УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием и создания регулярного микрорельефа на их поверхностях.
Известно центробежно-шариковое устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием [Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием /Л.Г.Одинцов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, рис.179, а]. Оно состоит из упрочнителя и привода для его вращения. Упрочнитель имеет форму диска и состоит из нескольких частей - корпуса и пары тарельчатых дисков или сепаратора. [Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием /Л.Г.Одинцов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, рис.181, а, б, в]. В образованном этими частями кольцевом пазу свободно располагаются деформирующие элементы (ДЭ) в виде шаров. Деформирующие элементы под действием центробежных сил занимают крайнее положение в радиальных отверстиях, а при ударе об обрабатываемую поверхность отдают энергию, создаваемую центробежной силой. Происходит формирование регулярного микрорельефа на поверхности заготовки и упрочнение ее приповерхностных слоев.
Известное устройство отличается ограниченными возможностями в создании регулярных микрорельефов (РМР), в том числе полностью регулярных (ПРМР) и частично регулярных (ЧРМР) по ГОСТ 24773-81.
Составная конструкция корпуса упрочнителя неизбежно приводит удорожанию процесса его изготовления и сборки. Свободное расположение ДЭ в кольцевых пазах упрочнителя и удержание их в рабочем положении только под действием силы инерции снижает управляемость процессом, приводит к значительным габаритам инструмента и отсутствию возможности его настройки непосредственно перед началом работы. Также возникают сложности математического описания технологического процесса обработки и управления формируемым микрорельефом.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства за счет управления формированием микрорельефа поверхности, а также повышение качества обработки.
Поставленная задача решается с помощью устройства для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием, состоящее из упрочнителя дисковой формы и привода для его вращения, причем упрочнитель выполнен из цельного корпуса имеющего Т-образные пазы с установленными в них сменными силовыми блоками в виде гильз, а лыски для базирования силовых блоков находятся на наружной цилиндрической поверхности упрочнителя оппозитно Т-образным пазам, каждая гильза имеет возможность размещения вдоль оси вращения инструмента не зависимо от других гильз. Также, для каждого деформирующего элемента используется отдельная гильза, а деформирующие элементы в гильзах статически нагружены пружинами сжатия.
Техническим результатом применения устройства является повышение износостойкости и контактной жесткости прецизионных поверхностей трения деталей машин.
Сущность устройства поясняется соответствующими чертежами.
На фиг.1 представлена схема обработки предлагаемым устройством для поверхностного пластического деформирования детали типа вал на токарном станке;
На фиг.2 - общий вид упрочнителя;
На фиг.3 - конструкция силового блока в виде гильзы с ДЭ;
На фиг.4 - развертка наружной цилиндрической поверхности инструмента со схематическим расположением на ней деформирующих элементов для различных видов его настройки;
На фиг.5 - схематическое изображение развертки следов обработки соответствующих настройкам инструмента на фиг.4.;
На фиг.6 - профиль канавки в продольном сечении.
Устройство состоит из упрочнителя 5, и его привода (электродвигатель) 6 (фиг.1). Упрочнитель состоит из цельного корпуса 9, в Т-образных пазах 8 которого установлены силовые блоки в виде гильз 11 (фиг.2). В гильзе находится ДЭ 12, отражатель 15, пружина 16, а также винт 17 с возможностью регулирования статической нагрузки на шарик (фиг.3).
Устройство работает следующим образом.
Цилиндрическую заготовку (вал) 1 устанавливают в патроне 2 и поджимают центром задней бабки 3 на токарном станке или промышленной установке такой же компоновки, а устройство для поверхностного пластического деформирования крепят вместо резцедержателя на отдельной плите 4. Упрочнитель 5 устанавливают на валу электродвигателя 6 (фиг.1). Выставляют нужный натяг в статике (без включения привода вращения инструмента) или в динамике (во время работы упрочнителя). Сообщают скорость вращения заготовке и упрочнителю, а также продольную подачу последнему вдоль оси заготовки (фиг.1). Обрабатывают заготовку.
На наружной цилиндрической поверхности 7 упрочнителя 5 оппозитно каждому из Т-образных пазов 8 в корпусе 9 выполнена лыска 10 для базирования гильзы 11 с ДЭ 12, которая фиксируется поворотом ее вокруг своей оси гайкой 13 через шайбу Гровера 14 (см фиг.2, 3). Благодаря поджатию ДЭ в гильзах через отражатель 15 посредством пружины 16, можно осуществлять статический режим настройки (без включения электродвигателя) для определения оптимальных режимов работы оборудования. Отражатель изготавливается из антифрикционного материала - латуни или фторопласта. Сила упругости пружины регулируется винтом 17.
Корпус упрочнителя выполнен цельным, что делает его конструкцию более жесткой и прочной, более простой в изготовлении, а следовательно дешевой. Лыски на наружной цилиндрической поверхности упрочнителя выполнены для точного базирования силовых блоков в виде гильз во избежание перенаклепа, что повышает качество обработки.
Использование под каждый ДЭ отдельной гильзы позволяет быстро заменить ее в результате износа без потери точности для всего инструмента, в отличие от конструкции прототипа, где происходит замена всего упрочнителя. Такой подход позволяет значительно снизить затраты на инструмент, затраты вспомогательного времени на обслуживание установки и повышает производительность обработки.
В процессе работы устройства действие силы инерции на шарики дополняется статической нагрузкой пружин в гильзах, благодаря конструкции силового блока. В результате увеличивается энергия контактного взаимодействия ДЭ с поверхностью заготовки, а ударное воздействия сочетается с процессом скольжения - качения ДЭ по поверхности заготовки, что также приводит к более интенсивному упрочнению поверхности и увеличению ее контактной жесткости. Таким образом, увеличивается качество обработки.
Базирование каждого ДЭ в «своей» гильзе позволяет задать их координаты и математически моделировать процесс обработки, контролируя удар каждого шарика по заготовке. Тем самым технолог получает возможность управлять процессом создания микрорельефа с необходимыми характеристиками на основе предварительных расчетов, в том числе и с использованием ЭВМ.
ц
ц
Гильзы имеют возможность установки в необходимой позиции по оси его вращения в пределах высоты Н упрочнителя (см. фиг.2). Это позволяет создавать на обрабатываемой поверхности различные виды микрорельефов (фиг.5). На фиг.4 схематично показана развертка наружной поверхности упрочнителя с соответствующей конфигурацией ДЭ. Каждый ДЭ для удобства описания имеет свой порядковый номер. В данном варианте их количество равно восьми. ДЭ соединены пунктирной линией 18, характеризующей их расположение в инструменте. Здесь L - длина окружности, проходящей через центры шаров в их рабочем, крайнем положении в гильзах. L/N - длина дуги, соединяющей соседние ДЭ. На фиг.5 приводится рисунок элементарных участков микрорельефа получаемого на заготовке для двух оборотов инструмента соответственно настройкам на фиг.4.
В зависимости от характера и параметров требуемого микрорельефа силовые блоки в виде гильз с ДЭ устанавливают соответствующим образом (см. фиг.4). Базовый вариант подразумевает установку шариков в один ряд, как то имеет место в традиционной центробежно-шариковой или вибродинамической обработке. Результатом такой настройки (фиг.5, а) являются канавки из отпечатков 19 на поверхности заготовки в виде прямой линии. Канавки в виде условной синусоиды, либо наклонных штрихов, а также углублений в шахматном порядке (фиг.5 б, в, г) - результат настроек на фиг.4 б, в, г соответственно.
З
и
Канавки имеют гребенчатую структуру (условно в виде гребней волны) в продольном сечении вследствие последовательных ударов шариков по поверхности заготовки (см. фиг.6). Такая структура весьма эффективна для удержания смазки в парах трения ответственных соединений. Расстояние между центрами отпечатков 1 и рисунок образующейся канавки определяется конструктивными параметрами инструмента и технологическими параметрами процесса - количеством деформирующих элементов N, расстоянием между соседними рядами следов С по оси инструмента, скоростью вращения заготовки V и упрочнителя V. Величина Nl определяет длину участка, обработанного за один полный оборот инструмента (2π) и измеряется перпендикулярно оси вращения заготовки (см. фиг.5). Количество ДЭ как правило не более десяти, т.к. затем идет значительное возрастание габаритов инструмента.
Применение данного устройства расширяет технологические возможности и позволяет создавать как непрерывные, так и дискретные углубления на поверхностях деталей машин плоской и цилиндрической формы; открывает возможности образования ПРМР и ЧРМР по ГОСТ 24773-81 с геометрической структурой следов обработки, отличной от той, что создается прототипом; повышает качество обрабатываемой поверхности.