УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к упрочняюще-чистовой обработке поверхностей деталей методом поверхностного пластического деформирования и может быть использована в различных отраслях машиностроения.
Известно устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса, вилку и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси (см. патент РФ на полезную модель №152055, МПК В24В 39/00, бюл. №12, 2015 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются корпус в виде усеченного конуса, вилка и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкое качество упрочнения материала поверхностного слоя детали из-за неравномерного по усилию воздействия на него деформирующих элементов.
Известно устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилка с направляющими и опирающаяся на демпфер и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, гайки и упругой шайбы (см. патент РФ на полезную модель №164756, МПК В24В 39/00, бюл. №25, 2016 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилка с направляющими и опирающаяся на демпфер и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, гайки и упругой шайбы.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая эффективность упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей из-за неопределенности установки деформирующего ролика между боковыми шайбами вследствие неточности их изготовления, что приводит либо к жесткому зажатию деформирующего ролика вследствие завышенных размеров по толщине боковых шайб, либо к люфту ролика по боковым поверхностям вследствие заниженных размеров по толщине шайб, приводящему к ухудшению качества поверхности обрабатываемой детали.
За прототип принято устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими и опирающуюся на демпфер, деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин, гайки и упругой шайбы (см. патент РФ на полезную модель №177508, МПК В24В 39/06, бюл. №7, 2018 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилка с направляющими и опирающаяся на демпфер и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин, гайки и упругой шайбы.
двумя парами предварительно деформированных тарельчатых пружин 5 и деформирующим роликом 6 с фаской заданной ширины на рабочем профиле, имеющий возможность свободно вращаться на оси 3, при этом вилка 2, соединенная с корпусом 1 при помощью специальной скобы (на чертежах не показано), имеет направляющие 7 (фиг. 2) и опирается на демпфер 8, состоящий из n=4 тарельчатых пружин заданной жесткости, установленных на стержне 9, а ось 3 закреплена в вилке 2 корпуса устройства 1 при помощи гайки 10 с упругой шайбы 11.
Устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, представленное на чертежах фиг. 1 и фиг. 2, работает следующим образом.
Устройство конической частью корпуса 1 вставляется в шпиндель, например, вертикально-фрезерного станка и закрепляется в нем при помощи специальной тяги, проходящей через шпиндель станка и ввинчиваемой в резьбовое отверстие конической части корпуса 1. При этом деформирующий ролик 6 с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный на оси 3 между двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин 4, ориентируется по направлению одной из подач станка: поперечной или продольной. Обрабатываемая деталь закрепляется в приспособлении станка (например, в машинных тисках) на его столе. Используя динамометрическое устройство, деформирующим роликом 6 создается необходимое усилие обкатки на обрабатываемую поверхность детали. Включая на станке соответствующую подачу, осуществляют упрочняющую обработку плоской поверхности детали. При этом вилка 2 с направляющими 7 (фиг. 2) имеет возможность свободно перемещаться в пазах корпуса 1 (фиг. 1), опираясь на демпфер 8, состоящий из четырех тарельчатых пружин, установленных на стержне 9, а жесткость W каждой из пружин равна  где Р - усилие обкатки, Н; n=4 - количество тарельчатых пружин;  - настроечное перемещение упрочняющего ролика для создания усилия обкатки Р, мкм. Это исключает смещение тарельчатых пружин демпфера относительно оси установки деформирующего ролика вследствие его вибрации в процессе обкатки, непостоянство жесткости демпфера в процессе обкатки и обеспечивает учет ее при настройке устройства на усилие обкатки для обработке деталей из разных конструкционных материалов. В результате улучшается качество обработанной поверхности детали по параметрам шероховатости и микротвердости.
np
поп
μ
a
Проведены исследования по выявлению зависимости для определения необходимой жесткости тарельчатой пружины W в демпфере устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей по известной величине усилия обкатки Р. Исследованиям подвергались демпферы с различным количеством тарельчатых пружин, отличающиеся жесткостью W при различных значениях усилия обкатки Р. Упрочняющая обработка поверхностей пластин из стали 12ХН3А размерами 25×100×10 мм осуществлялась на вертикально-фрезерном станке мод. 6Т13 с использованием следующих режимов: продольная подача S=20 мм/с, поперечная подача S=1,5 мм/дв. ход; усилие воздействия деформирующего ролика на обрабатываемую поверхность Р принималось равным 1000 Н и 1500 Н. Число тарельчатых пружин в демпфере составляло n=4. В качестве критерия оценки выбора тарельчатых пружин были приняты параметр шероховатости обработанной поверхности детали R, определяемый на профилометре-профилографе мод. 170311, и разброс микротвердости материала поверхностного слоя ΔН, которая определялась на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке на индентор 0,49 Н.
Результаты исследований приведены в табл. 1, анализ которых видно, что наилучшие результаты по качеству обработанной поверхности детали достигаются в случаях, когда жесткость W установленных на стержне тарельчатых пружин равна  где Р - усилие обкатки, Н; n=4 - количество тарельчатых пружин; - настроечное перемещение упрочняющего ролика для создания усилия обкатки Р, мкм.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкое качество упрочненных плоских поверхностей деталей из-за смещения демпфера относительно оси установки деформирующего ролика вследствие его вибрации в процессе обкатки, непостоянства жесткости демпфера в процессе обкатки и без учета ее при настройке устройства на усилие обкатки для обработки деталей из разных конструкционных материалов.
Технический результат достигается тем, что демпфер в виде четырех тарельчатых пружин установлен на стержне, а жесткость W каждой из пружин равна  где Р - усилие обкатки, Н; n=4 - количество тарельчатых пружин;  - настроечное перемещение упрочняющего ролика для создания усилия обкатки Р, мкм.
Для достижения поставленной цели устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими на демпфер в виде предварительно деформированных тарельчатых пружин и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, гайки и упругой шайбы, при этом демпфер в виде четырех тарельчатых пружин установлен на стержне, а жесткость W каждой из пружин равна  где Р - усилие обкатки, Н; n=4 - количество тарельчатых пружин;  - настроечное перемещение упрочняющего ролика для создания усилия обкатки Р, мкм.
Предлагаемое устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей методом поверхностного пластического деформирования поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
Устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части и пазами под направляющие вилки 2 (фиг. 2), в которой установлена ось 3 с бронзовой втулкой 4,
-1
ц
Оценка эффективности использования предлагаемого устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ на полезную модель №177508, МПК В24В 39/06, бюл. №7, 2018 г.) осуществлялась по интенсивности изнашивания упрочненных поверхностей пластин из сталей 12ХН3А, 30ХГСА, Х18Н9Т I и усталостной прочности материала σ (циклов нагружений N), определенных по результатам исследования упрочненных пластин на установках для испытания материалов в экстремальных условиях (см. Бутенко В.И. Научные основы нанотрибологии. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. - С. 20-29).
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний упрочненных пластин с использованием различных устройств для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей приведены в таблице 2, из анализа которой следует, что использование предлагаемого устройства позволяет в 1,2
-1,3 раза повысить износостойкость поверхностного слоя и на 30-40% увеличить его усталостную прочность.