Способ дагиса комбинированной обработки металлических поверхностей

 

Использование: комбинированные способы обработки поверхностей, включающие механическую обработку резанием и последующую поверхностную пластическую деформацию (ППД), Сущность изобретения: регламентированные однонаправленные движения обрабатываемых поверхностей относительно инструментов на операциях механической обработки резанием и при последующей обработке ППД с учетом относительного движения поверхностей в условиях эксплуатации. Инструменту в процессе ППД дополнительно сообщают перемещение в радиальном направлении. 5 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5t)5 В 24 В 39/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4868722/27 (22) 24.08.90 (46) 15,12;92. Бюл. ¹ 46 (76) 3, С.Дагис. Изобретение относится к комбинированным способам обработки металлических поверхностей, включающим:механическую обработку резанием и отделочно-упрочняющую обработку .поверхностным пластическим деформированием (ППД). например шариками, роликами, выглаживателями и другими инструментами, В частности, способ предусматривает применение регламентированй6го движения поверхности и инструмента при мехайической обработке, предшествующей ППД и при отделочно-упрочняющей обработке поверхностей ППД, работающих в условиях одностороннего скольжения при эксплуатации, например, в подшипниках скольжения валов автотракторных двигателей и других ° устройств.

Способ предназначен для применения как в машиностроении. так и при ремонте т машин, (56) Ильяшенко А,А. Влияние направления . выглаживания и раскатывания на шероховатость и износостойкость обработанных поверхностей. Вестник машиностроения., 1975, N. 3, с.74-75. (54) СПОСОБ ДАГИСА КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Известен способ комбинированной обработки металлических поверхностей, включающий их механическую обработку

ÄÄ5LJÄÄ 1782206 АЗ

2 (57) Использование: комбйнировэнные способы обработки поверхностей, включающие механическую обработку резанием и последующую поверхностную пластическую деформацию (ППД), Сущность иэобретения регламентировайные одйонаправленные движения обрабатываемых поверхностей относительно инструментов на операциях механической обработки резанием и при последующей обработке ППД с учетом относительного движения поверхностей в условиях эксплуатации, Инструменту в процессе

ППД дополнительно сообщают "перемещение в радиальном направлении. 5 ил., 1 табл. реэанйем и йоверхйостное пластическое деформирование.

Ilo известному способу после механической обработки поверхностей резанием производят ППД при помощи упрочняющего инструмента или устройства, снабженного вращающимися шариками или роликами, а также различными выглаживателями, например, снабженными алмазными или твердосплавными рабочими элементами.

- .. По известному способу после мехобработки резанием в обрабатываемую поверхность вдавливают под определенной нагрузкой, например. гладкий закаленный шарик или ролик, сообщают детали движение вращения относительно инструмента, а упрочняющему инструменту двйжение подачи вдоль детали без какой-либо регламенации выбора направления движения детали относительно инструмента, Упрочняющий элемент инструмента под действием сил трения приводится во вращение g вокруг оси, преимущественно параллельной оси вращения упрочняемой детали.

1782206

Под действием нормальных и касательных напряжений, передаваемых упрочняющим элементом, в точке контакта обрабатываемой поверхности, происходит направленное пластическое течение метал- 5 ла. Микронеровности и зерна в поверхностйом слое изгибаются, растягиваются и сминаются, преимущественно, в диамет ральной плоскости. Уменьйается шероховатость поверхности. увеличивается ее 10 твердость и усталостная прочность детали

ППД сопровождается дроблением кристал лов на блоки и даже происходят структурные превращения.

Недостаток способа состоит в том, что

15 выбор направленйя относительйого движе-ния инструмента и деталей как при ППД, так и на операциях механической обработки, предшествующих ППД. не регламентирован. Направления относительного движе- 20 ния деталей и инструмента ho способу-аналогу не выбирают с "учетом направления деформирования обрабатываемых поверхностей в условиях эксплуатации, Направление движения деталей и инстру25 мента задают произвольно и не используют потенциальные возможности ППД. Известен способ комбинированной обработки поверхностей, включающий механическую обработку резанием и ППД, 30 который по своей сущности наиболее близок к предложенному и является его прототипом.

Установлено, что" в процессе выглаживания и раокатывания шаром после выпол- 35 нения операции тонкого растачивания одной и той же борштангой при "йзменении направления вращения борштанги с выглаживающим или-раскатывающим ййструменповерхности и затрачиваемое усилие меняются.

При направлении вращения борштанги с выглаживающим или раскатывающим инструментом, совпадающим с направлением вращения борштанги при расточке, шероховатость обработанной поверхности и уси45 лие деформирования больше чем при вращении борштанг в противоположном направлении.

При вращении борштанги в процессе раскатывания или выглаживания в противоположном направлении вращению при растачивании, пластическая деформация

55 металла в поверхностном слое происходит в противоположных направлениях. Это способствует уменьшению шероховатости и повышению эксплуатационных качеств поверхностей изделий, например повышению изкосостойкости. том шероховатость обработанной 40

Согласно способу-прототипу предложено при ППД и мехобработке выбирать направления относительного движения деталей и инструментов, создающие противоположные направления деформации поверхностей.

B известном способе не учитывается, что эксплуатационные свойства, в частности износостойкость и надежность поверхностей после поверхностного пластического деформирования имеет более сложный характер и будет зависеть от выбора направления деформации микронеровностей и поверхностного слоя металла в процессе обработки ППД и направления деформацйи микронеровйостей и поверхйостного слоя при работе поверхности в сопряжении деталей. Экспериментальные исследования показали, что при условии совпадения направления деформации микронеровностей и поверхностных слоев в процессе обработки ППД с направлением деформации их при работе поверхностй в сопряжении, износ сопряженных поверхностей при граничном трении значительно уменьшается.

Результаты экспериментальных. исследований приведены в таблице, Из таблицы видно, что недостатком способа-прототипа комбинированной обработки поверхностей является то, что направление движения поверхности при механической обработке резанием и при

ППД выбирают без учета направления относительного движенйя деталей в сопряжениях работающей машины, Это "приводит примерно к двухкратной потере износостойкости, а соответственно и надежности поверхностей в парах трения скольжения.

Выбором направления относительного движения поверхности и инструмента при механической обработке резанием и при

ППД можно-создавать как попутное, так и встречное деформирование поверхностей по сравнению с их деформированием в условиях эксплуатации.

Основные недостатки способа-прототипа заклюЧаются в следующем, Выбор (определение) направления движения обрабатываемой поверхности и инструмента при ППД и на предшествующей механической обработке производят без учета направления поверхностного пластического деформирования повЕрхностей деталей в условиях эксплуатации.

Не определена последовательность выбора направлений относительного-движения поверхностей и инструментов на операциях ППД и при мехобработке с учетом направления пластического деформитали перед чйстовой ее обработкой резаниЭто достигается тем, что при механической обработке резанйем обрабатываемой ем. поверхности сообщают однонаправленное 15 ."- Проводят механическую обработку rioвращение относительно инструмента в на- верхности резанием, При этом перемещают правленйи, противоположном ее вращению . обрабатываемую поверхность относитель- ..при эксплуатации„при поверхностной пла-: но инструмента s направлении, противопостической деформации обрабатываемую ложном ее перемещению в пОдШипниках в поверхность вращают в направлении совпа 20 эксплуатации

Проводят отделочно-упрочняющую оаработку ППД, При, этом перемещают обрадающим с направлением ее вращения при эксплуатации; а инструменту дополнительно сообщают перемещение в радиальном - батываемую поверхность относительно направлении.: . ::.::..: —:::::: инструмента при ППД в направлении, совНа фиг. 1 изображены схема движения падающим с ее перемещением в условиях шейки вала, вращающегося в подшипнике, эксплуатации. Дополнительно сообщают и направление поверхностей пластической инструменту перемещейие в радиальном и деформации шейки, вызываемое силами продольном направлениях, трения при эксплуатации; на фиг. 2 — раз- Проводят дальнейшую обработку дета30 вертка нижней части поверхности шейки с ли, например, очистку; консервацию и упаизобра>кением направлений движения и деформации: микронеровностей, возникаюковку.

Пример, Требуется обработать комщих при ППД, которые условьго считают бинированным способом опорные щейки совпадающими с направлением деформа- кулачкового вала газораспределительного

35 механизма поршневого автотракторного ции поверхностного слоя при работе шейки в подшипниковой втулке; на фиг; 3 — схема относительного движения поверхности при двигателя, Распределительный вал .изготовлен из стали 45, является многоопорным и снабжен цилиндрическими опорными шейками. пластической деформации вала при ППД накаткой; на фиг. 4,— схема относительного

В процессе эксплуатации вал совершает оддвижения поверхности и пластической деформации поверхности при шлифовании, нонаправленное вращение в подшипниках предшествующей ППД: на фиг, 5 — схема скольжения. относйтельного движвниа поверхности и ее Перед ППД применяют обработку шеек способом, при котором происходит удалепластической деформации при обработке ние металла резанием, например шлифова45 шейки резцами на операции, предшествующей ППД.

На чертежах приняты обозначения; нием.

По кинематической схеме механизма определяют, что шейки вала в эксплуатации имеют однонаправленное вращение в подв, N2; вз;в4 -относительныенаправления вращения шейки, вала; шипниках, направление которого изобраV- направление движения поверхности 50 жено на фиг, 1, т,е. вал совершает вращение: против движения часовой стрелки, При этом микронеровности и поверхностный слой относительно инструмента;

P — вектор усилия поджатия инструмента к шейке при ППД, Подшипниковый узел (фиг. 1) состоит из шейки вала в подшипниках скольжения девтулки 1 и шейки вала 2. Вал 2 в эксплуата55 формируется в направлении по часовой стрелке. Отмечают направление движения ции имеет направление вращения а1 во

sana в эксплуатации. Шлифуют шейки вала.

При шлифовании шеек вала (фиг, 4) вал втулке 1, При вращении вала 1 поддействием сил трения поверхность вала 2 пластически деформируется в направлении 3. 2 вращают в направлении og относительно шлифовального круга 8, т.е. создают на5 1782206 . 6 рования поверхности в условиях зксплуата- . Согласно изобретению считают напраации. . :,:: :;.:,:. . ление деформации 4 при ППД; изображенНе решен вопрос об упрощеййи и воз- ное на фиг. 2, совпадающим с направлением можности контроля соблюденйя заданных- поверхностей пластической деформации направлений отйосительногодвижения по- 5 при эксплуатации 3(фиг, 1).. верхностей и инструментов при ППД и ме- .: .. Способ комбйнированной обработки хобработке.:.: .:: - :...: ": --.::: -,; -..::-:. включает следующие операции.

Целью изобретейия является повыше- : ::- . Определяют однонаправленное относиние качества поверхностей, работающих в: тельноедвижение(вращение)обрабатывае: условиях одностороннего скольжения, и по- 10 мой поверхности "в сопряжении деталей в

:вышение стойкости за счет уменьшения из- ." подшипйиках в эксплуатации.. Отмечают это . =,носа.::.,: .: ....,;,,:. :;«" ::-:: ..; йайравление на заготовке детали или на де1782206

7 ° 8 правление движения вала 2 отнасйтельно равленном скольжейий зависят от направинструмента в направлении пр6тйвополож- ленйя движения поверхности- в условиях ном вращению е1 вала 2 в подшийнике 1. эксплуатации и сочетания направленийдвиДоподнительно совершаюТрадйальную и продольную подачи. После обработки ше- 5 ментОв -при механической обработке ек на заданный размер вал снймаютсо стан-: резанием и при ППД. ка, Обрабатывают шейки вала ППД .:; Оптимальным сочетанием относительнакаткой (фиг, 3). .:::::-: -": -. :.--:.- :- .:::: ных движейий является вариант, приведенПри обработке шеек вала 1 ППД, напри-,:: ный в строке 6 таблицы. мер на токарно-винторезном станке созда- 10;: Изобретение создает следующий техниют движение:а детали отноСительно - ко-экономический эффект.. инструмента 6.:.-:- :::.: — . ::: : "; .::: -:: -: Способ комбинированной обработки

"Движение вала 2 52 относительно инс- :.:. поверхностей дает возможность без допол трумента 6 совпадает с направленйем дви - . нительных материальных затрат и практичежения coj вала 2 в подшипнике 1 в процессе 15 ски без усложнения техпроцессов повысить зксйлуатации (фиг. 1).:--,:. .-::,:: -, "::;-. : :: : .: пбказатели качества поверхностей, работа-.

Дополнительно сообщают пер меще- ющих в условиях однойаправленного скольние инструмента в радиальном и продоль- ". жения. уменьшить износы в .сопряжениях йом направлениях;:-.:::.- : :.:: .;: " - . - деталей, повыСить наде®ность соедийений

После ППД всех.шеек вал снимают со 20 деталей, станка и отправляют на вь полнение после-:, .: . Способ-осуществим на имеющемся тех- дующих операций обработки,-наприМер, на нологическом оборудовании при помощи очистку; консервацию и упаковку.. :: .. известной технологической оснастки по из- "

При комбинйрованной обработке по - . вестным режимам, поэтому он отличается" верхйостей режимы механической обработ- 25 простотой in широкой доступностью для ки резанием и ППД выбирают bio йзвестным:- применения. рекомендациям и нормативам. ::::::-::, Ф о. р м у л а и з о б р е т е н и я

В процессе разработки способа, -иссле- ., Способ комбинированной обработки довалось его влияние на изнашивание по- . металлических поверхностей, включающий верхностей . трения в условиях 30 механическую обработку и последующую однонаправленного скольжения.";, -. поверхностную пластическую деформацию, Экспериментальные исследования про- о т л.и ч а ю шийся тем, что; с целью водились на образцах из стали 45, которые повышения качества поверхностей, работа-: были закалены-до твердости 45 НВСэ. Об- " ющих в условиях одностороннего скольже-. . .. разцы были выполнены в виде дисков и их 35 ния, и повышения стойкости за счет . .цилиндрические поверхности имитировали уменьшения износа, при механической об- . шейки; Контробразцы были изготовлены из работкеобрабатываемойповерхноСтисооббронзы ОСЦ-5-5-5 и имели форму Колодок. . щают однонаправленное вращение

Испытания проводились на маШййах тре- относительнб инструмента в направлении, нйя СМЦ-2 в ийдентйчных услових смазки, 40 противоположном ее вращению при эксплуйагружения и длительности циклов. Износ акации, при поверхностной "пластической образцов и контобразцов определялся по деформации обрабатываемую поверхность потере ими массы,";: .:;: .: :,-.":.".:-".:-: .: - вращают в направлении, совпадающем с

Результаты. сравнительных йСпытаний направлением ее вращения при эксплуатаприведены в таблице 1. Сравнительные ис- 45 ций, а инструменту дополнительно сообщапытания показывают что величины износов ют.. перемещение в радиальном сопрягаемых поверхностей при однонап- направлении. 10

1782206

Результаты сравнительных испытаний образцов на трение и изнашивание Условные обозначения в таблице 1: — — Найравление деформации поверхности при обработке резанием (шлйфованием) предшествующим ППД; — — --Найравление деформации поверхности при ППД (обкатка роликом); направпение деформации поверхности при эксппуатации (ианашивании).

1782206

Рог.3.

Составитель B. Шаброва

Редактор В, Трубченко Техред М.Моргентал Корректор С. Лисина

Заказ 4286 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101