипников скольжения коренных и шатунных шеек коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания.
Известно устройство для стабилизации геометрических параметров деталей [авторское свидетельство SU №1682149]. В изобретении с целью повышения качества правки цилиндрических деталей предложено устройство с вмонтированным в его корпусе правящим роликом, радиус рабочего профиля которого меньше радиуса рабочего профиля опорного элемента, а касательная к рабочим профилям, обращенным к рабочей зоне, параллельна осям вращения правящего ролика и опорного элемента. При вращении детали в контакте с ее вогнутой поверхностью выступает правящий ролик, а с выпуклой - опорное кольцо. Так как они имеют различные конфигурации и радиусы рабочих профилей, степень пластической деформации при постоянном усилии на вогнутой и выпуклой поверхностях детали различны. В процессе вращения детали протекает процесс правки, который прекращается при достижении прямолинейности детали.
Однако в данном устройстве не предусмотрена возможность заклинивания одного из правящих роликов вследствие большой по величине осевой составляющей силы давления в зоне контакта. Другим недостатком устройства является отсутствие непосредственного контроля создаваемого усилия, косвенно устанавливаемого по величине смещения правящего ролика. Кроме того, устройство предназначено для обработки тел вращения и не может использоваться для деталей типа вкладышей подшипников скольжения.
Известно также обкатное устройство [авторское свидетельство SU №422576]. В изобретении с целью стабилизации усилия деформирования в отверстие держателя помещена сменная упругая втулка, и устройство снабжено вторым держателем, расположенным оппозитно первому. Устройство может быть использовано на токарном станке, путем установки в резцедержавку, для обкатки наружной поверхности деталей цилиндрической формы.
Недостатком данного устройства является отсутствие непосредственного контроля создаваемого усилия, которое регулируется путем установки пружинных втулок различной жесткости. Кроме того, устройство не может использоваться для криволинейных деталей типа вкладышей подшипников скольжения.
Известно также устройство для правки и стабилизации геометрических параметров деталей [авторское свидетельство SU №1652015]. В изобретении правка цилиндрических деталей осуществляется путем вращения детали на опорных роликах и силового воздействия перпендикулярно оси вращения нажимным роликом, постоянно увеличивая прогиб изделия. С целью повышения качества правки, потребную для вращения мощность непрерывно измеряют, и при достижении амплитудной мощности 5-10% от ее максимального значения воздействие на изделие роликом прекращают. Конструкция устройства обладает жесткостью за счет рамной конфигурации, обеспечивающей силовое замыкание контакта обкатываемой детали и роликов.
Однако установка параметров наладки устройства на основе эмпирических данных и отсутствие оперативных средств контроля за процессом обкатки затрудняет обеспечение требуемого качества для высокоточных изделий, например колец подшипников, что является недостатком данного устройства. Кроме того, устройство не может использоваться для обработки криволинейных деталей типа вкладышей подшипников скольжения.
Известен также бесцентровый станок для обработки наружных цилиндрических деталей пластическим деформированием [авторское свидетельство SU №616118], содержащий станину, загрузочное устройство, два противоположно расположенных и установленных под углом друг к другу рабочих ролика, один из которых имеет заборный конус. Особенность данной конструкции состоит в том, что с целью обеспечения автоматической правки и подачи деталей, она снабжена закрепленным на станине вращающимся диском, ось которого смещена относительно оси симметрии рабочих роликов, и съемным правящим роликом, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своей оси.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и необходимость в использовании пневмопривода для создания рабочего усилия. Кроме того, устройство не может использоваться для криволинейных деталей типа вкладышей подшипников скольжения.
Известено устройство, заложенное в способе релаксации остаточных напряжений, включающий введение в контакт детали и инструмента, представляющего собой источник ультразвуковых колебаний, и поворот детали вокруг своей оси (RU 2140842 С1). Деталь закрепляют на неподвижной опоре в виде призмы, источник ультразвуковых колебаний устанавливают на жестко фиксированном расстоянии от опоры, поворот детали осуществляют периодически после некоторого времени обработки в каждом фиксированном положении детали.
Недостатками данного способа являются низкая производительность и низкое качество обработки, так как релаксация осуществляется неравномерно вдоль поперечного сечения детали, а также вдоль оси детали большой протяженности.
Известно устройство, заложенное в способе релаксации остаточных напряжений, включающий закрепление детали на опоре и установку источника ультразвуковых колебаний с возможностью контактирования с деталью (FR 1333445 А 27.11.63) Недостатками данного способа являются низкое качество обработки и ограниченные технологические возможности, так как релаксация осуществляется неравномерно вдоль поперечного сечения и отсутствует возможность обработки деталей большой протяженности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для снятия остаточных напряжений, содержащее установленный в корпусе излучатель ультразвука, воздействующий на обрабатываемую деталь и вызывающей в ней напряжения [патент RU 225859 C1 В24В/39/04, опубл. 27.05.2005 г. бюл. №15]. Излучатель ультразвука представляет собой ультразвуковой инструмент, содержащий акустическую систему в виде установленного в корпусе магнито-стрикционного преобразователя и соединенного с ним концентратора, а также излучатель ультразвука, на торце которого закреплен съемный рабочий наконечник, выполненный из материала, соответствующего физико-механическим свойствам обрабатываемого материала, и имеющий фасонную форму, соответствующую топографии обрабатываемого металла, при этом излучатель ультразвука с рабочим наконечником закреплен непосредственно на торце концентратора, образуя с ним единый блок, а ультразвуковой инструмент снабжен съемной поджимающей пружиной, предназначенной для изменения и контроля усилия поджатия излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности металла, приливом для крепления ультразвукового инструмента к станку при работе в стационарном режиме, втулкой, закрепленной в нулевой плоскости волновода, с возможностью перемещения вдоль этого волновода для юстировки положения плоскости излучателя ультразвука относительно плоскости обрабатываемой поверхности металла, имеющей тормозной элемент, расположенный на втулке со стороны обрабатываемой поверхности металла, и ручками, предназначенными для работы ультразвукового инструмента в режиме ручной обработки, при этом поджимающая пружина расположена вдоль продольной оси акустической системы между магнитострикционным преобразователем и корпусом с противоположной стороны от концентратора, а на корпусе акустической системы закреплен прилив с одной из упомянутых ручек, другая ручка закреплена на втулке.
Недостатком этого устройства является то, что оно при обработке криволинейных деталей типа вкладышей подшипников скольжения создает неравномерное напряжение в различных сечениях обрабатываемых деталей и неравномерно удаляет остаточные напряжения, что снижает качество обработки.
Задачей предлагаемого изобретения являются повышения качества обработки деталей.
Техническим результатом является обеспечение равномерного распределения напряжений изгиба вдоль обрабатываемой детали в процессе обработки и за счет этого равномерного удаления остаточных напряжений в детали.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве для удаления остаточных напряжений в детали, содержащем установленный в корпусе излучатель ультразвука, воздействующий на обрабатываемую деталь и вызывающей в ней напряжения, устройство содержит тиски для жесткого закрепления одного конца детали и кронштейн, который закрепляется на другом конце детали, а излучатель ультразвука расположен на свободном конце кронштейна так, что он вызывает в обрабатываемой детали упругие напряжения изгиба.
Так как один конец обрабатываемой детали жестко закреплен в тисках, а излучатель ультразвука установлен на свободном конце закрепленного на другом конце обрабатываемой детали кронштейна так, что он вызывает в обрабатываемой детали упругие напряжения изгиба, то во всех поперечных сечениях детали возникает одинаковый изгибающий момент и одинаковые напряжения изгиба, а под действием ультразвуковых колебаний во всех поперечных сечениях обрабатываемой детали создаются одинаковые условия для удаления остаточных напряжений. Тем самым решается задача повышения качества обработки детали
Конструкция устройства поясняется рисунком, где на фиг. 1 изображен его вид с боку.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1 - основание, 2 - тиски, 3 - зажим, 4 - обрабатываемая деталь, 5 - кронштейн, 6 - винт, 7 - излучатель ультразвука, 8 - корпус, 9 - каретка, 10 - стойка.
а
Устройство состоит из основания 1, на котором закреплены тиски 2. С помощью винтового зажима 3 в тисках закреплен один конец обрабатываемой детали 4. Ηа другом конце детали с помощью винта 6 закреплен кронштейн 5. На свободном конце кронштейна 5 расположен излучатель ультразвука 7, которой закреплен в корпусе 8 на расстоянии  от конца обрабатываемой детали 4. В свою очередь корпус 8 закреплен в шариковой каретке 9, установленной на стойке 10. закрепленной на основании 1.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Обрабатываемая деталь 4 один своим концом с помощью зажима 3 жестко закрепляется в тисках 2. На другом конце детали 3 с помощью винта 6 крепится кронштейн 5. Излучатель ультразвука 7 вместе с корпусом 8 перемещается с помощью шариковой каретки 9 вдоль оси стойки 10 и подводится к свободному концу кронштейна 5. Под действием собственного веса излучатель ультразвука 7 воздействует на конец кронштейна 5 и тем самым вызывает в обрабатываемой детали 4 напряжения изгиба, равные
a
M=G⋅,
а
где G - вес излучателя ультразвука, Н,  - расстояние излучателя ультразвука от конца обрабатываемой детали, мм.
Вес излучателя ультразвука можно изменять, регулируя его массу. Расстояние излучателя ультразвука от конца обрабатываемой детали определяется из условия:
3
где σ - прел упругости материала обрабатываемой детали, МПа, W - момент сопротивления изгибу поперечного сечения обрабатываемой детали, мм.
При таком нагружении обрабатываемой детали 4 во всех ее сечениях создаются равные по величине упругие напряжения изгиба.
Включаются ультразвуковые колебания излучателя ультразвука 7, которые вызывают ультразвуковые колебания во всех поперечных сечениях детали. Так как в каждом поперечном сечении обрабатываемой детали возникают одинаковые напряжения изгиба, то затрачивается одна и та же работа деформации, под действием которой и удаляются остаточные напряжения.
После обработки каретку 9 с корпусом 8 и излучателем ультразвука 7 отводят вверх вдоль стойки 10 и фиксируют в этом положении, зажим 3 тисков 2 разжимают, извлекают их них обрабатываемую деталь 4, отвинчивают винт 6 и освобождают кронштейн 5.
Следовательно, предложенное устройство обеспечивает равномерное удаление остаточных деформаций во всех сечениях обрабатываемой детали. Это обеспечивает решение поставленной задачи повышения качества обработки.