Устройство для упрочнения поверхности цилиндрических деталей

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для упрочнения цилиндрических поверхностей. Цель изобретения - повышение качества обработки нежестких деталей за счет равномерной пластической деформации. Устройство содержит корпус с коаксиальным отверстием, в котором размещается цилиндрическая деталь. На торцовой части корпуса через 120° расположены три оси, на которых крепятся рычаги с возможностью поворота. На конце короткого плеча каждого из рычагов выполнен паз, где расположен деформирующий элемент. На конце длинного плеча каждого рычага крепятся сменные грузы на осях. Цилиндрические пружины соединяют длинное плечо каждого рычага с корпусом. Корпус закрепляется в патроне токарного станка, а деталь - в державке. При вращении корпуса возникают от собственного веса рычагов и сменных грузов центробежные силы, которые, преодолевая сопротивление пружин, поворачивают рычаги относительно осей и прижимают к детали деформирующий элемент. Длина плеч определяется по расчетной зависимости. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))4 В 24 В 3904

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4292963/31-27 (22) 01.06.87 (46) 30.08,89. Бюл. „¹ 32 (71) Иркутский политехнический институт (72) С. А. Зайдес, Т. Я. Дружинина, С. А. Кургузов и Н. Г. Прозорова (53) 621.923.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Х 421480, кл. В 24 В 39/04, 1971. (54) УГТРОЙГТВО ДЛЯ УГIРОЧНЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕГКИХ

ДЕТАЛ F.É (57) И зобретен ис о1 носится к обработке металлoв làI>ëñнием и может быть использовано для упрочнения цилиндрических поверхностей. Цель изобретения — иовыщснис каче«тва обработки нежестких деталей:3а счет равномерной илl!сTè÷«ñêîé деформации. Устройство содержит корпус с

Изобретение отн(>сится к обработке мс таллов давлением в машиностроении и может быть использовано, во всех отраслях народного хозяйства для хнрочнсния и новышения качества периферийных слоев цилиндрических деталей типа валов, осей, штанг. ! !ель изобретения — повышение качества обработки нежестких деталей за счет равномерной пластической деформации.

На фиг. 1 ир(. строЙ«тво, o()щий вид; Hd фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 -- расчетная схема устройства.

Устройство для упрочнсния поверхности цилиндрических деталей состоит из корпуса

1 с коаксиальным отверстием 2, в котором размещается цилиндрическая дсталь 3. На торцовой части корпуса 1 через 120" расположены три оси 4, на которых кренятся рычаги 5 с возможностьк> поворота. На конце короткого плеча каждого из рычагов 5 выполнсн паз 6, где расположен дсформируюÄÄSUÄÄ 1504075 А 1

2 коаксиальным отверстием, в котором размещается цилиндрическая деталь. На торцовой части корпуса через 120 расположены три оси. на которых крепятся рычаги с возможностью поворота. На конце короткого плеча каждого из рычагов выполнен паз, где расположен деформирующий элемент.

На конце длинного плеча каждого рычага крепятся сменные грузы íà осях. Цилиндрические пружины соединяют длинное плечо каждого рычага с корпусом. Корпус закрепляется в натроне токарного станка, d деталь в дсржавке. При вращении корпу d возникают от собственного веcа рычагов и смсннь х грузов центробежные cилы, которые, преодолевая сопротивление пружин, поворачивают рычаги отн(>сительно осей и прижимак>т h детали дсформирун>гиии элемент. Длина плеч определяется flo расчетной зави(имо.ти. 3 ил. щий э,.емснт 7, опирак>щийся на два !lid!>llhoподшипника 8 и удерживак>щийся от BI>llld дания с помощью сепаратора 9. На конце длинного плеча каждого рычага расноложсна:>сь 10, на которой крепятся сменные грузы 11. Г иомощьк) цилиндричссh!Ix пружин 12 длинное плечо каждого рычага 5 соединено с корпусом I. Защитный кожух

13 обеспечивает безопасную работу устроиства. Корпус 1 закрепляется в II;I).1>o>I(14 металлорежущего станка, а деталь 3 в дер15, которая X CT3)IOB,I(.II3 в сх III!oI>T( станка 16.

Рычаги, выполненные в виде >олукол«ц, обеспечивают выполнение функци(>н;) Ihllo!I задачи — создания давления, н«обходичого для пластической деформации поверхностных слоев цилиндрических деталей. Исш>льзование рычагов прямолинейной формы нс дает желаемого результата, Tdh как нагрузка на деформирук)щий элем«нт I!ри этом в

3--4 раза ниже. Если степень н,>астичсс1504075 где кой деформации меньше определенной величины. то это отрицательным образом сказывается на изменении уровня остаточных напряжений.

В зависимости от максимальной величины нагрузки на деформируюший элемент из расчета на прочность определяются радиус оси рычага К„, внутренний RI и наружный R радиусы.

Ось поворота рычага делит его на две неравные по длине части. Наличие неравномерных плечей обеспечивает направленный поворот рычагов при вращении корпуса.

Г1ри этом деформируюший элемент, p3clloложенный на конце короткого плеча каждого рычага, приж и мается к поверхности обрабатываемой детали и упрочняет ее. Наличие паза для размещения деформирующего элемента обеспечивает необходимук жесткость конструкции, от которой в прямой зависимости находится качество поверхности.

Ллина короткого плеча рычага определена из условия обеспечения деформирукэшим лементом в зоне контакта максимально возможного давления. необходимого для упрочнения поверхностных слоев металла.

Конструктивно это реализуется размешением оси поворота рычага на касательной, проведенной к окружности детали в точке контак а с деформирующим элементом (фиг. 3) .

На конце длинного плеча каждого рычага закрепляются на осях сменные грузы и цилиндрическая пружина, соединяюшая рычаг с корпусом. Наличие сменных I ðóзов необходимо для увеличения центробежных сил, которые поворачивают рычаги и прижимают деформирук)щий элемент к поверхности детали. Масса грузов позволяет, с учетом частоты врашения корпуса, обеспечить необходимое для пластической деформации давление. Цилиндрические пружины отводят рычаги от поверхности обрабатываемой детали, когда устройство находится в нерабочем состоянии ил и частота врашен ия корпуса мала. В противном случае при выключении электродвигателя деформируюшие элементы будут ударять по поверхности детали и ухудшать ее качество.

От размера длинного плеча рычага зависит величина центробежной силы. При этом сказываются два фактора — масса рычага и место расположения грузов. Для того, чтобы получить наибольший момент от центробежной силы, необходимо ее удалить на максимально возможное расстояние от оси поворота. Оптимальный размер длинного плеча рычага определяется по формуле

lg=R„ar I con (2Rg с- ) /2R,, У=90-arI.ф (q R„- -4К,, I R,,), 5

Конструкция предлагаемого устройства, содержащая три рычага, выполненных в форме полуколец, обеспечивает обработку деталей как бы в несколько проходов, так как деформирующие элементы, следуя друг за другом, обкатывают участок детали столько раз, сколько элементов находится в конструкции.

При наличии одного рычага создается давление деформируюгцего элемента на деталь в одном направлении. Это приводит к искривлению длинномерных деталей и неравномерности пластической деформации, т.е. процесс механической обработки будет неустойчивым. Кроме того, неуравновешенная масса рычага вызывает вибрацию всего устройства и резкое снижение качества обрабатываемойй поверхности.

Наличие двух деформируюших элементов значительно повышает качество поверхностного слоя, но изменяет форму круглого сечения детали. На и более сильное ис кажение формы возникает, если ось детали и оси вращения деформируюших элементов не лежат в одной плоскости. В этом случае деталь будет не тол ько деформ и роваться несимметрично, но и выталкиваться из зоны обработки, что приводит к неравномерной пластической деформации.

Устройство работает следующим образом, Обрабатываемая деталь 3 одним концом вставляется в отверстие 2 корпуса 1, а другим концом центрируется и закрепляется в державке 15, которая закреплена в суппорте 16 металлорежушего станка.

Г1ри вращении патрона 14 движение передается корпусу 1, на торцовой поверхности которого через 120 закреплены три криволинейных рычага 5 с возможностью поворота на осях 4. При врашении корпуса 1 от собственного веса рычагов 5 и сменных грузов ll, закрепленных на осях 10, возникают центробежные силы, которые, преодолевая сопротивление пружин, поворачивают рычаги 5 относительно осей 4. При этом короткая часть каждого рычага 5, поворачиваясь, прижимает к детали 3 деформирующий элемент 7, который опирается на lва шарикоподшипника 8, расположенных в пазу 6. Одновременно с врашением корпуса 1 включается суппорт 16, и деталь

3 получает продольное перемешение. 3а счет врашамельного движения деформирующего элемента 7 и поступательного движения суппорта 16 осушеcтвляется пластическая деформация по всей цилиндрической поверхности детали. Величину давления деформирующего элемента 7 на деталь 3, а следовательно, и глубину пластической деформации можно регулировать как за счет изменения частоты врашения корпуса 1, так и за счет изменения массы сменных грузов 11.

По окончании процесса обкатки отключается суппорт 16 и прекрашается вра15040 5

Фор.нула и.нд)р(т(ни.ч

Фиг.1 щение патрона 14 с корпусом l. При этом величина центробежных сил уменьшается, и рычаги 5, поворачиваясь в другук) сторону, отводят деформирующие элементы

7 от детали 3. При полной остановке корпуса 1 пружины 12 удерживают рычаги

5 от контакта их с деталью 3, которая освобождается от крепления в державке

15 и снимается со станка.

Использование центробежных сил для упругопластической деформации обеспечивает постоянн()е давление деформирующих элементов на поверхность изделия. Интенсивность нагрузки можно плавно регулировать изменением частоты вращения корпуса устройства и сменой массы грузов. Предлагаемая конструкция обеспечивает значительное повышение качества поверхности за счет снижения вибрации системы деталь-станок — устройство. Это достигается отсутствием вращательного движения детали, свойственного известным процессам поверхностной пластической деформации. По этой же причине возможна обработка прутков малой жесткости без применения дополнительных опор — люнетов.

Предлагаемая конструкция устройства для упрочнени я поверхности цилиндрических деталей изготовлена и испытана в лабораторных условиях. Экспериментально установлено, что обработка цилиндрических деталей типа валов на предлагаемом устройстве обеспечивает равномерную пластическую деформацию в поверхностных слоях цилиндра, повышает качество поверхности за счет снижения шероховатости и уплотнения металла, снижает остаточные напряжения растяжения на 50 — - 1000 o и формирует благоприятные, с точки зрения работоспособности изделий, ocT(IT() IIII, и;«пряж«пня сжатия. устройство для прочнения иоверхн()стн цилиндрических деталей, содер)каппе корпус, три деформирующих э l«sl(. II) в, установленных на концах рычагов с возмож10 ностыо поворота на оси, оТ.Ièчиющ((и.. « тем. что, с целью повышения кач(II««обработки нежестких деталей за счет равномерной пластическоЙ деформации, оно OII;Iбжено сменными грузами и иружинамн, ири этом корпус выполнен в виде цилиндра с коаксиальным отверстием для размеигеиия детали, рычаги выполнены в виде двуил(чих полуколец, оси качания которых «мешены в сторону деформирующих элементов и «акреплены на торцовой поверхно(1и корпуса, причем длина дуги KopoTKo(o fla«ча рычага

/ определяется выражением

l=R„arccos 2R,lR„, где R() радиус оси рычага;

Я„, — радиус коаксиального отверстия корпуса а сменные грузы размещены на конце длинного плеча рычагов, при этом длина l„, длинного плеча определяется из выражения

l„=R„. arccos(2R,, - — с- ),l2Р,,-, 30 где

c= R„— ЗЯ,,"+ (R,co s;+ q R„-- R., яи 1- ;

y=90-arctic(К вЂ” 4R, 1, R,, а пружины закре))лены в корпусе и иа длин35 ных плечах рычагов.!

Фа 2.з (.останитель (. Чукаева

Редактор И. Касарда 1ехред И. Берес Корректор М. (амборская

Заказ 5>196>20 Тира к 662 Подписное

ВНИИПИ Государственноп> лс>митета во изобретениям и открытиям при ГКНТ CC(.Р

113035, М<>сква, Ж вЂ” 35. Раушсная наб., д. 4>5

Г1роизводственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101