ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
ELECTROMECHANICAL PROCESSING TOOL

Изобретение относится к области упрочняюще-чистовой обработки поверхностей деталей машин пластическим деформированием и может быть использовано в различных областях машиностроения для упрочнения наружных цилиндрических и плоских поверхностей.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является инструмент для электромеханической обработки деталей [Патент RU 2224634. Инструмент для электромеханической обработки деталей / Горленко О.А., Светлов А.Т., Болтенко Е.В.], содержащий державку с двумя подпружиненными охлаждаемыми роликами, на которых закреплены съемные упрочняюще-деформирующие элементы, имеющие форму кольца. Токоподвод к роликам осуществляется при помощи скользящих медно-графитовых щеток, который находится как можно ближе к рабочей поверхности и предназначен для соединения упрочняюще-деформирующих элементов роликов с источником тока. При этом инструмент оборудован системой контроля и поддержания температуры рабочей поверхности упрочняюще-деформирующих элементов в требуемом диапазоне.
К недостаткам такого технического решения можно отнести нестабильность контактных сопротивлений элементов токоподвода и, главным образом, скользящих медно-графитовых щеток, которыми он снабжен. Нестабильность контактных сопротивлений элементов токоподвода приводит к неравномерности глубины упрочнения поверхности обрабатываемой инструментом детали методом электромеханической обработки. Нестабильность связана с износом щеток, неоднородностью их химического состава, изменяющимся усилием прижатия щеток к поверхности ролика в процессе обработки детали и другими факторами. В результате возникает хаотичный разброс величин силы и плотности тока в контактах роликов с деталью, достигающий 5-20% от номинальных значений (экспериментальные данные), происходит неравномерное тепловложение в деталь и соответственно неравномерная глубина упрочнения поверхности детали, что является недопустимым.
Техническим результатом изобретения является обеспечение стабилизации контактных сопротивлений элементов токоподвода инструмента и, как результат, повышение равномерности глубины упрочнения поверхности обрабатываемой детали.
Технический результат достигается тем, что в инструменте для электромеханической обработки деталей, содержащем державку с двумя подпружиненными охлаждаемыми роликами, на которых закреплены съемные упрочняюще-деформирующие элементы в форме кольца, и токоподвод для соединения упрочняюще-деформирующих элементов роликов с источником тока, систему контроля и поддержания температуры рабочей поверхности упрочняюще-деформирующих элементов в требуемом диапазоне, а токоподвод содержит выполненные из химически и электрически однородных материалов токосъемными устройствами с неподвижными контактами и связанными с последними через жидкую среду, обладающую высокой электрической проводимостью, подвижными контактами, и элементы механической и электрической связи, посредством которых упрочняюще-деформирующие элементы роликов соединены с подвижными контактами, при этом подвижные и неподвижные контакты выполнены из материалов, обладающих свойством смачиваемости с веществом жидкой среды, неподвижные контакты подключены к источнику тока, а ролики имеют электрическую изоляцию от державки инструмента.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Инструмент для электромеханической обработки деталей (фиг.1) содержит державку 1 с двумя подпружиненными охлаждаемыми роликами 2, которые в процессе работы прижимаются к обрабатываемой детали 3.
На роликах закреплены съемные упрочняюще-деформирующие элементы 4 (фиг.2), оборудованные токоподводом для соединения с источником тока (на фиг.2 не показан) и системой контроля и поддержания температуры рабочей поверхности (на фиг.2 не показана), с которой ролики соединены патрубками 5. В состав токоподвода включены соединительные кабели 6, два токосъемных устройства 7, оси 8 и втулки 9 роликов. Токосъемные устройства 7 состоят из неподвижных контактов 10, подключенных к источнику тока и имеющих внутренний объем, который заполнен жидкой средой 11, обладающей высокой электрической проводимостью (например, ртутью), и подвижных контактов 12, которые помещены в жидкую среду 11 и соединены осью 8 и втулкой 9 с упрочняюще-деформирующими элементами 4 роликов. При этом материалы неподвижных 10 и подвижных 12 контактов обладают свойством смачиваемости с веществом жидкой среды 11. Таким образом, токоподвод содержит выполненные из химически и электрически однородных материалов токосъемные устройства с неподвижными контактами и связанными с последними через жидкую среду, обладающую высокой электрической проводимостью, подвижными контактами и элементы механической и электрической связи, посредством которых упрочняюще-деформирующие элементы роликов соединены с подвижными контактами. Кроме того, ролики 2 (фиг.1) имеют электрическую изоляцию 13 от державки 1.
Инструмент работает следующим образом.
При помощи державки 1 (фиг.1) инструмент крепится, например, в резцедержателе суппорта токарного станка (на фиг.1 не изображен). Подпружиненные ролики 2, установленные на державках 1, с требуемой силой прижимаются к обрабатываемой детали 3 через упрочняюще-деформирующие элементы 4 (фиг.2), имеющие форму кольца и закрепленные на роликах 2.
Упрочняюще-деформирующие 4 элементы токоподводом соединены с источником тока. При этом через пятна контакта обрабатываемой детали 3 (фиг.1) и роликов 2 проходит электрический ток I большой величины при малом значении напряжения, что вызывает термическое воздействие на поверхности детали и роликов. Ролики 2 вместе с державкой 1 и резцедержателем станка поступательно движутся вдоль обрабатываемой детали 3, а сама деталь совершает вращательное движение. В результате происходит процесс электромеханической обработки, заключающийся в сглаживании и упрочнении поверхностного слоя обрабатываемой детали 3. Требуемый диапазон температуры рабочих поверхностей упрочняюще-деформирующих элементов 4 поддерживается системой контроля и поддержания температуры путем регулирования расхода охлаждающей жидкости через патрубки 5 и внутренние каналы роликов 2.
Одним из критериев качества электромеханической обработки детали является равномерность глубины упрочнения ее поверхности, которая зависит от равномерности тепловложения в обрабатываемую поверхность, обусловленного плотностью тока в пятнах контакта обрабатываемой детали 3 и роликов 2. При фиксированной силе нажатия роликов на деталь площадь пятен контакта между ними в процессе обработки изменяется незначительно. Поэтому для обеспечения требуемого постоянства плотности тока в указанных пятнах контакта необходимо иметь соответствующее постоянство силы тока I в цепи роликов 2, которое при неизменной величине напряжения на выходе источника тока определяется в основном стабильностью электрических контактных сопротивлений элементов токоподвода к упрочняюще-деформирующим элементам 4 (фиг.2).
В инструменте данный токоподвод осуществляется через соединительные кабели 6, два токосъемных устройства 7, оси 8 и втулки 9 роликов. При этом в токосъемных устройствах 7 неподвижные контакты 10 подключены к источнику тока и через жидкую среду 11, обладающую высокой электрической проводимостью (например, ртутью), связаны с подвижными контактами 12, которые соединены осью 8 и втулкой 9 с упрочняюще-деформирующими элементами 4 роликов. Материалы неподвижных 10 и подвижных 12 контактов обладают свойством смачиваемости с веществом жидкой среды 11, что в результате обеспечивает малую величину и высокую стабильность контактного электрического сопротивления токосъемных устройств 7.
Как было указано выше, все элементы токоподвода выполнены из химически и электрически однородных материалов. Это позволяет снизить вероятность образования в местах контакта элементов химических соединений, влияющих на величину контактных сопротивлений, и обеспечить высокую и неизменную электропроводность токоподвода.
Для исключения прохождения тока по параллельной цепи, замыкающейся через державку 1 и подпружиненные ролики 2 и отличающейся непостоянством электрических контактных сопротивлений, главным образом, в деталях роликов, последние имеют электрическую изоляцию 13 от державки, что также повышает стабильность силы тока I, проходящего через пятна контакта обрабатываемой детали 3 и роликов 2.
Технико-экономическая эффективность изобретения в сравнении с прототипом заключается в том, что токоподвод инструмента оснащен токосъемными устройствами, неподвижные контакты которых подключены к источнику тока и через жидкую среду, обладающую высокой электрической проводимостью, связаны с подвижными контактами, имеющими механическую и электрическую связь с упрочняюще-деформирующими элементами роликов. Материалы неподвижных и подвижных контактов обладают свойством смачиваемости с веществом жидкой среды, все элементы токоподвода к упрочняюще-деформирующим элементам выполнены из химически и электрически однородных материалов, а ролики имеют электрическую изоляцию от державки инструмента. В результате этого обеспечиваются требуемая стабильность контактных сопротивлений элементов токоподвода и соответствующее постоянство величин силы и плотности тока в контактах роликов с обрабатываемой деталью, а также повышается равномерность тепловложения и, следовательно, глубины упрочнения поверхности детали.