устройство для статико-импульсной обработки винтов
Классы МПК: | B24B39/04 для обработки наружных поверхностей вращения |
Автор(ы): | Степанов Юрий Сергеевич (RU), Киричек Андрей Викторович (RU), Соловьев Дмитрий Львович (RU), Поляков Алексей Владимирович (RU), Афонин Андрей Николаевич (RU), Афанасьев Борис Иванович (RU), Фомин Дмитрий Сергеевич (RU), Селеменев Константин Федорович (RU), Самойлов Николай Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-06-01 публикация патента:
27.03.2008 |
Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к устройствам для статико-импульсной обработки винтов на станках. Устройство содержит деформирующий элемент для обработки заготовки с натягом, оправку, волновод и гидроцилиндр, в котором расположен боек. Волновод выполнен с возможностью приложения к нему статической нагрузки и посредством бойка периодической импульсной нагрузки. Между волноводом и заготовкой размещен четырехкулачковый патрон для установки и эксцентричного смещения заготовки. Деформирующий элемент выполнен в виде кольца с профилем внутренней поверхности, соответствующим профилю впадины обрабатываемой заготовки, которое жестко закреплено на опорной плите станка. Волновод и боек выполнены в виде стержней одинакового диаметра. В результате расширяются технологические возможности. 3 ил.



Формула изобретения
Устройство для статико-импульсной обработки винтов на станках, содержащее деформирующий элемент для обработки заготовки с натягом и оправку, отличающееся тем, что оно снабжено гидроцилиндром, в котором расположен боек, волноводом, выполненным с возможностью приложения к нему статической нагрузки и посредством бойка периодической импульсной нагрузки, гидравлическим генератором импульсов для питания гидроцилиндра и размещенным между волноводом и заготовкой четырехкулачковым патроном для установки и эксцентричного смещения заготовки, установленным на оправке из условия обеспечения свободного вращения заготовки относительно продольной оси, при этом деформирующий элемент выполнен в виде кольца с профилем внутренней поверхности, соответствующим профилю впадины обрабатываемой заготовки, которое жестко закреплено на опорной плите станка, а волновод и боек выполнены в виде стержней одинакового диаметра.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам и устройствам для калибрования, поверхностного пластического деформирования и упрочнения металлических винтовых и других наружных фасонных поверхностей деталей из сталей и сплавов со статико-импульсным нагружением деформирующего инструмента.
Известен способ и устройство для дорнования отверстий, при котором по методу прошивания к деформирующему инструменту вдоль обрабатываемой поверхности с натягом прикладывают статическую нагрузку [1].
Способ и устройство отличаются ограниченными возможностями, низким КПД, большой энергоемкостью, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой внутренней поверхности.
Известен двухрядный инструмент ударного действия для обработки наружных цилиндрических поверхностей, у которого первый ряд роликов установлен на упругую «плавающую» самоустанавливающуюся в радиальном направлении оправку, а второй ряд роликов смонтирован на жесткой оправке [2].
Инструмент отличается ограниченными возможностями и используется только для обработки наружных цилиндрических поверхностей, низким КПД, небольшой глубиной упрочненного слоя и невысокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности, сложностью, большой энергоемкостью и металлоемкостью конструкции, а также массогабаритными показателями.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа и устройства для обработки наружных винтовых и других наружных фасонных поверхностей за счет применения статико-импульсного поверхностного пластического деформирования, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом внутренних поверхностей отверстий путем использования инструмента и устройства нагружения специальной формы.
Поставленная задача решается предлагаемым устройством для статико-импульсной обработки винтов на станках, содержащим деформирующий элемент для обработки заготовки с натягом и оправку, причем оно снабжено гидроцилиндром, в котором расположен боек, волноводом, выполненным с возможностью приложения к нему статической нагрузки и посредством бойка периодической импульсной нагрузки, гидравлическим генератором импульсов для питания гидроцилиндра и размещенным между волноводом и заготовкой четырехкулачковым патроном для установки и эксцентричного смещения заготовки, установленным на оправке из условия обеспечения свободного вращения заготовки относительно продольной оси, при этом деформирующий элемент выполнен в виде кольца с профилем внутренней поверхности, соответствующим профилю впадины обрабатываемой заготовки, которое жестко закреплено на опорной плите станка, а волновод и боек выполнены в виде стержней одинакового диаметра.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема обработки винта деформирующим устройством в виде кольца со статико-импульсным нагружением и с возможностью свободного вращения эксцентрически смещенной заготовки в процессе обработки; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - совмещенные положения заготовки при ее продольном перемещении на полшага (t/2) и повороте на пол-оборота относительно продольной оси.
Предлагаемое устройство предназначено для статико-импульсного поверхностного пластического деформирования винтов 1 и других наружных фасонных поверхностей и является чистовой отделочной операцией.
Устройство состоит из деформирующего элемента 2 и воздействующей на заготовку 1 оправки 3, к которой прикладывают статическую Рст и динамическую импульсную Рим нагрузку.
Деформирующий элемент 2 представляет собой кольцо, жестко закрепленное в опорной плите 4 станка 5 и имеющее профиль внутренней поверхности отверстия, соответствующий профилю впадины обрабатываемой заготовки винта, и диаметральный размер отверстия меньше, чем диаметр поперечного сечения заготовки, полученный на предшествующей операции, на величину двойного натяга, равного 0,1...0,25 мм. Чем меньше высота деформирующего кольца 2, тем выше точность обработки и меньше расход мощности, но более быстрый износ рабочей поверхности. Оптимальное значение высоты деформирующего кольца определяется экспериментальным путем.
Оправка 3 жестко соединена с волноводом 6, к которому дополнительно прикладывают периодическую импульсную Рим нагрузку посредством бойка 7, расположенного в гидроцилиндре 8, питаемого гидравлическим генератором импульсов (ГГИ) (не показан) [3, 4]. Волновод 6 и боек 7 выполнены в виде стержней одинакового диаметра.
Между волноводом 6 и заготовкой 1 на оправке 3 установлен четырехкулачковый патрон 9. Патрон установлен на упорных подшипниках 10 с возможностью свободного вращения заготовки относительно продольной оси. Четырехкулачковый патрон 9 с независимым приводом кулачков использован для эксцентрического смещения заготовки на величину эксцентриситета «е» (фиг.2), контролируемую индикатором 11 с точностью 0,05 мм (по чисто обработанной поверхности).
Предлагаемое устройство служит для обработки поверхностным пластическим деформированием винтовых поверхностей винтов и других наружных фасонных поверхностей. Эту операцию выполняют перемещением с натягом заготовки через кольцевой деформирующий инструмент, напоминающий фильеру, при этом к заготовке прикладывают статическую и импульсную, периодическую нагрузки вдоль обрабатываемой поверхности винта.
Заготовку 1 устанавливают в патроне 9 с эксцентрическим смещением на величину «е» и заходной направляющей частью вводят в деформирующее кольцо 2, при этом вводят таким образом, чтобы положение эксцентриситета «е» на заготовке и деформирующем кольце было бы с одной стороны относительно общей продольной оси.
Обработку начинают с включения продольной подачи S пр, которая осуществляется благодаря постоянному действию на заготовку 1 волновода 6, на который, в свою очередь, действует основная статическая нагрузка Рст и дополнительная периодическая импульсная нагрузка Рим. Последнюю осуществляют с помощью бойка 7, воздействующего на торец волновода 6, выполненные в виде стержней одинакового диаметра. В качестве механизма импульсного нагружения инструмента применяют гидравлический генератор импульсов [3, 4].
Статическое нагружение Рст и продольная подача S пр волновода 6 и заготовки 1 осуществляется с помощью гидроцилиндра статического нагружения 12, поршень 13 которого жестко связан штоком 14 с корпусом 8 гидравлического генератора импульсов. Волновод 6 установлен в корпусе 8 с возможностью продольного осевого перемещения и содержит лыску с размещенным в ней и в выточке корпуса 8 штифтом 15, препятствующим провороту волновода относительно продольной оси.
Заготовка в процессе продольного перемещения относительно неподвижного деформирующего кольца 2 ввинчивается в него и вынуждена вращаться со скоростью «n», равной один оборот при продольном перемещении на один шаг «t» винтовой поверхности (фиг.3).
Исходный импульс, сформированный в бойке в момент удара по волноводу, отражаясь от свободного торца бойка с противоположным знаком, доходит до волновода, одна его часть вновь отражается в боек, а другая переходит в волновод и распространяется в направлении нагружаемой поверхности. Дойдя до нагружаемой поверхности, последняя часть импульса распределяется на проходящий и отраженный. Проходящие волны деформации при равенстве длин бойка и волновода не накладываются и не разрываются, а следуют друг за другом, кроме того, при равенстве площадей контакта поперечных сечений бойка и волновода энергия удара наиболее полно реализуется в контакте с нагружаемой средой.
Глубина упрочненного слоя предлагаемым устройством достигает 1,5...2,5 мм, что значительно (в 3...4 раза) больше, чем при традиционном статическом упрочнении.
Наибольшая степень упрочнения составляет 15...30%. В результате статико-импульсной обработки по сравнению с традиционным обкатыванием эффективная глубина слоя, упрочненного на 20% и более, возрастает в 1,8...2,7 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более, - в 1,7...2,2 раза.
Пример. Обрабатывали предлагаемым устройством заготовки винта левого Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, которые имели следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта - D1= 27-0,05 мм, D=30,3 мм, эксцентриситет e1=1,65 мм, e=3,3 мм, шаг t=28 ±0,01 мм, шероховатость Ra=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Обработку вели на модернизированном вертикально-протяжном станке мод. 7Б65 с использованием специального ГГИ. Модернизация касалась установки на станке, на тяговом штоке волновода бойка и корпуса гидроцилиндра, осуществляющих дополнительное периодическое импульсное нагружение заготовок. Смазочно-охлаждающая жидкость - сульфофрезол. Скорость прошивания Sпр=4 м/мин. Наибольшее значение энергии ударов, развиваемых ГГИ, А=280 Дж (сила удара 260 кН, скорость удара 7,2 м/с), при частоте ударов f=5...15 Гц. Натяг инструмента составлял h=0,1...0,25 мм на диаметр, ширина деформирующей ленточки - 5...10 мм. Статическое нагружение осуществлялось силой до Рст=40 кН.
Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных поверхностей винтов уменьшился до значения Ra=0,5...0,065 мкм при исходном - Ra=5...6,5 мкм, производительность повысилась более чем в три раза по сравнению с обкатыванием трехроликовым приспособлением, используемым на базовом предприятии в АО "Ливгидромаш". Энергоемкость процесса уменьшилась в 2,2 раза. 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.
Предлагаемое устройство расширяет технологические возможности обработки поверхностным пластическим деформированием за счет применения статико-импульсного нагружения инструмента, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом наружных поверхностей винтов путем использования инструмента-кольца и устройства нагружения специальной формы.
Источники информации
1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.397, рис.16, б.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.392, рис.14, б - прототип.
3. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации. // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.
4. Патент РФ №2090342. МПК6 В24В 39/04. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей ППД. 95122309/02. 21.12.95. 20.09.97. Бюл. №26.
Класс B24B39/04 для обработки наружных поверхностей вращения