Охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой

Полезная модель относится к технологии машиностроения, к изготовлению и оснастки инструмента для статико-импульсной отделочно-упрочняющей обработки резьбы пластическим деформированием, в частности к инструментам для упрочняющего накатывания наружной резьбы.

Технический результат достигается охватывающим инструментом для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой, содержащем волновод с корпусом, боек, выполненный с возможностью воздействия на волновод и охватывающее заготовку резьбонакатное кольцо с деформирующим элементом, выполненным в виде не менее четырех резьбонакатных роликов, с углом резьбонакатной поверхности, меньшим угла профиля впадины упрочняемой резьбы, установленных равномерно в прорезях резьбонакатного кольца в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки с возможностью свободного вращения.

Техническим результатом является повышение надежности инструмента, точности и производительности обработки, и снижение шероховатости деформируемой поверхности впадины резьбы.

Охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой

Полезная модель относится к технологии машиностроения, к изготовлению и оснастки инструмента для статико-импульсной отделочно-упрочняющей обработки резьбы пластическим деформированием, в частности к инструментам для упрочняющего накатывания наружной резьбы.

Известно устройство для статико-импульсного упрочнения винтов, содержащее корпус центральным отверстием для заготовки, деформирующими элементами, бойком и волноводом виде втулки, снабженные гайкой, пластинчатыми пружинами с установленными на них деформирующими элементами и кулачки, обеспечивающие радиальное перемещение деформирующего элемента от волновода по действием периодической импульсной нагрузки [Патент RU2383426, В24В 39/04, B21H 3/12, 2008 г].

Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, равномерности упрочненного слоя, низким КПД из-за большого количества составляющих элементов и невозможности формировать сложный профиль резьбовой винтовой поверхности низкой производительности обработки из-за большой инерционности устройства.

В способе статико-импульсного упрочнения винтов описано устройство для отделочно-упрочняющей обработки, содержащее корпус с центральным отверстием для расположения в нем заготовки, в котором расположены деформирующие элементы и волновод, выполненный в виде втулки, гайку и V-образные изогнутые пластинчатые пружины, с установленными на них деформирующие элементы, на средней части пружин закреплены кулачки, которые контактируют с волноводом, к которому с помощью бойка прикладывают периодическую импульсную нагрузку для радиального перемещения деформирующих элементов [Патент RU2383427, В24В 39/04, В21Н 3/12, 2008 г].

Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, равномерности упрочненного слоя, низким КПД из-за большого количества составляющих элементов и невозможности формировать сложный профиль резьбовой винтовой поверхности, низкой производительности обработки из-за большой инерционности устройства.

Известен охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой, содержащий охватывающее заготовку резьбонакатное кольцо с внутренней рабочей кольцевой резьбовой поверхностью, соответствующей профилю впадины резьбы готовой детали, установленное на предварительно нарезанной резьбе заготовки под углом, равным углу подъема накатываемой резьбы, с сообщением кольцу статической и динамической составляющих деформирующей силы [Патент RU142563, В21Н 3/02, 2014 г].

Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности, равномерности упрочненного слоя, низким КПД из-за ограниченности поверхности контакта и низкой производительности обработки из-за большой инерционности устройства.

Наиболее близким техническим решением является охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы, состоящий из волновода и воздействующего на него бойка, связанного с генератором механических импульсов. Волновод выполнен в виде корпуса с вращающимся кольцом, установленным под углом, равным углу подъема накатываемой резьбы. Кольцо выполнено с внутренней кольцевой резьбовой поверхностью, содержащей заборный конус и цилиндрическую калибрующую часть. Кольцу сообщается статистическая и динамическая составляющие деформирующей силы [Патент RU2280526, В21Н 3/02, 2005 г].

Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения точной установки угла наклона волновода с кольцом при каждой новой детали с отличающимися параметрами резьбы, неточность установки приводит к увеличению погрешности шага резьбы, угла профиля и волнистости поверхности и низкой производительности.

Техническим результатом является повышение надежности инструмента, точности и производительности обработки, и снижение шероховатости деформируемой поверхности впадины резьбы.

Технический результат достигается охватывающим инструментом для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой, содержащем волновод с корпусом, боек, выполненный с возможностью воздействия на волновод и связанный с генератором механических импульсов, и охватывающее заготовку резьбонакатное кольцо с деформирующим элементом, выполненное с возможностью сообщения ему деформирующей силы, имеющей статическую и динамическую составляющие, при этом деформирующий элемент выполнен в виде не менее четырех резьбонакатных роликов, с углом резьбонакатной поверхности, меньшим угла профиля впадины упрочняемой резьбы, установленных равномерно в прорезях резьбонакатного кольца в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки с возможностью свободного вращения.

Предлагаемый охватывающий инструмент предназначен для статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы на внешних резьбовых поверхностях деталей типа валов и штоков деформирующими элементами в виде не менее четырех роликов с углом резьбонакатной поверхности, меньшим угла профиля впадины упрочняемой резьбы. Ролики, в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки, распределены равномерно по резьбонакатному кольцу и установлены в прорезях с помощью цапф с возможностью свободного вращения.

Сущность конструкции инструмента поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой; на фиг. 2 представлен разрез А-А охватывающего инструмента для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой; на фиг. 3 представлена схема статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы на заготовке заявленным охватывающим инструментом для расчета высоты микронеровностей поверхности Rz после обработки; на фиг. 4 представлена схема статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы на заготовке заявленным охватывающим инструментом для расчета усилия и энергии деформации впадины резьбы.

Охватывающий инструмент для статико-импульсного отделочно-упрочняющего обкатывания впадины резьбы содержит волновод 1, с помощью которого через боек (не показан) инструменту сообщаются статическая Р_СТ и динамическая Р_ИМП составляющие деформирующей силы от генератора механических импульсов (не показан). Резьбонакатное кольцо 2 выполнено с прорезями 3 для установки не менее четырех роликов 4. Ролики 4 установлены с помощью цапф 5 с возможностью свободного вращения и имеют угол резьбонакатной поверхности меньший угла профиля впадины упрочняемой резьбы. Ролики 4 равномерно распределены в резьбонакатном кольце 2 по винтовой поверхности с углом подъема , в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки.

Охватывающий инструмент накручивается на предварительно нарезанную резьбу заготовки 6. Заготовка 6 устанавливается в самоцентрирующем трехкулачковом патроне 7 токарного станка.

Предлагаемый охватывающий инструмент работает следующим образом: резьбонакатное кольцо 2 с деформирующими элементами в виде резьбонакатных роликов 4, равномерно распределенных по винтовой поверхности, накручиваются на предварительно нарезанную резьбу с припуском на деформацию заготовки 5. Ему сообщается статическая Р_СТ и динамическая Р_ИМП составляющие деформирующей силы за счет прижатия к заготовке волноводом 1. Заготовка 6 вращается с угловой скоростью . Резьбонакатное кольцо 2 получает движение продольной подачи S, равное шагу резьбы и воздействует через свободно вращающиеся ролики 4 на заготовку 6 с поперечной силой Р_СТ+Р_ИМП , получаемой через волновод 1 импульсы от генератора механических импульсов (не показан).

Из разреза А-А (фиг. 2) можно рассчитать зависимость количества роликов инструмента от параметров режимов обработки по формуле:

где d_р - наружный диаметр ролика, который можно определить по формуле

d=3,65·P+d _ц=3,65·+2,21·=5,86·, где - шаг резьбы, мм;

d_ц=2,21· - диаметр цапфы;

d_з - диаметр впадины резьбы с радиусом закругления, который определяется по формуле d₃=d-l,2267·

d - наружный диаметр обкатываемой резьбы;

D_C - диаметр осей роликов в резьбонакатном кольце, который определяется по формуле D_C=d_з +d_р;

В_С - ширина резьбонакатного кольца сепараторного кольца которая определяется по формулеВ _С=0,5·d_р.

По приведенной формуле можно определить минимальное количество роликов для центрирования по нарезанной резьбе при наименьшем диаметре резьбы и оптимальном диаметре ролика, когда соотношение будет .

Из схемы (фиг. 3) можно рассчитать зависимость высоты микронеровностей поверхности Rz после обработки от параметров режимов обработки.

Где Rz - высота микронеровностей;

d_p - наружный диаметр ролика;

- угол поворота заготовки за один импульс, рад;

n_имп - число (частота) импульсов, мин^-1 ;

n_з - число оборотов заготовки мин ^-1.

По приведенным формулам, задаваясь частотой импульсов, числом оборотов заготовки, можно определить высоту микронеровностей после статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы заготовки и сравнить с допустимой.

Из схемы (фиг. 4) можно рассчитать зависимость усилия вдавливания и энергии удара, прикладываемого к инструменту, от глубины деформации.

где - усилие вдавливания ролика во впадину резьбы, Н;

G - энергия удара ролика, Дж;

НВ - твердость заготовки по Бринеллю Н/м²;

d - наружный диаметр резьбы, м;

d₁ - внутренний диаметр резьбы, м;

d_з - диаметр впадины резьбы с радиусом закругления, м;

R - радиус закругления впадины резьбы, м;

d_p - наружный диаметр ролика;

t - глубина вдавливания ролика во впадину резьбы (припуск на обработку);

- угол профиля метрической резьбы;

_р - угол профиля ролика;

По приведенным формулам, задаваясь глубиной деформации, твердостью заготовки, диаметром роликов и радиусом впадины резьбы можно определить требуемое усилие вдавливания роликов и энергию удара инструмента для статико-импульсного отделочно-упрочняющего накатывания впадины резьбы заготовки.

При промышленных испытаниях заготовку стали 40ХНМ2А твердость НВ 226-253, с предварительно нарезанной резьбой М90×4 с припуском на диаметр z=0,5 мм закрепили в трехкулачковом самоцентрирующем патроне токарного станка модели 1М63Н. В резцедержателе закреплен генератор механических импульсов (отбойный молоток частотой импульсов n_р=4200 мин^-1 и энергии удара G=3,l Дж) в бойке установлен волновод. Резьбонакатное кольцо с установленными внутри 4 роликами диаметром 24 мм сталь ХВГ с углом профиля 55°, равномерно расположенными по периметру резьбонакатного кольца, накручивается на заготовку с предварительно нарезанной резьбой с углом профиля 60°. Скорость вращения шпинделя станка, в котором закрепляется обрабатываемая заготовка резьбы n=10 мин^-1, подача S=4 мм/об.

Испытаниями установлено, что производительность процесса повышается в 2,02,2 раза по сравнению со статико-импульсным накатыванием резьбы охватывающим инструментом. Размеры резьбы соответствуют требованиям точности 6g. Параметр шероховатости поверхности резьбы Ra=0,25 мкм. Глубина упрочненного слоя t=0,25 мм. Увеличение микротвердости и прочности наклепанного слоя составило в среднем 25%.

Предлагаемый охватывающий инструмент для упрочнения наружной резьбы прост в реализации, не сложен в конструкции и надежен в эксплуатации, позволяет повысить точность изготовления резьбы, снизить высоту микронеровностей, повысить производительность обработки. Получаемый упрочненный слой обладает повышенной твердостью и сопротивлением усталостному разрушению.

Таким образом, охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой, с деформирующим элементом, выполненным в виде не менее четырех резьбонакатных роликов, с углом резьбонакатной поверхности, меньшим угла профиля впадины упрочняемой резьбы, установленных в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки с возможностью свободного вращения повышает точность и производительность обработки и снижает шероховатость деформируемой поверхности.

Охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы на заготовке с предварительно нарезанной резьбой, содержащий волновод с корпусом, боек, выполненный с возможностью воздействия на волновод и связанный с генератором механических импульсов, и охватывающее заготовку резьбонакатное кольцо с деформирующим элементом, выполненное с возможностью сообщения ему деформирующей силы, имеющей статическую и динамическую составляющие, отличающийся тем, что деформирующий элемент выполнен в виде не менее четырех резьбонакатных роликов, с углом резьбонакатной поверхности, меньшим угла профиля впадины упрочняемой резьбы, установленных равномерно в прорезях резьбонакатного кольца в соответствии с шагом предварительно нарезанной резьбы заготовки с возможностью свободного вращения.

РИСУНКИ