Устройство для отделочно-упрочняющей обработки трущихся поверхностей деталей машин

Решение относится к обработке металлов резанием. Предложено в устройстве, содержащем механизм нагружения, состоящий из пластинчатых пружин с установленными на них оправками, несущими деформирующие элементы - индентор и шар, расположенные под углом 180 друг относительно друга, механизм осцилляции, состоящий из привода, торцовых кулачков, установленных на валу привода, торцовые кулачки выполнить в виде плоских элементов с выступами на плоскости, образующими синусоидальную поверхность, обеспечивающую различную осцилляцию индентора и шара, контактирующими со свободными концами рычагов, другие концы которых прикреплены к пластинчатым пружинам в месте установки оправок, несущих индентор и шар. Устройство обеспечивает создание на поверхности трения комбинированных двухуровневых регулярных микрорельефов с высокими параметрами контактирования и маслоемкости, упрочнение всей несущей поверхности с исключением негативного влияния наплывов на работоспособность трущихся поверхностей деталей машин. 1 с., 1 з.п ф-лы

Полезная модель относится к холодной обработке металлов и сплавов методом поверхностного пластического деформирования (ППД) и может быть использована для отделочно-упрочняющей обработки трущихся цилиндрических поверхностей деталей машин вибронакатыванием и вибровыглаживанием.

Известны "Устройство для вибронакатывания" а.с. №1466917 А1 В24В 39/04 опуб. 23.03.1989 г. и "Способ образования поверхностей трения" а.с. 1493444 A1 B24В 39/00, опуб. 15.07.1989 г., в которых формирование регулярного микрорельефа происходит при воздействии на обрабатываемую цилиндрическую поверхность одновременно двух деформирующих элементов (ДЭ) - шариков различной кривизны (разных диаметров). При вибронакатывании поверхности рабочий ДЭ с меньшим радиусом формирует профиль и размеры синусоидальных канавок микрорельефа, а ДЭ с большим радиусом кривизны сминает, раскатывает наплывы, образующиеся по краям канавок до высоты исходной шероховатости (а.с. 1466917) или же полностью сглаживает наплывы и исходный микрорельеф между синусоидальными канавками (а.с. 1493444), упрочняя всю поверхность детали.

Однако оба эти устройства имеют следующие недостатки: сложность и громоздкость конструкции, наличие двух приводов для каждого ДЭ, обеспечивающих дополнительные возвратно-поступательные их движения (осцилляцию), трудоемкость в изготовлении и настройке этих устройств, большие возможности нарушения размеров (ширины) и формы синусоидальных канавок за счет перемещения при сглаживании металла наплывов, в результате не обеспечивается высокая маслоемкость поверхности. Эти недостатки существенно снижают эффективность использования данных устройств для вибронакатывания и создания на поверхностях высококачественных маслоемких рельефов, обеспечивающих необходимую маслоемкость поверхностей трения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является устройство для чистовой обработки поверхностным пластическим деформированием сложно-фасонных поверхностей (свид. РФ на полезную модель №24410 В24В 32/00, опуб. 10.08.2002 г.). Устройство содержит механизм нагружения, состоящий из пластинчатых пружин с установленными на них оправками, несущими деформирующие элементы - индентор и шар, расположенные под углом 180° друг относительно друга, механизм осцилляции, состоящий из привода и торцовых кулачков. Однако технические и технологические возможности этого устройства

ограничены из-за невозможности создания двухуровневого микрорельефа, возможно образование наплывов металла, что нарушает параметры трущихся поверхностей и снижает маслоемкость. Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Решаемая задача - совершенствование конструкции устройства для чистовой обработки, расширение его технических и технологических возможностей. Технический результат - формирование двухуровневого микрорельефа на цилиндрических длинномерных поверхностях деталей (валов), исключение наплывов металла, обеспечение высоких параметров контактирующих поверхностей, маслоемкости.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для отделочно-упрочняющей обработки трущихся поверхностей деталей машин, содержащем механизм нагружения, состоящий из пластинчатых пружин с установленными на них оправками, несущими деформирующие элементы - индентор и шар, расположенные под углом 180° друг относительно друга, механизм осцилляции, состоящий из привода, торцовых кулачков, установленных на валу привода,

торцовые кулачки выполнены в виде плоских элементов с разным числом выступов на плоскости, образующим синусоидальные поверхности, обеспечивающие различную осцилляцию индентора и шара, контактирующих со свободными концами рычагов, другие концы которых прикреплены к пластинчатым пружинам в месте установки оправок, несущих индентор и шар; число выступов синусоидальной поверхности плоских элементов выбрано в соотношении

n₂:n ₁2

где n₁ - число выступов на элементе, обеспечивающем осцилляцию шара;

n ₂ - число выступов на элементе, обеспечивающем осцилляцию индентора.

Выполнение торцовых кулачков с разными синусоидальными поверхностями, полученными при данном соотношении количества выступов на них, обеспечивает с помощью рычагов передачу различного числа (частот) колебаний на шар и индентор, что позволяет получить двухуровневый регулярный микрорельеф, исключить наплывы металла, повысить маслоемкость и упрочнить всю обрабатываемую поверхность детали.

Предлагаемое устройство приведено на чертежах: на фиг.1 - вид сбоку, на фиг.2 - вид сверху. Устройство содержит кронштейн 1 таврового сечения с хвостовиком 2 для крепления в резцедержателе токарно-винторезного станка. К вертикальной стенке кронштейна 1 крепится Г-образная плита 3 с размещенным на ней приводом 4 для обеспечения колебательного движения системы деформирования 5. К боковым плоскостям горизонтальных полок кронштейна 1 жестко крепятся четыре пластинчатые пружины 6 попарно: к верхней полке две и нижней полке - две. К другим концам

пластинчатых пружин 6 крепятся рычаги 7 и 8, в отверстия которых закрепляются с возможностью регулирования по высоте оправки 9 и 10 с деформирующими элементами - шаром 11 с радиусом кривизны R₁ и алмазным индентором 12 с радиусом кривизны R ₂, при этом R₁3·R₂. Деформирующие элементы 11 и 12 под действием усилий P₁ и Р ₂ от тарированных пружин 13 прижимаются к обрабатываемой заготовке 14. Свободные концы рычагов 7 и 8 через шариковые опоры (не показаны) контактируют с криволинейными синусоидальными поверхностями (выступами) торцовых кулачков 15 и 16, установленных на шлицевом валу 17, соединенном втулкой 18 с валом привода 4. Число выступов n₁ и n₂ на поверхности плоских элементов, образующих криволинейную синусоидальную поверхность каждого из кулачков 15 и 16 различно, при этом должно выполняться условие n₂:n₁2, где n₁=1...2 - число выступов на кулачке 15, контактирующем с рычагом 8, обеспечивающим возвратно-поступательные перемещения шара 11 вдоль оси заготовки; n₂ =2...4 - число выступов на кулачке 16, контактирующем с рычагом 7, обеспечивающим возвратно-поступательные перемещения индентора 12 вдоль продольной оси заготовки 14.

Устройство работает следующим образом. Предварительно установив заготовку 14 в центрах токарно-винторезного станка, и закрепив устройство в резцедержателе станка, настраивают оправки 9 и 10, с деформирующими элементами - шаром 11 и индентором 12 на размер обрабатываемой заготовки 14. Затем, нагрузив деформирующие элементы: шар 11 и индентор 12 рабочими усилиями соответственно P₁ и Р₂ с помощью тарированных пружин 13, включают одновременно вращение заготовки, продольную подачу S устройства и привод 4, обеспечивающий движения осцилляции, производят обработку (вибронакатывание и вибровыглаживание) поверхности заготовки. При этом деформирующий шар 11 совершает основное движение с подачей S и дополнительное возвратно-поступательное движение в том же направлении с частотой n_дв.х.1 , воздействуя на заготовку с усилием P₁ , образует на ее поверхности синусоидальные канавки (микроуглубления) 1-го уровня с амплитудой, равной величине e₁ - высоте выступа на торцовом кулачке 16. Индентор 12 совершает основное движение с подачей S, равной величине подачи шара 11 и дополнительное возвратно-поступательное движение в том же направлении с частотой n_дв.х.2, которая больше, чем частота возвратно-поступательного движения шара 11 в 2...4 раза (но количеству выступов на синусоиде торцового кулачка 15), воздействуя на заготовку с усилием Р₂, образует на ее несущей поверхности (между канавками 1-го уровня) микрорельеф 2-го уровня с микроуглублениями меньшего шага и меньшей высоты, амплитудой е₂e₁ (в зависимости от высоты выступов на кулачке 15), при этом происходит сглаживание микронаплывов по краям канавок 1-го уровня,

сохраняется форма и размеры канавок, а также обеспечивается упрочнение всей несущей поверхности заготовки.

Например, при обработке предлагаемым устройством на разных режимах: скорость вращения заготовки n=50...240 об/мин; продольная подача инструмента S=0,4...0,8 мм/об; усилие шара Р₁=180...500 Н; R_ш =1,5...2 мм; e₁=0,8...1 мм; R _инд.=0,5...0,8 мм; Р₂=80...250 Н; е₂=0,6...1 мм; n_дв.х.1 =1400...2800 мин^-1 (1; 2 выступа на кулачке); n_дв.х.2=2800...4200...5600 мин ^-1 (2, 3, 4 выступа на кулачке), валов из среднеуглеродистых сталей 45, 40Х, 38ХМНЮА и др., предварительно обработанных с исходной шероховатостью Rz=13,8...14,6 мкм получены следующие значения параметров комбинированного двухуровневого микрорельефа: высота неровностей первого уровня (глубина канавок) R'=8...10 мкм, шаг между канавками S'=0,4...0,8 мм; высота неровностей 2-го уровня R''=2...3,2 мкм, шаг между канавками 2-го S''=0,1...0,2 мм; опорная длина профиля t _p и опорная площадь контактирования Т_р на уровне р=20% составили соответственно 25...45% и 40%...70%.

Применение предлагаемого устройства обеспечит создание на поверхности трения комбинированных двухуровневых регулярных микрорельефов с высокими параметрами контактирования и маслоемкости, упрочнения всей несущей поверхности с исключением негативного влияния наплывов на работоспособность трущихся поверхностей деталей.

1. Устройство для отделочно-упрочняющей обработки трущихся поверхностей деталей машин, содержащее механизм нагружения, состоящий из пластинчатых пружин с установленными на них оправками, несущими деформирующие элементы - индентор и шар, расположенные под углом 180° относительно друг друга; механизм осцилляции, состоящий из привода, торцовых кулачков, установленных на валу привода, отличающееся тем, что торцовые кулачки выполнены в виде плоских элементов с выступами на плоскости, образующими синусоидальную поверхность, обеспечивающую различную осцилляцию индентора и шара, контактирующими со свободными концами рычагов, другие концы которых прикреплены к пластинчатым пружинам в месте установки оправок, несущих индентор и шар.

2. Устройство для отделочно-упрочняющей обработки трущихся поверхностей деталей машин по п.1, отличающееся тем, что число выступов синусоидальной поверхности плоских элементов кулачков выбрано и соотношении n₂:n ₁2, где n₁ - число выступов на элементе, обеспечивающем осцилляцию шара; n₂ - число выступов на элементе, обеспечивающем осцилляцию индентора.