УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБКАТЫВАНИЯ С РЕГУЛИРУЕМОЙ НАГРУЗКОЙ
DEVICE FOR ROLLING WITH ADJUSTABLE LOAD

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке поверхностным пластическим деформированием (ППД) цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых поверхностей с регулируемой нагрузкой на каждом деформирующем элементе инструмента.
Известно трехроликовое приспособление для обкатывания нежестких валов, состоящее из державки с роликами, шарнирно соединенной с корпусом, который крепят на суппорте станка [1].
Недостатком известного приспособления является ограниченность применения, узкая специализация (только для цилиндрических поверхностей) и низкая производительность, при этом для получения высокого качества необходимо создание больших рабочих усилий, а это требует использования роликов с большим радиусом профиля, что отрицательно влияет на массогабаритные параметры и не всегда осуществимо. При этом устройство не имеет возможности регулирования расположения деформирующих элементов относительно друг друга в продольном направлении, а также регулирования нагрузки на каждом деформирующем элементе в отдельности.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей оснастки путем обеспечения обработки обкатыванием цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых наружных поверхностей, а также снижение себестоимости, повышение производительности и улучшение качества изготовления.
Поставленная задача решается путем использования предлагаемого устройства для обкатывания цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых наружных поверхностей валов с регулируемой нагрузкой, содержащего корпус и державки не менее трех с деформирующими элементами, шарнирно соединенные с корпусом, причем каждый деформирующий элемент снабжен устройством нагружения, выполненным в виде рычага, с шарнирно закрепленным в нем деформирующим элементом, при этом нагружение осуществляется цилиндрической винтовой пружиной сжатия, воздействующей на один конец рычага, и упирающейся в регулировочную гайку, которая ввинчена в кронштейн, жестко закрепленный на корпусе, а другим концом рычаг шарнирно с помощью оси закреплен в корпусе и щеке, прикрепленной к корпусу на расстоянии, контролируемом распорными втулками, причем настройка на обрабатываемый диаметр и необходимый натяг производится упорным винтом, который ввинчен в свой кронштейн.
Сущность устройства поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема обкатывания винта винтового насоса предлагаемым устройством, общий вид; на фиг.2 - конструкция устройства, поперечный частичный разрез; на фиг.3 - продольное сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - вариант расположения деформирующих роликов одинакового профиля с одинаковым усилием нагружения и сдвинутых в продольном направлении относительно друг друга; на фиг.5 - вариант расположения деформирующих роликов одинакового профиля с различным усилием нагружения и сдвинутых в продольном направлении относительно друг друга; на фиг.6 - вариант расположения деформирующих роликов с различным профилем и с одинаковым усилием нагружения, сдвинутых в продольном направлении относительно друг друга.
з
пр
Предлагаемое устройство относится к многоэлементному деформирующему инструменту с регулируемой нагрузкой на деформирующие элементы - ролики и служит для обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД) - обкатыванием и упрочнением цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых наружных поверхностей валов 1, которым сообщают вращательное движение V относительно собственной продольной оси и продольную подачу S устройству 2.
Устройство 2 содержит корпус, состоящий из вертикальной стойки и горизонтального основания, объединенных в Г-образную форму. Стойка корпуса имеет центральное отверстие для свободного прохождения через нее обрабатываемой заготовки. К стойке корпуса винтами 3 прикреплена щека 4 на расстоянии, контролируемом распорными втулками 5.
Между щекой 4 и стойкой корпуса расположены деформирующие элементы, например, в виде роликов 6, в количестве не менее трех. Деформирующие элементы 6 шарнирно соединены со стойкой корпуса и каждый из них снабжен устройством нагружения.
Устройство нагружения выполнено в виде рычага 7, в средней части которого шарнирно на оси 8 установлен с возможностью вращения деформирующий элемент 6. Нагружение деформирующего элемента 6 осуществляется цилиндрической винтовой пружиной сжатия 9, воздействующей на один конец рычага 7. Пружина 9 смонтирована между рычагом 7 и регулировочной гайкой 10, которая ввинчена в кронштейн 11, жестко закрепленный на стойке корпуса. Для предотвращения продольного прогиба пружины 9 внутри нее шарнирно установлен шток 12.
Другим концом рычаг 7 шарнирно с помощью оси 13 закреплен в стойке корпуса и щеке 4.
Настройка деформирующего элемента 6 на обрабатываемый диаметр и необходимый натяг производится упорным винтом 14, который ввинчен в свой кронштейн 15, жестко закрепленный на стойке корпуса.
Работа устройства заключается в следующем.
1
з
При финишной обработке поверхностным пластическим деформированием - обкатыванием заготовки вала 1 с переменным сечением (например, винта винтового насоса, имеющего профиль и размеры D, D, t, показанного на фиг.1) предлагаемым устройством ее закрепляют в патроне 16 шпинделя 17 передней бабки 18, подводят устройство и вводят свободный конец заготовки винта в отверстие стойки и поджимают центром 19 задней бабки 20. Обрабатываемой заготовке сообщают вращательное движение V. Скорость вращения заготовки задают в зависимости от требуемой производительности, конструктивных особенностей заготовки и оборудования. Обычно скорость составляет 30…150 м/мин.
пр
пр
Устройству сообщают продольную подачу S в одну сторону не более 0,1…3,0 мм/об. Оптимальную подачу S° определяют по формуле:
пр
э
S°=kS,
где k - число деформирующих элементов;
э
S - подача на один деформирующий элемент, принимается для роликов не более - 0,02…0,10 мм/об.
При переходе на обработку другого типоразмера вала в устройстве достаточно заменить деформирующие элементы.
Благодаря реализованным в предлагаемом устройстве возможностям регулирования расположения деформирующих элементов относительно друг друга в продольном направлении, а также регулирования нагрузки на каждом рычаге с деформирующим элементом в отдельности, расширились технологические возможности ППД. Представляют интерес следующие варианты наладок.
1
2
3
1
2
3
1. Три деформирующих элемента - ролика одинакового профиля (r=r=r) установлены в одной поперечной плоскости (см. фиг.2, 3) и всем роликам сообщается одинаковая нагрузка (P=Р=Р).
1
2
3
1
2
3
2. Три деформирующих элемента - ролика одинакового профиля (r=r=r) установлены в разных поперечных плоскостях (см. фиг.4), т.е. ролики сдвинуты в продольном направлении друг относительно друга, и всем роликам сообщается одинаковая нагрузка (P=Р=Р).
1
2
3
1
2
3
1
2
3
3. Три деформирующих элемента - ролика одинакового профиля (r=r=r) установлены в разных поперечных плоскостях (см. фиг.5), т.е. ролики сдвинуты в продольном направлении друг относительно друга, и ролики нагружены различным усилием (P≠Р≠Р; например, P<Р<Р).
1
2
3
4. Три деформирующих элемента - ролика различного профиля (r≠r≠r; например,
1
2
3
1
2
3
r<r<r) установлены в разных поперечных плоскостях (см. фиг.6), т.е. ролики сдвинуты в продольном направлении друг относительно друга, и всем роликам сообщается одинаковая нагрузка (P=Р=Р).
1
2
3
5. Три деформирующих элемента - ролика различного профиля (r≠r≠r; например,
1
2
3
1
2
3
1
2
3
r<r<r) установлены в разных поперечных плоскостях (не показаны), т.е. ролики сдвинуты в продольном направлении друг относительно друга, и всем роликам сообщается разная нагрузка (P≠Р≠Р; P<Р<Р).
Изменение положения деформирующих элементов - роликов относительно друг друга в продольном направлении позволяет увеличить производительность обработки заготовок, а различная степень нагружения деформирующих элементов позволяет изменить, уменьшить высоту микронеровностей обрабатываемой поверхности. Изменяя эти параметры устройства, добиваются требуемых параметров обрабатываемой поверхности.
1
1
a
з
з
пр
пр
э
пр
-0,05
±0,01
Пример. Обрабатывался обкатыванием винт левый Н41.1016.01.001 винтового нефтедобывающего насоса ЭВН5-25-1500, который имел следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта - D=27 мм, D=30,3 мм, эксцентриситет e=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=28 мм, шероховатость R=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207…228, масса - 5,8 кг. Предварительная обработка точением и финишная обработка обкатыванием проводилась на токарно-винторезном станке мод. 16К20, окружная скорость заготовки - v=84,78 м/мин (1,41 м/с), n=1000 об/мин, продольную подачу S° определяли по формуле S°=kS мм/об и принимали S°=3·0,03=0,39 мм/об, где k=3 - количество роликов в устройстве, диаметр рабочей части роликов - 7,94 мм. Усилие обкатывания составляло около ≈1700 Н, глубина наклепанного слоя находилась в пределах 0,15…0,20 мм; величина, на которую изменился размер после обкатки - 0,01…0,02 мм; смазывающе-охлаждающей жидкостью при обкатывании служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).
м
м
баз
Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т=3,15 мин (против Т =16,80 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании с помощью шлифовальной головки, с последующим полированием абразивной лентой ЛВТ 2200×55 Э4, 5-8-10 ГОСТ 12439-79 на токарном станке 1К62 на АО "Ливгидромаш"). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл.1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми несоседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов - не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.
Достоинствами предлагаемого многоэлементного устройства являются:
- возможность обкатывания нежестких валов с повышением точности обработки (на 10…20%) за счет конструкции, позволяющей независимое нагружение каждого деформирующего элемента (отклонение формы не более 10…30 мкм);
- обеспечение постоянного усилия контакта при различных профилях деформирующих элементов;
- уменьшает погрешность предшествующей обработки;
- многоэлементность устройства позволяет осуществить многопроходность обработки, за счет чего достигается более высокое качество обработки;
- позволяет разгрузить узлы станка от одностороннего приложения усилия и обрабатывать нежесткие валы;
- образование определенной макро- и микрогеометрической формы обработанной поверхности, уменьшение параметра шероховатости - сглаживание поверхности, изменение структуры материала - поверхностный наклеп и создание определенного напряженного состояния - все это благоприятно действует на износостойкость.
Предлагаемое устройство несложное по конструкции и надежное в эксплуатации, а способ обкатывания цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых поверхностей устройством отличается простотой в реализации. Получаемые на поверхности упрочняемой заготовки структуры слоев обладают повышенной твердостью, а соответственно, износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению.
Использование предлагаемого устройства позволяет повысить производительность обработки в 1,5…2,0 раза и обеспечить высокую точность.
Источники информации
1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. С.387, рис.6 - прототип.