инструмент для отделочно-упрочняющей обработки

Формула изобретения

1 Инструмент для отделочно-упрочняющей обработки, содержащий корпус из немагнитного материала, образующие открытую в направлении от оси инструмента кольцевую камеру, наружную и внутреннюю щечки, выполненные соответственно из магнитного и немагнитного материала, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, размещенный на дне упомянутой камеры, установленные в кольцевой камере с возможностью пространственных перемещений деформирующие элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности за счет уменьшения износа щечек и деформирующих элементов, он снабжен узлом разгрузки, выполненным в виде установленного соосно с корпусом со стороны магнитной щечки с возможностью поступательного регулировочного перемещения вдоль оси корпуса постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью и механизма его перемещения, при этом упомянутый магнит обращен к магниту, размещенному в кольцевой камере, разноименным полюсом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области поверхностного пластического деформирования и может быть использовано для упрочняющей обработки поверхностей маложестких деталей машин на станках с системой автоматического регулирования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению относится инструмент для отделочно-упрочняющей обработки, содержащий корпус, изготовленный из немагнитного материала, наружную щечку, изготовленную из магнитного материала и внутреннюю щечку, изготовленную из немагнитного материала и образующими кольцевую камеру, открытую в направлении от оси инструмента к его периферийной поверхности, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных перемещений [1]

К недостаткам указанного инструмента следует отнести то, что он обеспечивает постоянную величину силы притяжения деформирующих элементов к поверхности магнитной наружной щечки (силу магнитного притяжения деформирующих элементов к поверхности наружной магнитной щечки). Между тем, величина силы прижатия деформирующих элементов к поверхности внутренней (противоположной) щечки в процессе обработки (наличие этой силы обусловлено взаимодействием деформирующих элементов с поверхностью детали и наличием осевой подачи инструмента вдоль обрабатываемой поверхности) определяется режимами обработки и, в зависимости от значения режимов обработки (скорости, подачи, частоты вращения инструмента и т.д.), изменяется в широких пределах. В связи с этим, сила магнитного притяжения деформирующих элементов к поверхности наружной (магнитной) щечки не позволяет полностью компенсировать силу прижатия деформирующих элементов к поверхности внутренней щечки. Имеющее место в связи с этим силовое взаимодействие в процессе обработки деформирующих элементов с поверхностью внутренней (немагнитной) щечки приводит к износу щечки и деформирующих элементов. Долговечность инструмента при этом снижается.

Цель изобретения повышение долговечности инструмента за счет уменьшения износа щечек и деформирующих элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном инструменте для отделочно-упрочняющей обработки, содержащем корпус, изготовленный из немагнитного материала, наружную щечку, изготовленную из магнитного материала и внутреннюю щечку, изготовленную из немагнитного материала и образующими кольцевую камеру, открытую в направлении от оси инструмента к его периферийной поверхности, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных перемещений, согласно изобретению инструмент снабжен устройством разгрузки щечек, выполненным в виде постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью и механизма его осевого перемещения, причем дополнительный магнит установлен соосно оси инструмента, со стороны магнитной щечки и обращен разноименным полюсом к магниту кольцевой камеры инструмента.

Такое выполнение инструмента позволяет при различных режимах обработки детали компенсировать (регулировать) силу прижатия деформирующих элементов к щечке инструмента и приблизить ее сколь угодно близко к нулю, что уменьшает износ щечек и деформирующих элементов. Долговечность инструмента при этом повышается.

Так как заявляемые признаки в известных технических решениях не выявлены, а совокупность признаков обеспечивает достижение положительного эффекта, заключающегося в повышении долговечности инструмента, то это дает основание утверждать, что заявленное техническое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежом.

Инструмент содержит корпус 1, изготовленный из немагнитного материала, наружную щечку 2, изготовленную из магнитного материала, внутреннюю щечку 3 с кольцевой прорезью 4 (прорезь 4 предназначена для закрепления датчика измерения усилия нагружения щечки), изготовленную из немагнитного материала и образующими кольцевую камеру 5, открытую в направлении от оси 6 инструмента к его периферийной поверхности. Инструмент содержит кольцевой постоянный магнит 7 с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры 5, деформирующие элементы 8, расположенные в кольцевой камере 5 с возможностью осуществления пространственных перемещений.

Инструмент снабжен устройством разгрузки щечек, выполненным в виде постоянного кольцевого магнита 9 с осевой намагниченностью и механизмом осевого перемещения магнита 9. Механизм осевого перемещения магнита 9 изготовлен в виде немагнитного держателя 10, ходового валика 11, шагового двигателя 12. Магнит 9 закреплен неподвижно на держателе 10. Держатель 10 установлен на внешней поверхности 13 корпуса 1 с возможностью осевого перемещения. Магнит 9 установлен соосно корпусу 1 инструмента, со стороны магнитной щечки 2 и обращена к магниту 7 кольцевой камеры 5 разноименным полюсом (в противном случае невозможно осевым перемещением магнита 9 обеспечить регулирование силы прижатия деформирующих элементов к поверхности магнитной щечки 2, а следовательно, невозможно разгрузить щечку 3. Следовательно, в процессе работы щечка 3 и деформирующие элементы 8 будут прижиматься и изнашиваться, что приведет к снижению долговечности инструмента.

Станок снабжен системой автоматического регулирования, выполненной в виде датчика 14, установленного в кольцевой прорези 4 щечки 3, сравнивающего устройства 15, задающего устройства 16, усиливающего устройства 17, испольнительного устройства 18.

Инструмент работает следующим образом. Деталь 19 устанавливают в патроне, а корпус 1 инструмента закрепляют в шпинделе 20 станка. Перед обработкой, посредством шагового двигателя и поворота ходового валика 11, сближают торец магнита 9 с внешней торцовой поверхностью щечки 2. Затем измеряют магнитную индукцию магнитного поля (суммарное поле от магнита 7 и магнита 9; измерение осуществляют у поверхности щечки 2, в кольцевой камере 5). Одновременно (посредством шагового двигателя 12) вращают ходовой валик 11. При повороте ходового валика 11 держатель 10 и магнит 9 смещаются влево, удаляясь от щечки 2 и образуя между щечкой 2 и торцом магнита 9 зазора ₁. Это вызывает изменение (уменьшение) величины магнитной индукции магнитного поля у щечки 2. Осевое перемещение магнита 9 от щечки 2 прекращают, когда дальнейшее сколь угодно малое смещение магнита не приводит к изменению величины магнитной индукции магнитного поля у щечки 2. При этом измеряют образовавшийся зазор между щечкой 2 и торцом магнита 9 (в этих пределах от нуля до величины d и изменяют в процессе обработки зазор между торцом магнита 9 и торцом щечки 2). Такое положение магнита 9 считается крайним положением. С целью возможности регулирования (как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) силы притяжения деформирующих элементов 8 к щечке 2 (с целью компенсации нагружения щечки 3 деформирующими элементами 8) торец магнита 9 смещают к щечке 2 и устанавливают зазор между ними, равный d/2 (среднее положение магнита 9). Инструмент готов к работе.

Деформирующие элементы 8 вводят в полость обрабатываемой детали 19. Корпусу 1 сообщают вращение и перемещают его вдоль обрабатываемой поверхности. Под действием магнитного поля от магнита 7 деформирующие элементы 8 разгоняются в окружном направлении кольцевой камеры 5 и прижимаются к обрабатываемой поверхности 19, осуществляя ее поверхностное пластическое деформирование. Деформирующие элементы 8 прижимаются с силой Р к поверхности щечки 3, в направлении, противоположном подаче инструмента. Одновременно на деформирующие элементы 8 действует сила F их притяжения к щечке 2 и направленная противоположно силе Р. Одновременно датчик 14 системы автоматического регулирования станка измеряет силу давления деформирующих элементов 8 на щечку 3 (результирующую силу от P и F). Измеренное значение этой силы на щечку 3, преобразованное в электрический сигнал поступает в сравнивающее устройство 15, где сравнивается с сигналом, поступающим от задающего устройства 16. Сигнал рассогласования усиливается усиливающим устройством 17 и подается на исполнительный механизм 18. Исполнительный механизм 18, согласно знаку и величины сигнала рассогласования, изменяет характеристики электрического тока, подаваемого на обмотки шагового двигателя 12. Шаговый двигатель 12 поворачивает ходовой валик 11 и смещает (за счет наличия резьбы на конце ходового валика 11) держатель 10 с магнитом 9 (в соответствии со знаком сигнала рассогласования) к щечке 2 (или от нее), изменяя величину зазора между торцом магнита 9 и щечкой 2. Пусть значение силы Р прижатия деформирующих элементов 8 к щечке 3 возросло (имеется ввиду в процессе обработки). Тогда исполнительный механизм 18 даст команду шаговому двигателю 12 на поворот ходового валика 11 в сторону, обеспечивающую приближение торца магнита 9 к щечке 2. При этом (по мере уменьшения воздушного зазора между магнитом 9 и щечкой 2) осуществляется (обеспечивается) увеличение магнитной индукции магнитного поля у щечки 2 инструмента. В связи с этим увеличивается сила (F) притяжения деформирующих элементов 8 к щечке 2 (так как происходит замыкание магнитных линий от магнита 9 через магнитную щечку 2 и деформирующие элементы 8). По мере увеличения силы магнитного притяжения (F) деформирующих элементов 8 к щечке 2 сила (Q) давления деформирующих элементов 8 на щечку 3 уменьшается. При приближении сигнала рассогласования сколь угодно близко к нулю (когда сила P= F), шаговый двигатель 12 прекращает поворот ходового валика 11. При этом сила давления деформирующих элементов 8 на поверхность щечки 3 равна 0 (нулю), так как уравновешиваются (компенсируются) силы P и F. Износостойкость щечки 3 и деформирующих элементов 8 повышается (уменьшается износ), а долговечность инструмента увеличивается.

В качестве примера конкретного выполнения можно привести обработку отверстия втулки на станке 16К20Т1, оснащенном специальным шпинделем с плавным (бесступенчатым) регулированием частоты вращения и микропроцессором.

Материал обрабатываемой детали сталь 3; диаметр обработки 100 мм, длина обработки 210 мм. В качестве деформирующих элементов использовали шарики диаметром 9 мм (ЩХ15, HRC_э 62). В качестве элементов системы автоматического регулирования станка использовали микропроцессор. В качестве источников магнитного поля использовали кольцевые магниты с осевой намагниченностью. Материал магнитов SmCo₅. Размеры магнитов (D x d x h) 60 x 30 x 25 мм. Максимальная величина магнитной индукции у магнитной щечки инструмента (при минимальном зазоре между магнитной щечкой и торцом подвижного магнита) составляла 1,0 Тл. Минимальная величина магнитной индукции у магнитной щечки инструмента (при максимальном зазоре между магнитной щечкой и торцом подвижного магнита) составляла 0,4 Тл.

Максимальный зазор между магнитной щечкой и торцом подвижного магнита 16 мм (минимальный зазор равен нулю).

Три участка детали по 70 мм каждый (общая длина детали 210 мм), исходя из заданных чертежом характеристик упрочнения поверхностного слоя детали, обрабатывались на индивидуальных режимах:

1-ый участок V=1,1 м/с; S=250 мм/мин;

2-ой участок V=1,5 м/с; S=300 мм/мин;

3-ий участок V=2,5 м/с; S=400 мм/мин.

Осевая сила деформирования при обработке соответственно первого, второго и третьего участков составляла 26, 41 и 69 Н. Охлаждение масло индустриальное.

Шероховатость обработанной поверхности R_a=0,63 1,25 мкм. Глубина упрочненного слоя детали для 1-ого, 2-ого и 3-его участков соответственно составляла 0,1; 0,15; 0,21 мм.

Стойкость инструмента-прототипа составляла 70 часов. Стойкость заявляемого инструмента 425 часов.

Предложенный инструмент обеспечивает повышение долговечности инструмента в 6 раз.