Торцевой инструмент ударного воздействия для динамического упрочнения цилиндрических поверхностей

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических деталей поверхностным пластическим деформированием и формирования требуемого микрорельефа на их поверхностях. Инструмент состоит из корпуса дисковой формы и установленных в его пазах силовых блоков в виде гильз, деформирующие элементы в которых статически нагружены пружинами сжатия, причем пазы выполнены в виде сквозных отверстий, а силовые блоки базируются по торцевой поверхности корпуса. В результате использования инструмента расширяются технологические возможности инструмента за счет повышенной производительности обработки, а также разнообразия формируемого микрорельефа.

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических деталей поверхностным пластическим деформированием и формирования требуемого микрорельефа на их поверхностях.

Известна конструкция инструмента в составе устройства для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием [Патент РФ 100011. Устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием // Кукетков С.А., Козлов A.M. Заявка 2010131750/02, 28.07.10. Бюл. 34, 10.12.2010], который является прототипом.

Инструмент состоит из цельного корпуса имеющего Т-образные пазы с установленными в них сменными силовыми блоками в виде гильз, в которых размещены деформирующие элементы (ДЭ), причем для каждого деформирующего элемента используется отдельная гильза, а деформирующие элементы в гильзах статически нагружены пружинами сжатия. Происходит формирование регулярного микрорельефа на поверхности заготовки и упрочнение ее поверхностного слоя.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей инструмента за счет увеличения производительности обработки, а также расширения возможностей по формированию микрогеометрии поверхности.

Поставленная задача решается с помощью торцевого инструмента ударного воздействия для динамического упрочнения цилиндрических деталей поверхностным пластическим деформированием, состоящего из корпуса дисковой формы и установленных в его пазах силовых блоков в виде гильз, деформирующие элементы в которых статически нагружены пружинами сжатия, причем пазы выполнены в виде сквозных отверстий, а силовые блоки базируются по торцевой поверхности корпуса.

Техническим результатом применения инструмента является повышение износостойкости, контактной жесткости, усталостной прочности цилиндрических деталей ответственных.

Сущность изобретения поясняется соответствующими чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид инструмента с круговым расположением силовых элементов.

На фиг.2 изображена схема формирования пластических отпечатков на поверхности заготовки деформирующими элементами ротационного инструмента.

На фиг.3 изображена схема установки для динамического упрочнения цилиндрических деталей поверхностным пластическим деформированием предлагаемым инструментом.

Инструмент состоит из корпуса 1, в торцевых отверстиях 2 которого расположены силовые блоки в виде гильз 3. В каждой гильзе расположен деформирующий элемент (ДЭ) 4, статически поджатый через отражатель 5 пружиной 6. Сила упругости пружины регулируется винтом 7 (фиг.2). Гильза фиксируется посредством шайбы 8 и гайки 9.

Инструмент работает следующим образом.

Он устанавливается по базирующему отверстию 10 на вал приводного устройства (двигателя), установленного на месте суппорта токарного станка. Для передачи крутящего момента на корпусе 1 выполнен шпоночный паз 11. В каждой гильзе настраивается необходимое статическое усилие. Инструмент подводят к заготовке на величину натяга i, далее сообщается вращение n_д и n_и, а также подача S_и вдоль обрабатываемой поверхности (см. фиг.4). Производится обработка цилиндрической поверхности.

Деформирующие элементы движутся в плоскости, перпендикулярной оси вращения инструмента и параллельной направляющей обрабатываемой поверхности, при этом траектория вращения деформирующих элементов пересекает траекторию детали на величину натяга i (см. фиг.3). В результате ДЭ периодически взаимодействуют с заготовкой, оказывая ударное импульсное воздействие, и формируют на ее поверхности пластические отпечатки (см. фиг.3).

Формирование пластических отпечатков идет по встречной (точка 1 на фиг.3) и попутной схемам (точка 2 на фиг.3) деформирования. При встречной схеме деформирования происходит более интенсивный наклеп материала детали, нежели при попутной, вследствие встречного направления скоростей инструмента V_и и детали V _д и соответственно большей величины результирующего вектора скорости обработки V_R. «Встречные» отпечатки имеют более вытянутую в направлении результирующего вектора скорости обработки V_R эллипсоидную форму. «Попутные» отпечатки имеют соответственно более округлую форму. Оба вида пластических отпечатков имеют перпендикулярную к оси вращения детали ориентацию, согласно направлению результирующего вектора скорости обработки V_R.

При обработке цилиндрической поверхности заданной протяженности происходит двукратное ее упрочнение за один проход, что ведет как минимум к двухратному повышению производительности в сравнении с прототипом. Сначала производится серия дискретных ударных воздействий по схеме встречного деформирования, а затем серия ударов по схеме попутного деформирования. Таким образом, упрочнение поверхности при использовании предлагаемого инструмента за один проход является более интенсивным, нежели у прототипа.

Накладываясь друг на друга пластические отпечатки формируют на поверхности характерный развитый микрорельеф в сочетании с интенсивно упрочненной поверхностью. Микрорельеф упрочненной поверхности и ее эксплуатационные характеристики зависят от настройки инструмента в сочетании с технологическими параметрами обработки (V_и, V _д, S_и, количества ДЭ).

Технологические возможности инструмента обусловливают повышенную производительность по сравнению с прототипом, также, за счет более экономичного торцевого расположения и базирования силовых блоков с ДЭ.

Пример. Предлагаемый инструмент с наружным диаметром корпуса 200 мм может содержать до 16-ти силовых блоков по заданному радиусу R_э окружности центров ДЭ, в отличие от 8-ми ДЭ в прототипе.

Таким образом, производительность динамического ударного упрочнения при прочих равных условиях повышается в четыре раза по сравнению с прототипом.

Расширенные возможности предлагаемого инструмента по формированию требуемого микрорельефа с большой маслоемкостью и степенью упрочнения при достаточно высокой производительности позволяют обрабатывать широкую номенклатуру цилиндрических деталей, в том числе большой протяженности, такие как прокатные валки металлургического оборудования.

Торцевой инструмент ударного воздействия для динамического упрочнения цилиндрических деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащий корпус дисковой формы и установленные в его пазах силовые блоки в виде гильз, деформирующие элементы в которых статически нагружены пружинами сжатия, отличающийся тем, что пазы выполнены в виде сквозных отверстий, а силовые блоки базируются по торцевой поверхности корпуса.