Устройство для комбинированной обработки электроискровым легированием и поверхностным пластическим деформированием

Полезная модель относится преимущественно к комбинированным способам обработки поверхностных слоев металлических деталей и может быть использовано для упрочнения поверхностей различных деталей машин.
Известен способ электроискрового легирования металлических поверхностей, при котором нанесение покрытия методом электроискрового легирования (ЭИЛ) компактными упруго-подвешенными электродами совмещено с последующим пластическим деформированием торцевой поверхностью вращающегося диска. Легирующий электроды при этом имеют общую ось вращения с диском и расположены в его радиальных пазах, на который накладывают ультразвуковые колебания (УЗК), а временное отставание пластического деформирования не превышает времени затвердевания переносимых частиц материала электрода. Это позволяет увеличивать твердость, сплошность, уменьшать шероховатость полученного покрытия, повышать производительность обработки, что позволяет повысить эффективность процесса легирования. Электроискровое легирование по данному способу осуществляют устройством, содержащим упруго-подвешенные электроды и дисковый деформирующий элемент с торцевой рабочей поверхностью, закрепленный на введенной в устройство ультразвуковой колебательный системе со стержневым концентратором, в осевой ступенчатой плоскости которого размещен с возможностью осевых перемещений электрододержатель, при этом легирующие электроды расположены в радиальных пазах, выполненных в диске, а колебательная система подпружинена в направлении обрабатываемого изделия (RU 2101145, Способ электроискрового легирования и устройство для его осуществления, В23Н 9/00, 1998).
Недостатком вышеуказанного способа и устройства для его осуществления является, на отдельных технологических режимах намазывание на поверхность детали материала легирующего электрода, а не перенос его искровыми разрядами, также возможность разрушения рабочих поверхностей под действием динамических нагрузок и автоколебаний, возникающих в процессе работы. Кроме того, при больших размерах диска (50 и более мм) и малых толщинах наносимых покрытий, соизмеримых с величиной погрешностей формы упрочняемой поверхности (отклонение от плоскостности, формы заданного профиля и формы заданной поверхности) и с величиной высоты волнистости поверхности, деформирующий элемент (диск) будет не в состоянии копировать последние и, таким образом, часть нанесенного покрытия останется необработанной.
Известен также способ и устройство электроискрового легирования (Патент RU 2175594, Способ электроискрового легирования и устройство для его осуществления, В23Н 9/00, 2000), при котором электроэрозионное нанесение покрытия осуществляют электродами и деформирующими элементами, выполненными в виде роликов, установленных с возможностью свободного поворота вокруг своих продольных осей и с возможностью обеспечения в процессе легирования трения качения между цилиндрическими поверхностями электродов и деформирующих элементов и поверхностью обрабатываемой детали. При этом реализацию способа осуществляют с помощью устройства для электроискрового легирования, содержащего компактные электроды и деформирующие элементы, установленные в дисковый вращающийся корпус с системой автоматического отключения подачи на него рабочих импульсов. Система автоматического отключения подачи рабочих импульсов на дисковый корпус включает систему металлических зеркал, выполненных с возможностью вращения совместно с дисковым корпусом, фотодатчик (представляющий собой светодиод и фотодиод), источник тока фотодатчика, усилитель постоянного тока, генератор управляющих импульсов, генератор рабочих импульсов и электронный ключ, расположенный в анодной цепи генератора рабочих импульсов.
Повышение эффективности процесса легирования и качества получаемого покрытия достигается за счет обеспечения трения качения, как между легирующими электродами, так и деформирующими элементами, с одной стороны, и упрочняемой поверхностью детали, с другой.
Однако, наличие системы автоматического отключения подачи рабочих импульсов не позволяет решать задачу по дальнейшему увеличению эффективности процесса обработки поверхностей деталей, это связано с возможной неточностью установки элементов системы (фотодатчика (светодиода или фотодиода), зеркал), а также возможными изменениями их положения в процессе обработки, например за счет деформации (термодеформации) кронштейнов крепления и т.д. Также наличие системы автоматического отключения подачи рабочих импульсов значительно усложняет конструкцию устройства. Кроме того усилие прижатия электродов и деформирующих элементов осуществляется за счет прижима устройства к обрабатываемой поверхности и будет одинаковым как для легирующих электродов, так и для деформирующих элементов. Однако из опыта обработки ЭИЛ и поверхностным пластическим деформированием (ППД) известно, что величина прижима деформирующего элемента должно быть большим, чем легирующих электродов, с возможностью регулирования в зависимости от технологических факторов.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является повышение эффективности процесса легирования и качества получаемого покрытия за счет исключения системы автоматического отключения подачи рабочих импульсов на легирующие электроды, упрощения конструкции. А так же обеспечение возможности раздельного регулирования прижатия легирующих электродов и деформирующих элементов, в зависимости от технологических факторов обработки. Вследствие чего упростится конструкция устройства, а различные по величине усилия прижатия легирующих электродов и деформирующих элементов позволит повысить качество обрабатываемой поверхности.
Средство достижения поставленной задачи состоит в том, что в известном устройстве электроискрового легирования, включающем электроэрозионное нанесение покрытия легирующими электродами и последующее пластическое упрочнение нанесенного слоя деформирующими элементами, легирующие электроды и деформирующие элементы установлены с возможностью раздельного, индивидуально для каждого легирующего электрода и деформирующего элемента, регулирования усилия прижатия к обрабатываемой поверхности в зависимости от технологических факторов, а с целью исключения подачи рабочих импульсов на деформирующие элементы в процессе обработки, деформирующие элементы электрически изолированы от других деталей.
Устройство для комбинированной обработки электроискровым легированием и поверхностным пластическим деформированием, содержит легирующие электроды и деформирующие элементы, выполненные в виде роликов, закрепленных с возможностью свободного поворота вокруг своих осей в дисковом вращающемся корпусе с подачей на легирующие электроды рабочих импульсов, а деформирующие элементы установлены в стаканах из изоляционного материала, при этом имеется возможность раздельного регулирования усилия прижатия легирующих электродов и деформирующих элементов к обрабатываемой поверхности.
Сущность устройства для комбинированной обработки электроискровым легированием и поверхностным пластическим деформированием поясняется чертежами: на фиг. 1 показан общий вид устройства, на фиг. 2 - вид А, на фиг. 3 вид I (легирующий электрод) и II (деформирующий элемент).
Электроразрядный промежуток при ЭИЛ образован обрабатываемой деталью 1, закрепленной на столе 4 станка и легирующими электродами 2 выполненными в виде роликов цилиндрической формы, размещенных в продольных пазах дискового корпуса 3. Цилиндрические легирующие электроды - ролики устанавливаются на осях 5, которые расположены в скользящих вилках 6, поджатых пружинами 7, которые упираются во втулку 8 в отверстие которой устанавливается стопорная ось 9, концы которой вставлены в пазы металлических крышек 16 и 17. Цилиндрические деформирующие элементы 10, расположены в стаканах 27 которые в свою очередь установлены в продольных пазах дискового корпуса 3. Стаканы 27 изготавливаются из электроизоляционного материала. Деформирующие элементы выполнены в виде роликов цилиндрической формы установлены на осях 11, которые расположены в скользящих вилках 12, поджатых пружинами 13, которые упираются во втулку 14 изготовленную из электроизоляционного материала в отверстие которой устанавливается стопорная ось 15, концы которой вставлены в пазы металлических крышек 16 и 17. Корпус закрыт с обеих сторон металлическими крышками 16 и 17. Стопорные оси 9 и 15, стопорятся с обоих концов шайбами и гайками. Дисковый корпус 3 установлен с помощью шлицевого соединения на валу 18 и закреплен от осевого перемещения гайкой 19. На вал 18 насажено контактное кольцо 20, к которому пружиной поджата медно-графитовая щетка 21. Вращение на инструмент передается через муфту-изолятор 22 от электродвигателя 23. Концы вала закреплены в подшипниковых опорах 24, 25. Легирующие электроды 2 и деформирующие элементы 10 удерживаются от выпадения из продольных пазов дискового корпуса 3 пружинами 7 и 13, конца которых прикреплены к скользящей вилке 6 и втулке 8 и к скользящей вилке 12 и втулке 14 соответственно. Генератор рабочих импульсов 28 для выполнения ЭИЛ подключен разъемом «-» к столу станка, а разъемом «+» к медно-графитовой щетке 21. Устройство собрано в корпусе 26.
Устройство для комбинированной обработки электроискровым легированием и поверхностным пластическим деформированием работает следующим образом. Для начала работы устройства требуется произвести подготовительно-наладочные работы: выставить легирующие электроды и деформирующие элементы по отношению к обрабатываемой поверхности с определенным усилием прижатия или зазором к обрабатываемой поверхности. Корпус 26 устройства закрепляется на суппорте станка с помощью адаптера-изолятора. Вращающийся дисковый корпус подводится к детали 1 с небольшим зазором, ослабляются стопорные гайки стопорной оси 9 и производится перемещение втулки 8, пружины 7 и скользящей вилки 6 с легирующим электродом 2 вертикально вниз до соприкосновения с деталью 1 на необходимую величину деформации пружины 7 с поджатием легирующего электрода 2 к обрабатываемой поверхности на нужную величину. Величина поджатая выбирается из необходимости обеспечения запас диаметра ролика легирующего электрода на обгорание без подстройки суппорта в направлении, перпендикулярном поверхности детали. Далее осуществляется фиксация стопорными гайками стопорной оси 9. Аналогично осуществляется установка всех легирующих электродов на требуемую величину поджатая к обрабатываемой поверхности детали.
Затем подводится деформирующий элемент 10 к детали 1 с небольшим зазором, ослабляются стопорные гайки стопорной оси 15 и производится перемещение втулки 14, пружины 13 и скользящей вилки 12 с деформирующим элементом 10 вертикально вниз до соприкосновения с деталью 1 на необходимую величину деформации пружины 7 с поджатием деформирующего элемента 10 к обрабатываемой поверхности детали 1 на необходимую величину. Величина поджатая выбирается из необходимости обеспечения заданного усилия давления деформирующих элементов - роликов на полученное ЭИЛ покрытие. Далее осуществляется фиксация стопорными гайками стопорной оси 15. Аналогично осуществляется установка всех деформирующих элементов на требуемую величину поджатая к обрабатываемой поверхности детали.
Далее включается электродвигатель 23, который передает вращение через муфту-изолятор 22 на вал 18, а от него через шлицевое соединение на дисковый корпус 3 устройства, включается подача рабочих импульсов от генератора 28. Установленные вышеописанным образом, легирующие электроды под действием центробежных сил и пружин выдавливаются наружу, в момент касания легирующего электрода 2 с поверхностью детали, электрическая цепь замыкается, происходят электрические разряды и часть материала легирующего электрода 2 переносится на поверхность детали, следующий за легирующим роликом деформирующий элемент - ролик 10 сглаживает и уплотняет полученное покрытие. Рабочие электрические импульсы подаются на роликовые электроды 2 от генератора электрических импульсов 28 по проводам на медно-графитовую щетку 21, латунное контактное кольцо 20, вал 18, дисковый корпус 3, через ось 9, втулку 8, пружину 7, скользящую вилку 6, ось 5.
В момент когда легирующий электрод 2 выходит из соприкосновения с обрабатываемой поверхностью детали 1 происходит размыкание электрической цепи, подача электрических рабочих импульсов от генератора 28 не производится. При обработке поверхности 1 деформирующими элементами 10 цепь продолжает оставаться разомкнутой ввиду нахождения деформирующих элементов 10 с осями 11, скользящими вилками 12, пружинами 13 и втулками 14 в стаканах 27 установленных в дисковом корпусе 3 и изготовленных из электроизоляционного материала, а также изготовления втулки 14 из электроизоляционного материала.
Применение устройства для комбинированной обработки электроискровым легированием и поверхностным пластическим деформированием позволяет получать качественные покрытия без дефектов поверхностного слоя, с напряжениями сжатия, что благотворно сказывается на повышении износостойкости деталей машин, при этом само устройство имеет более простую и надежную конструкцию в сравнении с прототипом.