устройство для фрикционного поверхностного упрочнения винтов
Классы МПК: | B24B39/04 для обработки наружных поверхностей вращения |
Автор(ы): | Степанов Юрий Сергеевич (RU), Киричек Андрей Викторович (RU), Бологов Евгений Николаевич (RU), Мельков Юрий Петрович (RU), Афанасьев Борис Иванович (RU), Самойлов Николай Николаевич (RU), Цымай Юлия Валерьевна (RU), Фомин Дмитрий Сергеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-08-01 публикация патента:
27.12.2006 |
Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для поверхностного упрочнения рабочих поверхностей, подверженных интенсивному износу, стальных и чугунных деталей. Устройство содержит установленный на валу индивидуального привода диск трения, гидроцилиндр и люнет. Диск трения выполнен из материала с низким коэффициентом теплопроводности и с рабочей поверхностью на его периферии. Люнет содержит опорный цилиндрический ролик, выполненный с высотой не менее величины двух шагов упрочняемой винтовой поверхности. Диск трения закреплен на валу индивидуального привода между двумя фланцами с помощью упругого элемента. Упомянутый диск трения соединен с корпусом гидроцилиндра для обеспечения независимой поперечной подачи и прижатия к упрочняемой винтовой поверхности с постоянным усилием РФ, развиваемым гидроцилиндром. Поршень гидроцилиндра выполнен из условия воздействия на люнет с усилием Рл, обеспечивающим уравновешивание усилия РФ, при этом Рл=РФ. Диск трения и люнет установлены диаметрально противоположно относительно поперечной плоскости заготовки. В результате расширяются технологические возможности, повышается качество обрабатываемой поверхности и точность обработки. 5 ил.
Формула изобретения
Устройство для фрикционного поверхностного упрочнения винтов, содержащее установленный на валу индивидуального привода диск трения, выполненный из материала с низким коэффициентом теплопроводности и с рабочей поверхностью на его периферии, отличающееся тем, что оно снабжено гидроцилиндром и люнетом с опорным цилиндрическим роликом, выполненным высотой не менее величины двух шагов упрочняемой винтовой поверхности, диск трения закреплен на валу индивидуального привода между двумя фланцами с помощью упругого элемента и соединен с корпусом гидроцилиндра для обеспечения независимой поперечной подачи и прижатия к упрочняемой винтовой поверхности с постоянным усилием РФ, развиваемым гидроцилиндром, поршень которого выполнен из условия воздействия на люнет с усилием Рл , обеспечивающим уравновешивание усилия РФ, при этом Рл=РФ, а диск трения и люнет установлены диаметрально противоположно относительно поперечной плоскости заготовки.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для поверхностного упрочнения рабочих поверхностей, подверженных интенсивному износу, стальных и чугунных деталей, преимущественно нежестких винтов и эксцентричных валов.
Известно устройство для фрикционного поверхностного упрочнения деталей машин, содержащее корпус в виде диска из материала с низким коэффициентом теплопроводности и с рабочей поверхностью на его периферии, при этом устройство снабжено пальцами, выполненными из материала с коэффициентом теплопроводности выше, чем у материала диска, и расположенными в радиальных отверстиях, выполненных на рабочей поверхности диска, причем диаметр пальцев берут в 1,2...2 раза больше ширины рабочей поверхности диска [1].
Недостатками известного устройства являются удары и вибрации, возникающие в результате быстрого износа пальцев - теплоносителей, изготавливаемых из мягкого быстроизнашивающегося (из меди или латуни) материала, которые резко снижают качество и производительность. При этом быстрый износ пальцев усугубляет значительные силы прижима инструмента к обрабатываемой заготовке (до 1000 Н). Кроме того, сложность конструкции инструмента (наличие дюралюминиевого корпуса в виде ступицы, фланца, болтов и медных или латунных пальцев) при его низкой стойкости требует значительных первоначальных и последующих затрат при эксплуатации, что повышает себестоимость обработки.
Появляющиеся вибрации и удары устройства резко снижают качество обработанной поверхности, ее отклонение от правильной геометрической формы при увеличивающемся дисбалансе инструмента. Кроме того, ограниченность устройства заключается еще и в том, что не позволяет использовать его при фрикционном поверхностном упрочнении винтовых и эксцентриковых поверхностей.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей обработки фрикционным поверхностным упрочнением деталей типа винтов и валов с эксцентриковыми поверхностями, простота и минимальная трудоемкость настройки, возможность устанавливать оптимальные режимы обработки, а также повышение качества обрабатываемой поверхности, производительности и точности обработки.
Поставленная задача решается предлагаемым устройством для фрикционного поверхностного упрочнения винтов, содержащим установленный на валу индивидуального привода диска трения, выполненный из материала с низким коэффициентом теплопроводности и с рабочей поверхностью на его периферии, причем оно снабжено гидроцилиндром и люнетом с опорным цилиндрическим роликом, выполненным с высотой не менее величины двух шагов упрочняемой винтовой поверхности диска трения, закреплен на валу индивидуального привода между двумя фланцами с помощью упругого элемента и соединен с корпусом гидроцилиндра для обеспечения независимой поперечной подачи и прижатия к упрочняемой винтовой поверхности с постоянным усилием Рф, развиваемым гидроцилиндром, поршень которого выполнен из условия воздействия на люнет с усилием Рл , обеспечивающим уравновешивание усилия Рф, при этом Рф=Рл, а диск трения и люнет установлены диаметрально противоположно относительно поперечной плоскости заготовки.
Сущность устройства поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена схема фрикционного поверхностного упрочнения винта предлагаемым устройством с установкой заготовки в патроне токарного станка; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, общий вид инструмента с приводом для фрикционного поверхностного упрочнения; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1, общий вид люнета, на фиг.4 - поперечное сечение В-В на фиг.1, вариант конструкции люнета; на фиг.5 - гидросхема включения устройства.
Предлагаемое устройство предназначено для фрикционного поверхностного упрочнения винтов 1 и включает сообщение заготовке вращательного движения Vз, а инструменту, содержащему диск трения 2 из материала с низким коэффициентом теплопроводности и рабочей поверхностью на его периферии и упругий элемент 3, сообщают вращательное движение Vф, движение продольной подачи Sпр и прижатие с постоянным усилием Рф к обрабатываемой заготовке.
Диск трения 2 установлен и закреплен на упругом элементе 3 между двумя фланцами 4 на валу 5 индивидуального привода 6. Диск трения 2 имеет возможность независимого поперечного перемещения, диктуемого профилем упрочняемой заготовки 1, и прижимается к заготовке с необходимой постоянной силой Рф, развиваемой гидроцилиндром 7. Корпус гидроцилиндра 7 соединен с подвижной в поперечном направлении плитой 8 посредством ходового винта 9, служащего также для предварительной настройки инструмента с помощью маховичка 10, закрепленного на винте 9.
Сила Рф, развиваемая гидроцилиндром 7, уравновешивается силой Рл, приложенной к люнету 11, т.е. Рф =Рл, при этом диск трения 2 и люнет 11 установлены в поперечной плоскости в диаметрально противоположных точках заготовки 1, кроме того, поршень гидроцилиндра 7 соединен с люнетом посредством тяги 12, закрепленной на подвижной плите 13, на которой установлен люнет 11. Предварительную настройку люнета 11 на касание с заготовкой 1 производят с помощью ходового винта 14, соединенного с подвижной плитой 13 маховичком 15.
Люнет 11 имеет опорный цилиндрический ролик 16 высотой не менее двух шагов t упрочняемой винтовой поверхности заготовки, однако, с целью устойчивого положения вращающейся заготовки, на которую воздействуют большие встречные силы, конструкция люнета может состоять из двух опорных роликов 16 (см. фиг.4),
Работа предлагаемого устройства для фрикционного поверхностного упрочнения производится в следующей последовательности.
К установленной, например, в патроне 17, оснащенном кулачками 18, и поджатой задним центром 19 токарного станка заготовке винта сзади подводят люнет 1 с помощью маховичка 15, который смонтирован на винте 14 верхнего поперечного суппорта 13. Далее маховичком 10, который установлен на винте 9, связанный с подвижной плитой 8, к заготовке подводится диск трения 2, смонтированный на валу привода 6, который установлен на подвижной плите 8.
В гидроцилиндр 7 подается масло под давлением, благодаря чему инструмент 2 и люнет 11 воздействует на заготовку, создавая определенное усилие Рф=Рл. Настройкой пружины гидроклапана давления (см. гидросхему фиг.5 и описание ее ниже) устанавливается усилие Рф, необходимое для фрикционного поверхностного упрочнения, и включается продольная подача Sпр.
Упругий элемент 3, посредством которого диск трения 2 закреплен на валу 5, служит для гашения вибраций, возникающих от погрешности формы диска и заготовки при их обкатывании и контакте, а также для возможности регулирования усилия прижатия диска трения к обрабатываемой поверхности. Изменение жесткости упругого элемента 3 зависит от степени сжатия фланцев 4, между которыми расположены упругий элемент и диск трения. Для охлаждения диска трения при его работе служит сопло 20, через которое на диск трения под давлением поступает смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ).
В включении гидросистемы (фиг.5) в работу и при удалении диска трения от люнета масло в цилиндр поступает через редукционный клапан 21, а при сближении диска трения с люнетом - вытесняется в бак через клапан 22.
Предлагаемое устройство применимо не только для упрочнения винтов, но и для обработки кулачков и валов с эксцентрическими поверхностями.
Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имеет следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта-D=27-0,05 мм, эксцентриситет e1=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=28±0,01 мм, шероховатость Ra=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 40ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг.
Обработка проводилась на модернизированном токарно-винторезном станке мод. 16К20, с инструментальной головкой для фрикционного поверхностного упрочнения и люнетом, установленных, соответственно, спереди и сзади заготовки, на поперечном суппорте станка. Гидропривод инструментальной головки подключен к насосной установке Г48-4, а для поддержания постоянного давления использовался клапан усилия зажима ПГ57-72 (ТУ 2-053-1569-81Е) [2]. Окружная скорость заготовки - vз=15,1 м/мин, n3=160 об/мин, продольная подача Sпр=2 мм/об. Диск трения для фрикционного поверхностного упрочнения выполнен из титанового сплава ВТ-5 с шириной рабочей поверхности 10 мм, наружным диаметром 200 мм и рабочей поверхности в продольном сечении Rф=5 мм. Частота вращения диска - nф=3000 мин-1, vф=31,42 м/с.
Давление фрикционного диска на заготовку, создаваемое механизмом поперечной подачи станка, составляло Рф=Рл =0,05...0,1 кН. В зону обработки подавали СОЖ - 5% эмульсия.
Глубина и микротвердость упрочненного слоя (белой зоны) составляла соответственно 0,17...0,19 мм и 8...9 ГПа с постепенным понижением микротвердости по глубине до исходного состояния - 2,3...2,7 ГПа.
Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени гораздо меньше, чем при традиционном упрочнении, например, в закалочной печи, при этом термообработка в печи чревата такими дефектами, как искривление оси нежестких заготовок, каким является обрабатываемый винт.
Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл.1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов - не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.
Благодаря применению предлагаемого устройства для фрикционного поверхностного упрочнения винтовых поверхностей винтов расширились технологические возможности, улучшилось качество, повысилась износостойкость и долговечность обрабатываемых заготовок за счет поверхностного упрочнения, повысилась производительность обработки за счет выбора оптимальных режимов обработки, снизилась трудоемкость настройки.
Источники информации
1. Авторское свидетельство 118355, В 24 В 39/00. Инструмент для фрикционного поверхностного упрочнения. Кырылив В.И., Каличак Т.Н., опубл. 15.02.1992. Бюл. №6.
2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 512 с.
Класс B24B39/04 для обработки наружных поверхностей вращения