УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к упрочняюще-чистовой обработке поверхностей деталей методом поверхностного пластического деформирования и может быть использована в различных отраслях машиностроения.
Известно устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса, вилку и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси (см. патент RU №152055 U1, МПК В24В 39/00, бюл. №12, 27.04.2015 г.).
Известно устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилки с направляющими, опирающейся на демпфер, и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, гайки и упругой шайбы (см. патент RU №164756 U1, МПК В24В 39/06, бюл. №25, 10.09.2016 г.).
Наиболее близким аналогом является устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими и опирающуюся на демпфер, деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин, гайки и упругой шайбы (см. патент RU №177508 U1, МПК В24В 39/06, бюл. №7, 28.02.2018 г.).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилка с направляющими и опирающаяся на демпфер и деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин, гайки и упругой шайбы.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкое качество упрочненных плоских поверхностей деталей вследствие высокого градиента напряжений, возникающих в материале поверхностного слоя обрабатываемой детали.
Технический результат достигается тем, что в вилке установлена опорная шайба с пьезоэлектрическими преобразователями, на которую опирается демпфер, а оси пьезоэлектрических преобразователей совпадают с осью устройства.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей, содержащее корпус в виде усеченного конуса с пазами и резьбовым отверстием на конце конической части, вилку с направляющими и опирающуюся на демпфер в виде предварительно деформированной пружины, деформирующий ролик с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный с возможностью вращения на неподвижной оси при помощи бронзовой втулки, двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин, гайки и упругой шайбы, при этом в вилке установлена опорная шайба с пьезоэлектрическими преобразователями, на которую опирается демпфер, а оси пьезоэлектрических преобразователей совпадают с осью устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - представлено устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей;
фиг. 2 - разрез АА устройства.
Устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей содержит корпус 1, выполненный в виде усеченного конуса с резьбовым отверстием на конце конической части и пазами под направляющие 2 вилки 3, удерживаемой на корпусе 1 специальными скобами (на чертежах не показано), в которой установлена неподвижная ось 4 с бронзовой втулкой 5, двумя парами предварительно деформированных тарельчатых пружин б и деформирующим роликом 7 с фаской заданной ширины на рабочем профиле, имеющим возможность свободно вращаться на оси 4, закрепленной в вилке 3 при помощи гайки 8 с упругой шайбой 9, при этом демпфер 10 в виде предварительно деформированной пружины опирается на опорную шайбу 11 с установленными на ней пьезоэлектрическими преобразователями 12.
Высокая эффективность использования в устройстве пьезоэлектрических преобразователей достигается направленным воздействием акустического поля в диапазоне частот ультразвуковых колебаний, создаваемых пьезоэлектрическими преобразователями, оси которых совпадают с осью устройства (см. Киселёв Е.С. Интенсификация процессов механической обработки использованием энергии ультразвукового поля: учебное пособие. - Ульяновск: Изд-во УГТУ, 2003. - 186 с.). Ультразвуковое излучение заданной частоты, направленное в зону контакта упрочняющего ролика с обрабатываемой поверхностью детали, способствует снижению градиента создаваемых напряжений за счет увеличения толщины упрочненного слоя материала поверхностного слоя, повышению поверхностной микротвердости его и измельчению структуры материала (см. Дюдин Б.В., Дюдин В.Б. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов в приборостроении: учебное пособие. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. - С. 21-24).
Устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей работает следующим образом.
Устройство конической частью корпуса 1 вставляется в шпиндель, например, вертикально-фрезерного станка и закрепляется в нем при помощи специальной тяги, проходящей через шпиндель станка и ввинчиваемой в резьбовое отверстие конической части корпуса 1. При этом деформирующий ролик 7 с фаской заданной ширины на рабочем профиле, установленный на оси 4 между двух пар предварительно деформированных тарельчатых пружин 6, ориентируется по направлению одной из подач станка: поперечной или продольной. Обрабатываемая деталь закрепляется в приспособлении станка (например, в машинных тисках) на его столе. Используя динамометрическое устройство, деформирующим роликом 7 создается необходимое усилие обкатки на обрабатываемую поверхность детали. При включении на станке соответствующей подачи одновременно включают пьезоэлектрические преобразователи 12 и осуществляют упрочняющую обработку плоской поверхности детали. Выбор марки и количества пьезоэлектрических преобразователей, устанавливаемых в устройстве, осуществляется в зависимости от требуемой частоты и амплитуды ультразвуковых колебаний, которые, в свою очередь, зависят от материала обрабатываемой детали и принятых режимов упрочняющей обработки.
2
Проведены сравнительные исследования упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей с использованием предлагаемого устройства, использующего ультразвуковые колебания, и устройства по прототипу (см. патент RU №177508, МПК В24В 39/06, бюл. №7, 28.02.2018 г.). В предлагаемом устройстве для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей были установлены четыре кольцевых пьезокерамических преобразователя марки ЦТС-19, имеющие каждый удельную акустическую мощность 1,5 Вт/см, частоту 18 кГц, наружный диаметр 50 мм, внутренний диаметр 20 мм и толщину 8 мм (Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки // Г.Л. Амитан, И.А. Байсуков и др. / Под общей ред. В.А. Волосатова. - Л.: Машиностроение, 1988. - 719 с.).
пр
поп
v
Упрочняющая обработка поверхностей пластин из сталей 12ХН3А, 30ХГСА и Х18Н9Т размерами 25×100×10 мм осуществлялась на вертикально-фрезерном станке мод. 6Т13 с использованием следующих режимов: продольная подача S = 10 мм/с, поперечная подача S = 1/5 мм/дв. ход; усилие воздействия деформирующего ролика на обрабатываемую поверхность Р = 1500 Н; число двойных ходов m = 3. В качестве сравниваемых показателей качества упрочненного поверхностного слоя детали были приняты: параметр шероховатости обработанной поверхности детали Ra, определяемый на профилометре-профилографе мод. 170311; микротвердость материала поверхностного слоя H, которая определялась на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке на индентор 0,49 Н; толщина упрочненного слоя ΔН, определяемая при помощи устройства для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя изделия (см. патент RU №76708 U1, МПК G01B 7/06, G01R 27/18, бюл. 27, 27.09.2008 г.).
Результаты исследований приведены в табл. 1, из анализа которых видно, что при небольшом уменьшении параметра шероховатости Ra предлагаемое устройство для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей позволяет существенно повысить толщину упрочненного слоя ΔН. В результате снижается градиент напряжений в материале поверхностного слоя при одновременном увеличении поверхностной микротвердости за счет измельчения структуры материала. Все это способствует повышению эксплуатационных свойств плоских поверхностей деталей машин.
-1
ц
ск
-1
Оценка эффективности использования предлагаемого устройства для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент RU №177508 U1, МПК В24В 39/06, бюл. №7, 28.02.2018 г.) осуществлялась по интенсивности изнашивания упрочненных поверхностей пластин из сталей 12ХН3А, 30ХГСА, Х18Н9Т I и усталостной прочности материала [σ] (циклов нагружений N), определенных по результатам исследования упрочненных пластин на установках для испытания материалов в экстремальных условиях (см. Бутенко В.И. Научные основы нанотрибологии. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. - С. 20-29). Интенсивность изнашивания поверхностного слоя I определялась весовым способом за время испытаний τ = 1200 с при давлении контртела (брусок из закаленной быстрорежущей стали Р6М5) р = 0,5 МПа, скорости скольжения V =0,1 м/с, температуре Θ = 100°С, без смазки. Испытания на усталостную прочность проводились до разрушения исследуемых образцов при действии знакопеременного напряжения σ = 30 МПа.
Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний упрочненных пластин с использованием различных устройств для упрочняющей обработки плоских поверхностей деталей приведены в таблице 2, из анализа которой следует, что использование предлагаемого устройства позволяет в 1,2-1,4 раза повысить износостойкость поверхностного слоя и на 30-40% увеличить его усталостную прочность.