УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
DEVICE FOR SURFACE FINISH-HARDENING OF PARTS PROCESSING

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для упрочнения деталей из сталей и сплавов поверхностным отделочным упрочняющим деформированием.
Известно устройство для отделочно-упрочняющей обработки деталей различной сложности и формы поверхностным пластическим деформированием, содержащее цилиндрический корпус, снабжённый верхним зажимным элементом и поршнем, упаковку цилиндрических стержней в виде плотного пучка, распределительный элемент в виде слоя стальных шаров, расположенных между поршнем и торцом пучка цилиндрических стержней, нижний зажимной элемент и пружины, упирающиеся в переходной сепаратор, служащий для соединения устройства с источником удара (см. патент RU №179570 U1, МПК В24В 39/04, опубл. 17.05.2018 г.).
Известно устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки деталей, содержащее корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней и регулируемой нажимной плунжер с распределительным элементом в виде слоя шариков, диаметр которых меньше диаметра цилиндрических стержней, а для повышения производительности и интенсификации процесса за счёт равномерного распределения энергии удара на цилиндрические стержни диаметр шариков составляет 0,9 – 0,95 диаметра цилиндрических стержней, причём в каждой группе цилиндрические стержни отличаются длиной на величину их радиуса (см. SU №1539051A1, МПК В24 В 39/04, опубл. 30.01.1990 г.).
Наиболее близким аналогом является устройство для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки, содержащее корпус с деформирующими элементами, контактная деформирующая часть которых выполнена с цилиндрической полостью, в которую вмонтирована вставка из упругого материала с закреплённым в ней пучком инденторов, диаметр которых менее 2 мм, регулируемый нажимной механизм в виде плунжера и расположенный между плунжером и торцами цилиндрических стержней распределительный элемент в виде слоя шариков, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней (см. патент RU№2283744 C1, МПК В24В 39/00, опубл. 20.09.2006 г.).
Признаки, совпадающие с предлагаемым изобретением: корпус с деформирующими элементами, контактная деформирующая часть которых выполнена в виде  инденторов, регулируемый нажимной механизм в виде плунжера и расположенный между плунжером и торцами цилиндрических стержней распределительный элемент в виде слоя шариков, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является сложная конструкция контактной деформирующей части, требующая длительного времени на переналадку  устройства для отделочно-упрочняющую обработку поверхностей с различной конфигурацией и рельефом,  и невозможность достижения ею равномерного распределения показателей качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей с различной тонкой рельефной конфигурацией их поверхностей.
Задачей изобретения является обеспечения равномерного распределения показателей качества поверхностного слоя деталей с различной тонкой рельефной конфигурацией их поверхностей.
Технический результат достигается тем, что деформирующие элементы выполнены сменными и вставлены в переходные цилиндрические стержни, а диаметр их бойковой части определяется из соотношения
с
п
п
где F – сила удара плунжера по слою шариков, Н; ν – частота ударов плунжера, Гц; t – время обработки поверхности детали, с; N – число установленных переходных цилиндрических стержней; σ – задаваемое напряжение сжатия в материале поверхностного слоя обрабатываемой детали, Па; К – коэффициент потерь, учитывающий снижение силы удара F от плунжера до деформирующих элементов; принимается в зависимости от диаметров шариков и числа деформирующих элементов равным К = 0,7 – 0,9.
Сущность изобретения заключается в том, что  в устройстве для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки деталей, содержащем корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней из упругого материала, регулируемый нажимной механизм в виде плунжера, поджимаемого пружиной, и расположенный между плунжером и торцом переходных цилиндрических стержней распределительный элемент в виде слоя шариков, диаметр которых не превышает диаметр переходных стержней, деформирующие элементы выполнены сменными и устанавливаются в резьбовые отверстия переходных цилиндрических стержней, а диаметр их бойковой части d определяется из соотношения
с
п
п
где F – сила удара плунжера по слою шариков, Н; ν – частота ударов плунжера, Гц; t – время обработки поверхности детали, с; N – число установленных переходных цилиндрических стержней; σ – задаваемое напряжение сжатия в материале поверхностного слоя обрабатываемой детали, Па; К – коэффициент потерь, учитывающий снижение силы удара F от плунжера до деформирующих элементов; принимается в зависимости от диаметров шариков и числа деформирующих элементов равным К = 0,7 – 0,9.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где  на
фиг. 1 – общий вид устройства для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки;
фиг. 2 – переходной цилиндрический стержень со сменным деформирующим элементом.
Устройство для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки деталей имеет корпус 1, сменные деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней из упругого материала 2, установленные в резьбовые отверстия переходных цилиндрических стержней 3, плунжер 4, поджимаемый пружиной 5 и слоя шариков 6.
Устройство для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки деталей работает следующим образом.  Сменные деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней из упругого материала 2 бойковой частью устанавливают на обрабатываемую поверхность детали. От пневмомолотка (на рис. 1 и 2 не показано) плунжер 4 получает ударные импульсы с частотой ν и через замкнутый объём слоя закалённых стальных шариков 6, диаметр которых не превышает диаметр переходных цилиндрических стержней 3, передаёт их сменным деформирующим элементам в виде цилиндрических стержней из упругого материала 2, установленных в резьбовые отверстия переходных цилиндрических стержней 3. Контактные части сменных деформирующих элементов 2 воздействуют на обрабатываемую поверхность детали и упрочняет её.
Предлагаемая конструкция устройство для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки деталей за каждый динамический контакт сменных деформирующих элементов 2 с поверхностью обрабатываемой детали получать идентичное распределение пластических отпечатков на её поверхности, представляющих набор последовательно расположенных ячеек с заданным отпечатком (форма отпечатка определяется диаметром d сменных деформирующих элементов 2). В результате линейного перемещения устройства вдоль обрабатываемой поверхности детали с заданной подачей на ней формируется система пластических отпечатков, повторяющая профиль обрабатываемой поверхностью.  Профили обрабатываемых поверхностей деталей  могут иметь разные рельефы, в том числе тонкие с малыми радиусами закругления. Их качественная обработка достигается установкой в резьбовые отверстия переходных цилиндрических стержней 3 сменных деформирующих элементов 2, диаметр бойковой части которых d определяется из соотношения
с
п
п
где F – сила удара плунжера по слою шариков, Н; ν – частота ударов плунжера, Гц; t – время обработки поверхности детали, с; N – число установленных переходных цилиндрических стержней; σ – задаваемое напряжение сжатия в материале поверхностного слоя обрабатываемой детали, Па; К – коэффициент потерь, учитывающий снижение силы удара F от плунжера до деформирующих элементов; принимается в зависимости от диаметров шариков и числа деформирующих элементов равным К = 0,7 – 0,9.
вр
с
ост
п
Проведены сравнительные испытания предлагаемого устройства для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки деталей и устройства, принятого в качестве наиболее близкого аналога (см. патент RU №2283744 C1, МПК В24В 39/00, опубл. 20.09.2006 г.). Отделочно-упрочняющей обработке подвергались литые художественные изделия из бронзы БрО10Ф1 (σ = 240 МПа), имеющие рельефный профиль с радиусами закругления 1 – 3 мм на поверхности длиной 25 мм. Испытания проводились при силе удара плунжера по слою шариков диаметром 4 мм F = 550 Н, частоте ударов плунжера ν = 10 Гц и числе установленных деформирующих элементов N = 19. Требуемая величина технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя изделия σ принималась равной 100, 130, 150, 200 МПа. Диаметр контактных деформирующих частей цилиндрических стержней устройства по прототипу был принят равным 1,6 мм; диаметр бойковой части сменных деформирующих элементов в предлагаемом устройстве d при К = 0,8 и времени обработки t = 1 с принимался в соответствии с величиной технологических остаточных напряжений и составил 1,7; 1,5; 1,4; 1,2 мм. Сравнивались следующие показатели эффективности использования устройств для отделочно-упрочняющей обработки рельефных поверхностей художественных изделий:
ост
- время обработки t до заданного значения технологических остаточных напряжений σ;
V
- разброс микрортвёрдости материала поверхностного слоя ΔH, определяемый по всей обработанной поверхности при помощи микротвёрдомера ПМТ-3 (усилие индентора составляло 0,49Н);
пр
- степень искажения профиля рельефной поверхности изделия И по сравнению с её начальным состоянием, визуально, %;
кр
- коррозионная стойкость рельефной поверхности художественного изделия Т, определяемая временем коррозионного потемнения поверхности в результате воздействия морской воды с концентрацией солей 5 г на литр.
В таблице приведены результаты испытаний, полученные как средние арифметические по данным десяти последовательно проведённым экспериментам, анализ которой показывает, что использование предлагаемого
Таблица
Результаты сравнительных испытаний прототипа и предлагаемого устройства для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки деталей
σ<sub>ост</sub>,МПа
Прототип (патент РФ №2283744)
Предлагаемое устройство
d, мм
t, с
ΔH<sub>V</sub>, ГПа
И<sub>пр</sub>, %
Т<sub>кр</sub>, мин
d, мм
t, с
ΔH<sub>V</sub>, ГПа
И<sub>пр</sub>, %
Т<sub>кр</sub>, мин
100
1,6
1,0
0,74
15
41
1,7
1,0
0,52
10
54
130
1,1
0,67
20
64
1,5
0,65
10
66
150
1,9
0,86
25
52
1,4
0,58
12
83
200
3,2
0,92
40
43
1,2
0,55
10
96
ост
V
устройства для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки деталей по сравнению с наиболее близким аналогом (см. патент RU №2283744, МПК В24В 39/00, опубл. 20.09.2006 г.) позволяет в зависимости от заданной величины технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя изделия σ более, чем в 3 раза сократить время обработки t, на (30 – 35)% уменьшить разброс микротвёрдости материала поверхностного слоя ΔH, от 1,5 до 4 раз снизить искажение профиля рельефной поверхности изделия и  до 2 раз повысить коррозионную стойкость поверхностного слоя. При этом предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простую конструкцию, обеспечивающую более быструю переналадку его на отделочно-упрочняющую обработку поверхностей с различной тонкой конфигурацией и рельефом.