УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ УДАРНОЙ ОБРАБОТКИ

Устройство относится к средствам технологического оснащения используемым в машиностроении, в частности в области металлообработки, и может быть использовано для упрочняющей поверхностной обработки деталей машин.
Известен способ электромеханического упрочнения, который основан на сочетании термического и силового воздействия на поверхностный слой обрабатываемой детали, заключающийся в том, что в процессе обработки через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего поверхностный слой металла упрочняется [Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. - М: Машиностроение, 1989. - 198 с]. Метод осуществляется при постоянном усилии пластического деформирования на упрочняющий инструмент и при использовании электрического тока промышленной частоты.
Известен способ обработки деталей поверхностным пластическим деформированием с одновременным пропусканием через зону контакта инструмента с деталью переменного электрического тока и сообщают инструменту и детали относительное перемещение, при котором величину усилия пластического деформирования изменяют в течение одного полупериода прохождения электрического тока, при этом величину максимального значения пластического деформирования выбирают равной величине усилия пластического деформирования без пропускания переменного тока, а значение текущей величины усилия пластического деформирования определяют по формуле [по а.с. N 1156900, М. кл. B24B 39/00, заявл. 09.07.82, опубл. 23.05.85. Бюл. N 19].
Недостатком данного способа является статическое приложение усилия пластического деформирования в течение одного полупериода электрического тока, при этом не используется возможность металла к дополнительному упрочнению, так как статически приложенное усилие вызывает меньший эффект упрочнения, чем пульсирующая нагрузка, тем самым снижается твердость упрочненного слоя, кроме того, максимальное воздействие усилия приходится на минимальное значение электрического тока, при этом температура нагрева поверхностных слоев минимальна, что не обеспечивает достаточную глубину упрочнения, тем самым приводит к снижению прочностных свойств поверхности и эффективности способа обработки.
Известное устройство, имеет низкий технический уровень, так как в процессе обработки не используются возможность металла к дополнительному упрочнению, что ограничивает рост твердости и глубины упрочнения, а следовательно, снижается эффективность обработки поверхностного слоя.
В этой связи предлагается новое устройство для электромеханической ударной обработки деталей поверхностным пластическим деформированием с одновременным пропусканием через зону контакта инструмента с деталью переменного электрического тока с дополнительным воздействием ударных силовых импульсов, которые синхронизируют с импульсами электрического тока по длительности и частоте, при этом плотность тока, а следовательно температура нагрева области обработки максимальны в момент приложения пульсирующей нагрузки, а из-за кратковременного характера импульсов тока и ударных импульсов повышается интенсивность процесса высокотемпературной деформации, кроме того процесс обработки производится с дополнительным ударным импульсом момент приложения, длительность и частота которого смещены в завершающую фазу обработки единичного объема поверхности детали, а также направление приложения которого несколько смещено относительно направления приложения основного ударного импульса на некоторый угол, что в итоге приводит к дополнительному силовому деформационному воздействию на обрабатываемую поверхность в области постермического воздействия, таким образом создано новое устройство для поверхностной электромеханической ударной обработки деталей, с помощью которого повышаются твердость и глубина упрочнения за счет изменения характера приложения деформирующего усилия и, как следствие, механизма фазового превращения, измельчения образующихся мартенситных структур в момент их формирования.
Технический результат достигается тем, что пластическое деформирование осуществляют инструментом с одновременным пропусканием через зону контакта инструмента с деталью переменного электрического тока и сообщают инструменту и детали относительное перемещение, воздействуют ударными импульсами синхронно, с длительностью и частотой равной длительности и частоте импульсов электрического тока, отличающийся тем, что дополнительно в процессе обработки осуществляют воздействие дополнительным ударным импульсом момент приложения, длительность и частота которого, в отличии от основного ударного импульса смещены в завершающую фазу обработки единичного объема поверхности детали, при этом направление приложения дополнительного ударного импульса отличается от направления приложения статического поджатия инструмента и основного ударного импульса на некоторый угол α.
На фиг. 1 представлена схема устройства. Устройство состоит из генератора импульсов 1, включенного в первичную обмотку силового трансформатора "Тр"; силовой 2 и управляющих 3, 4 вторичных обмоток трансформатора; пульсаторов основного ударного импульса 5 и дополнительного ударного импульса 6; корпуса 7, в котором находится пружина, создающая предварительное статическое усилие 8; штока с деформирующим электродом-инструментом 9; штока дополнительного ударного импульса 10; блока управления дополнительного ударного импульса 11; обрабатываемая деталь 12.
Работает устройство следующим образом:
2
осн
доп
Шток с деформирующим электродом-инструментом 9 поджимают к обрабатываемой детали 12 с определенным усилием деформирования Pст, которое выбирают в пределах Pст=200-400 МПа. Затем инструменту и детали сообщают относительное перемещение. Одновременно через зону контакта инструмента с деталью пропускают импульсный электрический ток с длительностью импульса, равной 0,001-0,0001 с, и определенной плотностью j=300-600 А/мм, создаваемый с помощью генератора 1. На обрабатываемую поверхность детали воздействуют ударными импульсами (без разрыва точки контакта инструмента с деталью) с помощью пульсатора основного ударного импульса 5, включенного в управляющую цепь трансформатора 3. Равенство длительности и частоты ударного и электрического импульсов обеспечивается силовой цепью трансформатора 2, при этом максимальная плотность импульса тока приходится на максимальное значение ударного импульса. Кроме того, на обрабатываемую поверхность воздействуют дополнительными ударными импульсами с помощью пульсатора дополнительного ударного импульса 6, также включенного в управляющую цепь трансформатора 3 и воздействующего на шток дополнительного ударного импульса, который в свою очередь воздействует ударными импульсами на обрабатываемую поверхность. Момент приложения дополнительного ударного импульса отличается от момента приложения основного ударного импульса на некоторую величину Δt, т.е. производится с запозданием по отношению к моменту приложения основного ударного импульса. Величина Δt устанавливается блоком управления дополнительным импульсом 11 и может регулироваться в определенных пределах оператором в зависимости от физико-механических свойств материала обрабатываемой поверхности детали и режимов обработки. Также направление приложения дополнительного ударного импульса, отличается от направления приложения основного ударного импульса на некоторый угол α в сторону противоположную направления перемещения обрабатываемой детали υ, т.е. ось штока дополнительного ударного импульса установлена в корпусе устройства с некоторым углом α рассогласования по отношению к оси штока с деформирующим электродом-инструментом основного ударного импульса в сторону соответствующую направлению перемещения обрабатываемой детали 1). Таким образом, в процессе обработки, за счет прохождения электрического тока, а также трения и пластического деформирования образуемся высокотемпературный объем (Фиг. 2) разделенный условно на рисунке на зоны с максимальной температурой в зоне 1 и минимальной в зоне 4. На зону 1 с максимальной температурой приходится основное деформирующее воздействие основного ударного импульса P, однако воздействие основным ударным импульсом в данный момент не эффективно, так как закалочные мартенситные структуры в процессе обработки начинают формироваться только в зоне 2 и завершается процесс их формирования в зоне 3 по мере снижения высокотемпературного воздействия, в зоне 3 они приобретают максимальный размер. Штоком дополнительного ударного импульса инструменту сообщается дополнительный ударный импульс P местом приложения которого является зона 3, где происходит измельчение мартенситных игл, тем самым повышается качество обработанного поверхностного слоя.
Дополнительное ударное воздействие ударными импульсами способствует повышению твердости и глубины упрочненного поверхностного слоя, за счет, прежде всего, деформационного воздействия на обрабатываемую поверхность в момент завершения термодеформационного воздействия электрическим током и основного ударного импульса и формирования мартенситных структур, размеры которых измельчаются за счет дополнительной деформации в момент их роста.
Таким образом, устройство для электромеханической ударной обработки предназначенное к использованию в промышленности для повышения эффективности обработки деталей поверхностным пластическим деформированием, обеспечивает увеличение твердости и глубины упрочнения через изменение характера приложения усилия пластического деформирования путем дополнительного воздействия ударными импульсами, тем самым интенсифицируя процесс высокотемпературной деформации, меняя механизм фазового превращения и, как следствие, улучшая эксплуатационные характеристики деталей машин.