Устройство для фрикционно-электрического модифицирования поверхностей деталей
Полезная модель относится к устройствам для производства упрочняюще-чистовой обработки трущихся деталей машин и механизмов и может быть использовано при изготовлении деталей узлов трения машин. Технический результат, создаваемый предлагаемым устройством, состоит в стабилизации процесса упрочнения поверхности детали посредством постоянного контроля за износом поверхности обрабатывающего инструмента и температурой зон поверхности обрабатываемой детали примыкающей к точке контакта детали и обрабатывающего инструмента.
Устройство относится к области машиностроения, в частности, к устройствам используемым для упрочняюще-чистовой обработки трущихся деталей машин и механизмов и может быть использовано при изготовлении деталей узлов трения машин.
Известен способ чистовой обработки поверхностей деталей из конструкционных сталей, фрикционно-электрическим модифицированием (Машков Ю.К., Эдигаров В.Р, Байбарацкая М.Ю., Овчар З.Н. Комбинированное фрикционно-электрическое модифицирование стальных поверхностей трения // Трение и износ. - 2006. - том 27, 
1. - С.89-92), заключающийся в поверхностном пластическом деформировании деталей в условиях трения скольжения под нагрузкой при одновременном пропускании постоянного электрического тока через зону контакта детали и инструмента, кроме того в зону фрикционно-электрического контакта подается композиционный поверхностно-активный модификатор, представляющий собой смесь порошков твердосмазочного материала с поверхностно-активной жидкостью, например, с глицерином. Наличие композиционного поверхностно-активного модификатора в зоне обработки способствует поверхностному легированию обрабатываемой детали твердосмазочным материалом, структурной модификации поверхностного слоя с образованием большего количества, карбидных фаз, что значительно повышает твердость поверхностного слоя детали, способствует образованию благоприятного микрорельефа обрабатываемой поверхности и снижению износа обрабатывающего инструмента.
Предложенное в вышеуказанной работе устройство для комбинированного фрикционно-электрического модифицирования имеет ряд недостатков, снижающие возможный уровень повышения механических и триботехнических свойств поверхностей обрабатываемых деталей. Основными недостатками являются нестабильность процесса упрочнения, выражающаяся в износе рабочего инструмента в процессе обработки, что в свою очередь влияет на качество обрабатываемой поверхности, снижает твердость, износостойкость и другие параметры поверхностей обрабатываемых деталей. Кроме того в процессе обработки не учитывается влияние нагрева поверхности детали в зонах примыкающим к точке касания инструмента и обрабатываемой поверхности, это важно для тонкостенных и(или) длинных деталей. Эти недостатки не позволяют достичь требуемых результатов по увеличению износостойкости и долговечности узлов трения машин.
Задачей полезной модели является улучшение качества обрабатываемых поверхностей за счет постоянной корректировки значений технологических факторов в процессе обработки с целью стабилизации результатов процесса обработки поверхности деталей.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для фрикционно-электрического модифицирования поверхностей деталей смонтировано на базе токарного станка и включает источник постоянного тока, оправку, обрабатывающий инструмент, пружинную державку, токопроводящие щетки с пружинами, устройство подачи модификатора, блок управления (БУ), датчик температуры зоны поверхности около точки соприкосновения инструмента с обрабатываемой деталью (ДТ), датчик изменения усилия прижима инструмента к обрабатываемой поверхности (ДР), электрический двигатель компенсации износа поверхности рабочего инструмента (ДвК).
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг.1). Обрабатываемая деталь 8 устанавливается на оправку 9 и закрепляется на ней шайбой 11 и гайкой 10. Оправка устанавливается в патрон 12 станка 1 (например, токарно-винторезного). Обрабатывающий инструмент 3 устанавливается на пружинной державке 4, которая закрепляется в резцедержателе станка 13, с таким расчетом, чтобы центр радиуса инструмента 3 находился на линии центров токарно-винторезного станка 1. Внутри корпуса пружинной державки устанавливается датчик изменения усилия прижима инструмента к обрабатываемой поверхности (ДР), который регистрирует изменение степени сжатия пружины пружинной державки в процессе обработки, т.е. износ рабочего инструмента. Кроме того в корпусе пружинной державки устанавливается электрический двигатель компенсации износа рабочего инструмента, который посредством винтовой пары производит поджатие пружины пружинной державки. Источник постоянного тока 2 подключается одним полюсом к токопроводящим щеткам 5 с пружинами 6, изолированным от станка 1 текстолитовой пластиной 7, а вторым полюсом подключается к пружинящей державке 4, корпус которой изолируется от массы станка 1 тремя текстолитовыми пластинами 14, устройство подачи композиционного поверхностно-активного модификатора 15 закрепляется на станине станка, тубус устройства заполняется дисперсным порошком твердой смазки в смеси с поверхностно-активным веществом (ПАВ), через сопло устройства композиционный поверхностно-активный модификатор поступает на поверхность обрабатываемой детали. К корпусу пружинной державки, кроме того, крепится датчик (ДТ) регистрирующий температуру зоны около точки касания инструмента и обрабатываемой поверхности детали, с целью корректировки силы тока, как основного технологического фактора влияющего на температуру в зоне фрикционно-электрического контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью. В качестве датчика температуры (ДТ) может использоваться, например, фотоэлектрический пирометр с лазерным визированием, который определяет температуру бесконтактным методом. Блок управления получает данные с датчика изменения усилия прижима инструмента к обрабатываемой поверхности (ДР) и датчика (ДТ) регистрирующего температуру зоны возле точки касания инструмента и обрабатываемой поверхности детали и выдает управляющий сигнал на исполнительные устройства - электрический двигатель компенсации износа рабочего инструмента, который посредством винтовой пары производит поджатие пружины пружинной державки и источник постоянного тока, который изменяет величину силы тока в процессе обработки.
Работает устройство для фрикционно-электрического модифицирования поверхностей деталей следующим образом:
Включают станок 1, устанавливают необходимую скорость вращения патрона 12 и вращением рукоятки поперечного суппорта подводят инструмент 3 к модифицируемой поверхности детали 8. Нагружают инструмент 3 согласно заданному режиму, что регистрируется датчиком ДР, сигнал с которого поступает в блок управления БУ и устанавливается как нулевая точка положения рабочего инструмента. Сигнал с датчика ДТ также поступает в блок управления БУ, с установкой начальной («нулевой») температуры зоны около обрабатываемой точки. Далее регулируют подачу композиционного поверхностно-активного модификатора из тубуса устройства 15 через сопло, установкой требуемого проходного сечения сопла. Одновременно включают источник постоянного тока 2, продольную подачу станка 1 и обрабатывают поверхность детали. В процессе обработки по мере движения обрабатывающего инструмента по поверхности детали происходит износ его рабочей поверхности и соответственно степень прижима инструмента к обрабатываемой поверхности снижается, что регистрирует датчик ДР. Он выдает сигнал на блок управления БУ, который в свою очередь формирует управляющий сигнал на электрический двигатель компенсации износа рабочего инструмента ДвК, а тот посредством винтовой пары производит поджатие пружины пружинной державки, чем компенсируется износ рабочего инструмента. В процессе обработки, также, производится нагрев зоны возле точки касания инструмента с обрабатываемой поверхностью детали за счет перераспределения тепла в поверхностном слое детали от прохождения электрического тока и трения. В результате этого температура поверхности детали - через определенное время обработки будет отличаться от значений в начальный момент обработки на некоторую величину. Эту величину регистрирует датчик ДТ и выдает сигнал на блок управления БУ, который выдает сигнал на источник постоянного тока с целью изменения величины силы тока, для компенсации изменения температуры в зоне фрикционно-электрического контакта и стабилизации процесса обработки.
Комплексное улучшение механических и триботехнических свойств поверхностей обрабатываемых деталей, а также стабилизация процесса обработки при использовании предлагаемого устройства для фрикционно-электрического модифицирования поверхностей деталей узлов трения позволяет повысить качество обрабатываемой поверхности, надежность и ресурс детали в целом.
Устройство для фрикционно-электрического модифицирования поверхностей деталей узлов трения, включающее токарно-винторезный станок, источник постоянного тока, оправку, обрабатывающий инструмент, пружинную державку, токопроводящие щетки с пружинами, устройство подачи модификатора, позволяющие производить обработку поверхностным пластическим деформированием в условиях трения скольжения под нагрузкой при одновременном пропускании постоянного электрического тока через зону контакта детали и инструмента, с подачей в зону фрикционно-электрического контакта композиционного поверхностно-активного модификатора, отличающееся тем, что оно снабжено блоком управления, электрическим двигателем компенсации износа поверхности обрабатывающего инструмента и датчиком контроля изменения усилия прижима обрабатывающего инструмента к обрабатываемой поверхности, установленные в корпусе пружинной державки, и датчиком контроля температуры зоны поверхности детали около точки соприкосновения инструмента с обрабатываемой деталью, установленным на корпусе пружинной державки.
