РОЛИКОВЫЙ РАСКАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
SHEETING ROLLING TOOL

Настоящее изобретение  относится к роликовому раскатывающему инструменту согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Такой роликовый раскатывающий инструмент, например, известен из DE 102013018899 А1 и служит для сглаживания шероховатых поверхностей без применения резки с помощью роликовых деталей конической формы в виде раскатывающих роликов. Роликовый раскатывающий инструмент используют для сглаживания металлической поверхности, которая после выполнения грубой обработки, например, точения, фрезерования, шлифования и т.д., как правило, имеет поверхностную структуру или шероховатость. В этом случае роликоопору роликового раскатывающего инструмента, которая служит опорой для раскатывающих роликов, перемещают в направлении подачи, вращая ее в направлении по окружности вдоль поверхности заготовки, подлежащей обработке, причем раскатывающие ролики входят в контакт с поверхностью, подлежащей обработке. Поверхностный слой заготовки сглаживают путем пластической деформации вследствие действия давления, оказываемого раскатывающими роликами. Для этой цели при раскатывании к раскатывающим роликам прикладывают силу, направленную перпендикулярно контактной поверхности (раскатывающую силу). В дополнение к сглаживающему воздействию, таким образом, также достигают упрочнения заготовки.
Заготовка, подлежащая сглаживанию, изготовлена, например, из мягкого материала, такого как алюминий, а раскатывающие ролики выполнены из более твердого материала по сравнению с материалом подлежащей сглаживанию заготовки, такого как сталь, твердый металл или твердый карбид. Под твердыми металлами подразумеваются спеченные сплавы карбида с твердыми металлами {цементированный карбид). Твердые металлы содержат главным образом 90-94% карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала, карбида хрома или карбида ванадия (армирующая фаза) и 6-10% кобальта (цементирующее, связующее вещество, компонент для обеспечения вязкости), а также, возможно, углерода. Зерна карбида вольфрама имеют средний размер приблизительно 0,5-1 мкм. Кобальт заполняет промежутки.
Хотя для обычных роликовых раскатывающих инструментов сглаживающее воздействие является основным, также дополнительно может быть использовано упрочняющее и деформирующее воздействие роликового раскатывающего инструмента. Таким образом, было обнаружено, например, что канавки, образуемые в поверхности, подлежащей обработке, с помощью расположенных между ними перемычек, деформируются роликовым раскатывающим инструментом таким образом, что возникают надрезы. Приложенная сила качения оказывает давление сверху на перемычки при раскатывании, что приводит к разглаживанию их выступающих участков, тогда как нижняя часть канавки остается по существу в неизменном виде. Этот эффект может быть, в частности, предпочтительным, поскольку создание канавок с надрезами с помощью обычных способов резания является сложным и трудоемким. Затем в канавки с надрезом может быть введен материал покрытия, причем этот материал покрытия может сцепляться с надрезанными участками канавок таким образом, что он очень плотно закрепляется в канавках. Такой способ, например, известен из DE 102013011726.7.
Однако было обнаружено, что вследствие своей конической конструкции раскатывающие ролики согласно DE 102013018899 А1 имеют разные круговые скорости вдоль их продольной оси, проходящей по оси их вращения, и, таким образом, накатываются на подлежащую обработке поверхность лишь частично; однако на других участках они скользят по подлежащей обработке поверхности, что является неприемлемым и приводит к усилению износа роликового раскатывающего инструмента и, таким образом, снижению срока его службы.
В документе DE 19845226 А1 описан роликовый инструмент для раскатывания неровностей поверхности на поверхности отверстия. Роликовый инструмент содержит приводной вал для введения в отверстие и роликовое устройство, содержащее множество роликов, расположенных на вводимом конце приводного вала. Роликовое устройство расположено на роликоопорном устройстве таким образом, что при вращении вала ролики роликового устройства по меньшей мере частично катятся по роликоопорному устройству, причем роликоопорное устройство образовано из втулки, которая выполнена с возможностью упругой деформации под давлением роликов. Роликовое устройство содержит направляющую ролика, которая образована проходящей в осевом направлении краевой планкой, расположенной коаксиально продольной оси, с седлами роликов, выполненными в виде выемок в них. В целом, направляющая ролика имеет конструкцию в виде купола, выполненную за одно целое на вводимом конце. Седла роликов проходят параллельно продольной оси и имеют вогнутые направляющие поверхности, которые направляют ролики с достаточным люфтом таким образом, что в дополнение к вращению роликов в седлах роликов также возможно радиальное перемещение роликов. Между направляющей ролика и опорным штифтом расположена втулка в конфигурации свободного опирания на опорном штифте, имеющая такой наружный диаметр, который соответствует внутреннему радиусу качения г роликового устройства таким образом, что ролики могут катиться по наружной окружности втулки.
В документе DE 19845226 А1 описана втулка, по наружной окружности которой катятся ролики; однако эта втулка выступает лишь в качестве роликоопорного устройства, которое может быть деформировано роликами таким образом, что, когда происходит перекатывание через вершины неровностей, на ролики оказывается повышенное давление из-за действия упругой восстанавливающей силы втулки таким образом, что, когда происходит многократное перекатывание через вершины неровностей, они разглаживаются. Втулка свободно установлена на опорном штифте, который ввинчивают в вал. Соответственно, втулка не соединена с ведущим валом для передачи движущей силы.
В US 2002/0020062 А1 описан инструмент для обработки внутренних поверхностей. Этот инструмент имеет вал, вращающийся сердечник, сферические элементы и раскатывающие элементы. В этом случае вращающийся сердечник только входит в контакт с валом посредством сферических элементов. Соответственно, вращающийся сердечник не соединен с валом для передачи движущей силы.
В DE 1752071 А1 описана оправка для раскатывания отверстий прессованием. Эта оправка содержит ролики, которые имеют цилиндрическую форму и катятся по центральному конусу, расположенному внутри оправки. Сама оправка является приводным валом и образует обойму для роликов. Центральный конус не соединен с оправкой для передачи движущей силы; напротив, он свободно установлен между двумя шарами.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в создании улучшенного роликового раскатывающего инструмента.
Эту задачу согласно настоящему изобретению решают с помощью роликового раскатывающего инструмента вышеупомянутого типа, имеющего признаки, описанные в п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения указаны в нижеследующей формуле изобретения.
Согласно настоящему изобретению в роликовом раскатывающем инструменте вышеупомянутого типа внутренний ролик соединен с приводным валом роликового раскатывающего инструмента для передачи движущей силы.
Преимущество состоит в том, что создана компоновка с закрепленным наружным полым валом, подобная планетарным передачам. Во время работы внутренний ролик, который выполнен с возможностью вращения с помощью приводного вала, передает движущую силу по меньшей мере на один раскатывающий ролик, для которого в этом случае также обеспечена возмозжность вращения. Кроме того, по меньшей мере один раскатывающий ролик катится по поверхности, подлежащей обработке, которая является закрепленной.
Согласно предпочтительному варианту осуществления роликоопора имеет ось вращения, которая проходит по существу параллельно оси ролика. Под термином «по существу» понимают параметры, лежащие в пределах обычных технологических допусков. Соответственно, роликовый раскатывающий инструмент может иметь очень простую конструкцию и, в частности, может быть простым в обращении.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, роликовая обойма и внутренний ролик установлены таким образом, что между ними имеется зазор. В этом случае под «установкой с зазором» подразумевается применение таких размеров роликовой обоймы и внутреннего ролика, при которых один механический компонент может свободно перемещаться относительно другого компонента узла или, соответственно, функционального блока после его установки. Таким образом, наименьшая величина внутреннего диаметра кольцевой роликовой обоймы всегда больше, а в граничном случае такая же большая, как самая большая величина наружного диаметра внутреннего ролика.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления внутренний ролик вставлен в роликовую обойму с возможностью высвобождения. Таким образом, внутренний ролик может быть извлечен из роликовой обоймы и адаптирован для новых условий обработки путем механической обработки или первый внутренний ролик может быть заменен вторым внутренним роликом с наружным диаметром, отличным от наружного диаметра первого внутреннего ролика, для изменения или, соответственно, адаптирования радиального положения раскатывающего ролика или, соответственно, предела перемещаемости раскатывающего ролика в радиальном направлении.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления роликовая обойма и внутренний ролик выполнены из двух различных материалов. Таким образом, путем выбора подходящей пары материалов можно достичь уменьшения трения между роликовой обоймой и внутренним роликом. Например, роликовая обойма может быть выполнена из красной латуни, а внутренний ролик может быть выполнен из стали.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере один раскатывающий ролик и роликовая обойма выполнены из двух различных материалов. Таким образом, путем выбора подходящей пары материалов можно достичь уменьшения трения между по меньшей мере одним раскатывающим роликом и роликовой обоймой. Например, по меньшей мере один раскатывающий ролик изготовлен из стали, твердого металла или твердого карбида.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления внутренний ролик имеет каналы для переноса жидкости. В узел, состоящий из внутреннего ролика и роликовой обоймы, по каналам для переноса жидкости можно подавать охлаждающую жидкость и/или смазку для обеспечения их охлаждения и/или смазки.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления применяют множество внутренних роликов с различными наружными диаметрами для замены. В этом случае каждый из множества внутренних роликов имеет отличный наружный диаметр. Таким образом, первый внутренний ролик может быть заменен вторым внутренним роликом с наружным диаметром, отличным от наружного диаметра первого внутреннего ролика, для изменения или, соответственно, адаптирования радиального положения раскатывающего ролика или, соответственно, предела его перемещаемости в радиальном направлении.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления предусмотрена шероховатая секция с приподнятыми участками, которые выступают в радиальном направлении наружу относительно оси ролика. Указанные выступающие приподнятые участки могут быть образованы путем нанесения алмазного покрытия.
Далее настоящее изобретение будет дополнительно разъяснено со ссылкой на чертеж. На чертеже,
На фиг. 1 представлен покомпонентный вид примера осуществления роликового раскатывающего инструмента.
Роликовый раскатывающий инструмент 10 согласно настоящему примеру осуществления содержит роликоопору 12, держатель 28, первый распорную шайбу 30, второй распорную шайбу 32 и гайку 34 поперечной подачи.
Роликоопора 12 содержит роликовую обойму 22, которая является кольцевой и которая служит опорой с возможностью вращения для множества раскатывающих роликов 14. Для этой цели роликовая обойма 22 в настоящем примере осуществления образована из двух половин 36а, 36b роликовой обоймы с одинаковой конструкцией, которые вместе образуют множество седел 38 раскатывающего ролика, которые соответствуют множеству раскатывающих роликов 14. Седла 38 раскатывающего ролика в этом случае выполнены таким образом, что вставленные раскатывающие ролики 14 установлены с люфтом в радиальном направлении R.
Раскатывающие ролики 14 имеют по существу цилиндрическую основную форму, причем боковая поверхность имеет секцию с приподнятыми участками 20, которые, например, образованы путем нанесения алмазного покрытия.
Вместе с внутренним роликом 24 роликоопора 12 образует узел 44, в котором внутренний ролик 24 также имеет кольцевую основную форму, которая вставлена во внутреннюю часть роликовой обоймы 22, выполненной в форме кольца. Между роликоопорой 12 и внутренним роликом 24 имеется зазор. Соответственно, внутренний диаметр роликоопоры 12 в настоящем примере осуществления больше наружного диаметра внутреннего ролика 24. Таким образом, вставленный внутренний ролик 24 ограничивает перемещаемость раскатывающих роликов 14, вставленных в седла 38 раскатывающего ролика в радиальном направлении R, т.е. в радиальном направлении вовнутрь, тогда как раскатывающие ролики 14 все еще могут смещаться в радиальном направлении наружу.
Седла 38 раскатывающего ролика в настоящем примере осуществления расположены на наружной поверхности роликовой обоймы 22 на одинаковом расстоянии друг от друга в направлении вдоль окружности. Между каждыми двумя седлами 38 раскатывающего ролика в настоящем примерном варианте осуществления также образованы два отверстия, в которые способом тугой посадки вставляют штифты для соединения двух половин 36а, 36b роликовой обоймы друг с другом.
Роликовая обойма 22 и внутренний ролик 24 выполнены из двух различных материалов. В настоящем примере осуществления роликовая обойма 22 выполнена из красной латуни, а внутренний ролик 24 выполнен из стали. Кроме того, роликовая обойма 22 и вставляемые раскатывающие ролики 14 также выполняют из двух различных материалов. В настоящем примере осуществления раскатывающие ролики 14 выполнены из твердого карбида.
Таким образом, путем выбора подходящей пары материалов можно достичь уменьшения трения между роликовой обоймой 22 и внутренним роликом 24, а также между роликовой обоймой 22 и раскатывающими роликами 14.
Кроме того, внутренний ролик 24 содержит каналы 40 для переноса жидкости в настоящем примере осуществления для подачи в роликоопору 12 смазки и/или охлаждающей жидкости, такой как вода/масляная эмульсия, в настоящем примере осуществления для смазывания и охлаждения.
В настоящем примере осуществления каждый из каналов 40 для переноса жидкости содержит периферийную канавку на торцевых поверхностях в осевом направлении внутреннего ролика 24 и участках каналов, проходящих в радиальном направлении.
В каналы 40 для переноса жидкости подают смазку и/или охлаждающую жидкость через выходное отверстие 42, которое в настоящем примере осуществления расположено на торцевой поверхности приводного вала 26 держателя 28.
В настоящем примере осуществления первая распорная шайба 30 расположена на ближнем конце роликового раскатывающего инструмента 10, а вторая распорная шайба 32 и гайка 34 поперечной подачи расположены на дальнем конце роликового раскатывающего инструмента 10.
Первая распорная шайба 30 имеет большую толщину, чем вторая распорная шайба 32, так что роликовый раскатывающий инструмент 10 можно легко опустить в нижнюю часть цилиндра, образованного в виде глухого отверстия для обработки участков внутренней стенки этого цилиндра.
Гайка 34 поперечной подачи, показанная на фиг. 1, обеспечивает невращающееся соединение в настоящем примере осуществления между приводным валом 26 держателя 28, также показанным на фиг. 1, и внутренним роликом 24.
Во время эксплуатации роликовый раскатывающий инструмент 10 вводят в направлении V подачи в заготовку, такую как цилиндр блока цилиндров двигателя возвратно-поступательного действия, внутреннюю поверхность которого необходимо обработать как поверхность заготовки. Другими словами, внутренняя поверхность цилиндра является подлежащей обработке поверхностью.
Приводной вал 26 обеспечивает вращение внутреннего ролика 24 вокруг оси D вращения роликоопоры 12. Вращение внутреннего ролика 24, в свою очередь, приводит к вращению раскатывающих роликов 14 вокруг соответствующих осей А роликов, которые параллельны друг другу в настоящем примере осуществления.
Вследствие вращения раскатывающих роликов 14 вокруг их соответствующих осей А роликов они накатываются на внутреннюю поверхность цилиндра, подлежащую обработке. Другими словами, роликовый раскатывающий инструмент 10 образует подобное планетарной передаче устройство с подлежащей обработке внутренней поверхностью цилиндра в виде неподвижного наружного полого вала.
Внутренний ролик 24 предотвращает смещение раскатывающих роликов 14 радиально вовнутрь в радиальном направлении R таким образом, чтобы обеспечить контакт между раскатывающими роликами 14 и подлежащей обработке внутренней поверхностью.
Вследствие люфта между внутренним роликом 24 и роликовой обоймой 22 отдельные раскатывающие ролики 14 могут смещаться в радиальном направлении R радиально наружу, вытесняя внутренний ролик 24 в кольцевую роликовую обойму 22 для восстановления контакта между раскатывающими роликами 14 и подлежащей обработке внутренней поверхностью.
Для уменьшения или увеличения люфта, который предотвращает смещение раскатывающих роликов 14, внутренний ролик 24 может быть извлечен из роликовой обоймы 22 и заменен другим вторым внутренним роликом, выбранным из множества внутренних роликов с различными наружными диаметрами. В качестве альтернативы внутренний ролик 24, извлеченный из роликовой обоймы 22, может быть подвергнут механической обработке для уменьшения его наружного диаметра и, таким образом, увеличения люфта, который предотвращает смещение раскатывающих роликов 14. Предпочтительно внутренний диаметр полностью обработанной заготовки (внутренний диаметр цилиндра) превышает заданное пороговое значение.
Вследствие цилиндрической основной формы раскатывающих роликов 14 и их радиальной перемещаемости для обеспечения контакта между раскатывающими роликами 14 и подлежащей обработке внутренней поверхностью отсутствуют участки с разными круговыми скоростями, так что на подлежащей обработке поверхности происходит только движение качения раскатывающего ролика 14. Таким образом, роликовый раскатывающий инструмент 10 подвержен меньшему износу, а обработка подлежащей обработке поверхности может быть выполнена с большей точностью.