Комбинированный инструмент

Решение относится к металлообработке, в частности, к обработке металлов резанием вращающимися резцами с одновременным пластическим дефрормированием упрочняющими элементами.

Предложено в верхней части корпуса инструмента закрепить кронштейн с хвостовиком для подвода смазочно-охлаждающей жидкости через сопло в зону работы резца и для подачи раствора антифрикционной смеси через сопло в зону работы накатного шарика, указывается место взаимного расположения сопел. Технический результат - повышение стойкости инструментов и достижение высоких показателей качества поверхностного слоя. 1 с.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к металлообработке, в частности, к обработке металлов резанием вращающимися резцами с одновременным пластическим деформированием упрочняющими элементами.

Известны устройства для режуще-деформационной обработки валов с одновременной подачей в зону обработки СОЖ (Авторские свидетельства СССР 977139, Бюл. 44, 1982, кл. В24В 39/04; 1682147, Бюл. 337, 1991, кл. В24В 39/04). Данные устройства содержат резцовые блоки (суппорты), сепаратор с деформирующими роликами, камеру для приема и распределения с помощью канавок в сепараторе (втулке) СОЖ к инструментам. Недостатком таких устройств является то, что СОЖ в камеру приема, зоны резания и поверхностно-пластического деформирования (ППД) подводится не рационально открытым безнапорным способом (поливом). Это не может обеспечить эффективное охлаждение одновременно обрабатывающих двух и более инструментов и непрерывный отвод стружки из зоны обработки.

Известен комбинированный инструмент для режуще-деформационной обработки с вибронакатыванием рабочей поверхности вала (Авторское свидетельство СССР 1252146, В24В 39/04 опубл. 23.08.1986 г.), содержащий корпус с закрепленными на нем державкой с круглым самовращающимся резцом, накатной шарик на опоре, установленной в направляющей втулке, расположенной в отверстии державки резца, связанной с корпусом с возможностью регулировки в осевом направлении.

Указанный комбинированный инструмент (КИ) содержит чашечный (круглый) резец, закрепленный на цилиндрической полой с эксцентриситетом «е» державке, установленной относительно верхней части сборного конуса на двух радиально-упорных подшипниках. Внутри второй (нижней) части корпуса, расположенной с зазором в полой эксцентричной державке подвижно, смонтированы стакан и оправка с деформирующим элементом (шарик) с возможностью осциллирующего перемещения вдоль оси детали для образования регулярного микрорельефа (РМР). Этот КИ является наиболее близким к заявленному решению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и выбран в качестве прототипа.

Недостатками конструкции указанного инструмента являются ограниченная технологическая возможность его применения, а именно: инструментом не предусмотрено эффективное интенсивное охлаждение и удаление элементов резания из зоны обработки, что может привести к попаданию продуктов резания (стружки, износа резца) под деформирующий элемент и снизить стойкость инструментов, производительность и ухудшить качество обработки.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Ставится задача повышения качества обработки металла резанием и ППД.

Технический результат - повышение стойкости инструментов и достижение высоких показателей качества поверхностного слоя.

Этот технический результат достигается тем, что в комбинированном инструменте, содержащий корпус с закрепленными на нем державкой с круглым самовращающимся резцом, накатной шарик на опоре, установленной в направляющей втулке, расположенной в отверстии державки резца и связанной с корпусом с возможностью регулировки в осевом направлении, в верхней части корпуса закреплен кронштейн с хвостовиком для подвода смазочно-охлаждающей жидкости через сопло в зону работы резца и для подачи раствора антифрикционной смеси через сопло в зону работы накатного шарика, при этом первое сопло расположено под углом 10-15° к продольной оси хвостовика, а второе - под углом 65-70° по отношению к первому по окружности кронштейна.

Обеспечиваются термодеформационные условия (температура до 1000°С, удельные давления до 8000 МПа для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя (АУПС) с высокими показателями качества (РМР, остаточными напряжениями сжатия _сж микротвердостью Н_µ, структурно-фазовыми изменениями).

Технический результат достигается за счет интенсивной защиты обрабатывающих элементов и обрабатываемой поверхности направленными потоками, соответственно, СОЖ и раствора антифрикционной смеси (РАС) в условиях совмещения операций резания и ППД вибронакатыванием с образованием антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя с регулярным микрорельефом.

Обеспечивается эффективное интенсивное охлаждение и удаление элементов резания (стружки и износ резца) из зоны обработки подачей под давлением полуоткрытым способом струи СОЖ, которая подводится непосредственно к зоне контакта инструмента с изделием, и следующим за этим нанесением на обработанный резцом участок заготовки антифрикционного покрытия из РАС, подаваемого также под давлением полуоткрытым способом - непосредственно в зону деформирования вибрирующим шариком (алмазом). При этом происходит внедрение - (аномальная диффузия) элементов антифрикционного материала раствора в металл основы и обеспечивается его высокая сцепляемость за счет образования ювенильной поверхности на заготовке при обработке резанием и вибронакатыванием путем удаления с поверхности окисной пленки и следующего за этим вибродеформированием шариком поверхности основы и наносимого из раствора покрытия с образованием РМР.

Указанный в предлагаемом решении эффект обеспечивается конструктивно-технологическими особенностями КИ, в частности, расположением сопел для подачи СОЖ и РАС в зоны обработки относительно обрабатывающих элементов инструмента: первое сопло для подачи СОЖ должно располагаться под углом 10° к продольной оси хвостовика кронштейна для крепления инструмента, а второе под углом 65° по отношению к первому по окружности кронштейна, причем оба сопла должны быть максимально приближены на 2-5 мм (полуоткрытый способ подачи СОЖ и РАС) к обрабатывающим элемента КИ.

На фиг.1 представлена схема КИ на фиг.2 - вид по А фиг.1.

На корпусе 1 инструмента с помощью шлицевого соединения и трех резьбовых штифтов 2 установлен кронштейн 3 с хвостовиком 4, служащий соединительным звеном в системе раздельного подвода технологических жидкостей (СОЖ и РАС) к обрабатывающим элементам и звеном для крепления в суппорте станка.

В кронштейне 3 выполнены два сквозных отверстия 5 с резьбой со стороны обоих торцов, одно из которых расположено с противоположной стороны от хвостовика под углом 10-15° к его (хвостовика) продольной оси, другое под углом 65-70° относительно первого по окружности кронштейна. В отверстиях 5 сверху установлены изогнутые трубки 6 с дозирующими соплами 7 на концах, подведенными к обрабатывающим инструментам с зазором 2-5 мм, для создания полуоткрытого способа подачи СОЖ и РАС; снизу в отверстиях 5 установлены штуцеры с трубопроводами (не показаны) для подвода технологических жидкостей.

В корпусе 1 на подшипниковых опорах 8, разделенных втулками и закрепленных гайками 9 и 10, установлена державка 11, на консоли которой закреплен круглый (чашечный) самовращающийся резец 12. Державка 11 имеет отверстие 13, в котором выполнен копир в виде эксцентричной окружности (с эксцентриситетом «е»), обеспечивающей колебательные движения накатному элементу (шарику). В отверстии 13 с зазором установлена грибовидная направляющая втулка 14, закрепленная в корпусе 1 инструмента. Внутри втулки 14 установлен стакан 15 на скользящей шпонке, в котором установлена опора 16 с шариком 17 и коническим роликом 18, постоянно прижимаемым к внутренней эксцентричной поверхности копира державки 11 пружиной 19. Опора 16 имеет возможность поперечного осциллирующего перемещения в стакане 15. Усилие поджатия шарика 17 к заготовке 20 регулируется посредством тарированной пружины 21 и винта 22, установленных во втулке 14.

Обработку предлагаемым устройством осуществляют следующим образом. Заготовку 20 закрепляют в центрах или патроне токарного станка и сообщают ей вращение. На торцовой поверхности заготовки резцом 12 комбинированного инструмента (или предварительно другим резцом на другом станке) выполняют фаску h=t₀+i_деф (где t₀ - глубина резания, установленный припуск на обработку; i_деф - статический натяг деформирования - разница между радиальными вылетами резца 12 и шарика 17). Затем, установив резец 12 на глубину резания t₀, включая осевую подачу его вдоль заготовки и одновременно подачу СОЖ на обрабатываемую поверхность. Затем в контакт с поверхностью, оставшейся на заготовке фаски высотой i_деф, входит деформирующий шарик 17, при выходе которого на цилиндрическую поверхность заготовки усилие деформирования возрастает до заданного номинального значения, одновременно включается подача РАС и производится процесс вибронакатывания обработанной впереди идущим чашечным резцом поверхности с нанесенными под давлением струи РАС антифрикционными элементами из раствора.

В качестве примера конкретно-выполненных экспериментов можно привести обработку вала на станке мод. 1А616. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 30ХГСА (HRC 36,5), диаметр обработки 80 мм, длина обработки 600-700 мм, чашечный резец диаметром 60 мм, материал режущего элемента Т15К6, материал деформирующего элемента ШХ15 (HRC 60), диаметр шарика 5 мм, исходная точность заготовки 10-11 квалитет.

Режимы обработки: скорость вращения заготовки =150-180 м/мин; осевая подача инструмента S=0,08-0,1 мм/об; усилие деформирования Р=400-500Н; амплитуда колебания шарика А=1-1,5 мм; глубина резания t₀=1,5-2 мм; фаска на торце заготовки выполненная предварительно высотой h=4 мм; статический натяг деформирования i_деф=2 мм; СОЖ - эмульсия, давление 25·10⁵Па.

Раствор антифрикционной смеси - состав мас.%: медь хлорная 10, олово двухлористое - 3-4, стеариновая кислота - 0,5, уксусная кислота - 8-10, мочевина (карбомид) - 2, дисульфид молибдена - 4, вода - 10, глицерин (динамитный) - остальное. РАС также подавали под давление 25·10 ⁵Па.

Получены более высокие показатели качества поверхностного слоя и квалитет точности обработки, стойкости резца и шара, износостойкости по сравнению с обработкой данным КИ в обычных традиционных технологических условиях, когда СОЖ в зону обработки резцом подавали способом полива (без давления), а в зону обработки шариком РАС не подавали. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Таблица 1
Показатели качества обработки	Обработка КИ СОЖ поливом (без давления)	Обработка КИ с подачей СОЖ и РАС под давлением 25·105Па
Шероховатость поверхности, Ra мкм	0,63-0,45	0,30-0,16
Радиус скругления микронеровностей, r, мм	0,8-1,2	1,7-2,0
Величина остаточных напряжений сжатия, сж, МПа	400-550	550-650
Глубина упрочнения, мм	0,14	0,2
Квалитет точности	8-9	7-8
Стойкость резца, мин	36	65
Износ обработанной поверхности, мГ (Р=6 МПа, t=10час, =800 мин-1)	116,7	38,4

Комбинированный инструмент, содержащий корпус с закрепленными на нем державкой с круглым самовращающимся резцом, накатной шарик на опоре, установленной в направляющей втулке, расположенной в отверстии державки резца и связанной с корпусом с возможностью регулировки в осевом направлении, отличающийся тем, что в верхней части корпуса закреплен кронштейн с хвостовиком для подвода смазочно-охлаждающей жидкости через сопло в зону работы резца и для подачи раствора антифрикционной смеси через сопло в зону работы накатного шарика, при этом первое сопло расположено под углом 10-15° к продольной оси хвостовика, а второе - под углом 65-70° по отношению к первому по окружности кронштейну.