УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕ-ЧИСТОВОГО ОБКАТЫВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к упрочняюще-чистовой обработке поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием и может быть использована в различных отраслях машиностроения.
Известен инструмент для поверхностного пластического деформирования, содержащий корпус, подпружиненную вилку, в которой размещен в подшипниковых опорах вал с установленным на нем деформирующим роликом со ступицей и рабочим участком, а при накатывании профильных канавок за счет равномерного распределения усилий деформирования деформирующий ролик установлен в вилке с зазором с возможностью перемещения по валу, при этом инструмент снабжен уравновешивающим элементом, выполненным в виде двух пружин, расположенных на валу с каждой стороны между ступицами и боковыми поверхностями вилки, причем зазор - не более половины ширины рабочего участка деформирующего ролика (см. авторское свидетельство №1532279, МКИ B24B 39/044, бюл. №48, 1989 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются корпус, установленный в подшипниковых опорах деформирующий ролик, уравновешивающий элемент и деформирующий ролик установлен с возможностью перемещения по валу.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: конструкция устройства позволяет создавать лишь малые нагрузки на обрабатываемую поверхность, нет возможности формировать регулярный микрорельеф в виде кольцевых канавок пересекающихся волн заданной амплитуды, низкое качество обработанной поверхности.
Известно устройство для упрочняюще-чистового обкатывания деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, в сепараторе которого установлены деформирующие элементы, опирающиеся на нажимной корпус, механизм его подачи и привод. Устройство снабжено установленным на механизме подачи и связанным с приводом механизмом определения поверхностной пористости материала детали, выполненным в виде охватывающего деталь кожуха с отверстиями, механизмами вращения сепаратора, коррекции подачи и блоком автоматического управления, при этом привод выполнен в виде втулки, установленной на корпусе и кинематически связанной с валом двигателя, причем сепаратор расположен на упомянутой втулке, а механизм коррекции подачи выполнен в виде регулировочного привода с винтом, передаточным механизмом и гайкой, при этом последняя связана с корпусом, а он установлен с возможностью осевого перемещения относительно механизма подачи; дополнительно блок автоматического управления выполнен в виде блоков преобразования и сравнения с усилиями и задатчика сигналов (см. авторское свидетельство №1286393, МКИ B24B 39/04, бюл. №4, 1987 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: наличие корпуса, деформирующего элемента и механизма его подачи, привод выполнен в виде шагового двигателя, наличие блока управления.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: устройство при большой сложности конструкции не позволяет сформировать на обрабатываемой поверхности детали регулярный микрорельеф в виде кольцевых канавок пересекающихся волн заданной амплитуды и его изменения в процессе работы, низкое качество обработанной поверхности детали.
За прототип принято устройство для упрочняюще-чистового обкатывания деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, шаговый привод, блок управления в виде задатчика сигналов, деформирующий ролик, ползун, связанный с шаговым приводом и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, вилку, смонтированную в ползуне с возможностью вращения и предназначенную для установки деформирующего ролика, зубчатую передачу с рейкой, установленную с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами, при этом вилка кинематически связана с рейкой зубчатой передачей, а пружины установлены с возможностью регулировки усилия воздействия (см. патент РФ №2201323, МПК B24B 30/00, Бюл. №9, 2003 г.).
Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус, вилка с установленным на неподвижной оси с возможностью вращения деформирующим роликом, блок управления в виде задатчика сигналов, ползун, связанный с шаговым приводом и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, зубчатая передача с рейкой, установленной с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами, при этом вилка кинематически связана с рейкой зубчатой передачей, а пружины установлены с возможностью регулировки усилия воздействия.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: низкая вибрационная устойчивость устройства из-за нерегулируемого вылета рабочего профиля деформирующего ролика, низкое качество обработанной поверхности детали по параметрам шероховатости.
Задачей полезной модели является повышение вибрационной устойчивости устройства и качества обработанной поверхности детали по параметрам шероховатости.
Технический результат достигается тем, что вилка выполнена съемной с возможностью установки оси деформирующего ролика на расстоянии L=(2,0-2,5)D от оси ползуна, а рабочий профиль ролика имеет фаску b=(0,10-0,15)B, где D - диаметр деформирующего ролика, B - высота ролика.
Для достижения поставленной цели устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, вилку с установленным на неподвижной оси с возможностью вращения деформирующим роликом, блок управления в виде задатчика сигналов, ползун, связанный с шаговым приводом и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, зубчатую передачу с рейкой, установленной с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами, при этом вилка кинематически связана с рейкой зубчатой передачей, а пружины установлены с возможностью регулировки усилия воздействия, имеет вилку, выполненную съемной с возможностью установки оси деформирующего ролика на расстоянии L=(2,0-2,5)D от оси ползуна, а рабочий профиль ролика имеет фаску b=(0,10-0,15)B, где D - диаметр деформирующего ролика, B - высота ролика.
Предлагаемое устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием поясняется чертежами.
Устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием (фиг. 1) содержит корпус 1, шаговый привод 2, блок управления 3 в виде задатчика сигналов, ползун 4, соединенный с шаговым приводом 2, деформирующий ролик 5, который установлен на оси 6 в вилке 7, вмонтированной в стойку 8, соединенную через зубчатую передачу 9 с рейкой 10, установленной с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами 11, регулирующими усилие их воздействия. При этом вилка 7 с деформирующим роликом 5 вмонтирована в стойку 8 с помощью резьбового соединения таким образом, что расстояние между осью деформирующего ролика 5 и осью ползуна 4 составляет L=(2,0-2,5)D, а рабочий профиль деформирующего ролика 5 (фиг. 2) имеет фаску b=(0,10 -0,15)B, где D - диаметр деформирующего ролика, B - высота ролика.
Устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием, представленное на чертежах, работает следующим образом.
a
max
m
Устройство монтируется, например, на суппорте токарного станка, которым задаются подача и усилие воздействия деформирующего ролика на обрабатываемую деталь. Предварительно вилка 7 с деформирующим роликом 5 монтируется в стойке 8 за счет резьбового соединения таким образом, что расстояние между осью деформирующего ролика 5 и осью ползуна 4 составляет L=(2,0-2,5)D, где D - диаметр деформирующего ролика. Посредством блока управления 3 в виде задатчика сигналов задается частота и амплитуда перемещения шагового привода линейного перемещения 2, связанного с ползуном 4, который совершает возвратно-поступательные перемещения. Установленная на ползуне 4 и кинематически связанная с рейкой 10 зубчатая передача 9, поворачивается в сторону воздействия привода, и ролик 5 совершает колебательные перемещения относительно плоскости, перпендикулярной оси детали, при этом происходит периодическое смещение зоны контакта рабочей поверхности ролика 5 с поверхностью детали. Вследствие возможности возвратно-поступательных перемещений рейки 10 под воздействием двух пружин 11, имеющих регулировку усилия воздействия, ролик 5 совершает дополнительные колебательные перемещения относительно оси детали, параллельные его основным, что приводит к дополнительным микровибрациям в направлении перемещения деформирующего ролика 5, а за счет фаски на рабочем профиле деформирующего ролика размером b=(0,10-0,15)B, где B - ширина деформирующего ролика, происходит перекрытие следов ролика на поверхности обрабатываемой детали, что улучшает качество поверхности детали по параметрам шероховатости R, R, S.
пр
max
m
max
m
a
a
Для определения оптимального расстояния L между установочной осью деформирующего ролика и осью ползуна, а также размера фаски b на рабочем профиле деформирующего ролика были проведены испытания предлагаемого устройства для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей, конструктивно имеющие разные значения L и b. Обкатке подвергались цилиндрические валики из стали 12Х3Н диаметром 30 мм и длиной 250 мм, предварительно подвергнутые шлифованию. Устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей устанавливалось на суппорте токарно-винторезного станка мод. 1А620. Были приняты следующие режимы обкатки: усилие давления ролика на обрабатываемую поверхность P=1000H, продольная подача деформирующего ролика S=0,02 мм/с, частота вращения обрабатываемой детали n=160 об/мин. В качестве оценочных характеристик процесса обкатывания были приняты параметры шероховатости обработанной поверхности R, R, S и вибрационные параметры: амплитуда a и частота f колебания деформирующего ролика, которые определялись при помощи автономного микропроцессорного виброанализатора AU 014. Результаты испытаний приведены в таблице 1, из анализа которой видно, что по контролируемым параметрам R, R, S, A и f достигаются в случае, когда L=(2,0-2,5)D, а b=(0,10-0,15)5, где D - диаметр деформирующего ролика, b - ширина ролика. Конструктивно выполнить в предлагаемом устройстве расстояние L меньше 2D не представляется возможным.
пр
max
m
max
m
a
a
Выполнены исследования, подтвердившие преимущество предлагаемого устройства для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ №2201323, МПК B24B 30/00, Бюл. №9, 2003 г.). Испытаниям подвергались цилиндрические бесступенчатые валики диаметром 30 мм и длиной 250 мм из сталей 12ХЗН, 30ХГСА, Х18Н9Т, подвергнутые предварительному шлифованию. Устройства для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей устанавливались на суппорте токарно-винторезного станка мод. 1А620. Были приняты следующие режимы обкатки: усилие давления ролика на обрабатываемую поверхность Р=1000Н, продольная подача деформирующего ролика S=0,02 мм/с, частота вращения обрабатываемой детали n=160 об/мин. Оценка эффективности обкатывания осуществлялась по параметрам шероховатости обработанной поверхности R, R, S и вибрационным параметрам: амплитуде A и частоте f колебания деформирующего ролика. Результаты сравнительных испытаний устройств для упрочняюще-чистового обкатывания деталей приведены в таблице 2, из анализа которой видно, что использование предлагаемого устройства для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ №2201323, МПК B24B 30/00, Бюл. №9, 2003 г.). позволяет в 1,4-1,6 раза уменьшить амплитуду A и в 1,3-1,7 раза частоту f колебания деформирующего ролика, а также уменьшить параметры шероховатости обработанной поверхности: R на 15-20%, R на 30-40%, S в 1,3-1,4 раза.