Способ отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний
Изобретение относится к методам чистовой обработки металлов давлением, в частности к методам чистовой отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей с применением ультразвуковых крутильных колебаний, прикладываемых к инструменту. Способ отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей вращающихся деталей включает воздействие на поверхность инструментом с деформирующим элементом, передвигающимся вдоль обрабатываемой детали, совершающим ультразвуковые крутильные колебания и одновременное перемещение по двум координатам в плоскости, касательной к поверхности детали. Способ дает возможность повысить степень деформации поверхностного слоя, сократить длительность приработки трущихся деталей, получить различные виды частично регулярных и регулярных микрорельефов трущихся деталей машин, что позволяет повысить их износостойкость до требуемой величины с меньшими затратами на обработку, а следовательно, увеличить их надежность и долговечность работы. Степень наклепа обкатанной поверхности увеличивается в среднем до 35%, глубина упрочненного слоя при этом изменяется в пределах 0,4-1,25 мм. 2 ил.
Изобретение относится к методам чистовой обработки металлов давлением, в частности к методам чистовой отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей с применением ультразвуковых крутильных колебаний, прикладываемых к инструменту.
Известны способы чистовой отделочно-упрочняющей обработки с наложением ультразвуковых колебаний [1, 2]. Недостатком известных способов ультразвуковой отделочно-упрочняющей обработки является то, что они позволяют получить колебания деформирующего элемента (эдентора) только в одном направлении относительно оси детали: продольном, радиальном или тангенциальном. Известны устройства, позволяющие получить ультразвуковые крутильные колебания на выходном торце инструмента [3, 4], содержащие магнитострикционный преобразователь, концентратор. Недостаткoм этих устройств является сложность конструкции магнитострикционного преобразователя [3] или изготовленного по специальной технологии концентратора [4]. Наиболее близким устройством, с помощью которого можно реализовать предлагаемый способ обработки, является устройство для ультразвуковой отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей [5]. Технический результат - увеличение степени деформации поверхностного слоя детали, улучшение качества обработанной поверхности детали, повышение надежности и долговечности ее работы, сокращение длительности приработки путем изменения состояния поверхностного слоя детали за счет его упрочнения и получение регулярного или частично регулярного профиля поверхности. Получение технического результата обеспечивается в результате воздействия на обрабатываемую поверхность вращающейся детали деформирующим элементом за счет его перемещения одновременно по двум координатам в плоскости, касательной к поверхности детали, при сообщении деформирующему элементу ультразвуковых крутильных колебаний от устройств 3, 4, 5 и передвижении его относительно обрабатываемой детали. На фиг.1 представлена схема предлагаемого способа отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей вращающихся деталей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний. На фиг. 2 показана траектория движения деформирующего элемента при его произвольном положении на выходном торце концентратора. Деформирующий элемент 1 устанавливается на выходном торце ультразвукового концентратора 2, которому сообщаются крутильные ультразвуковые колебания с амплитудой АК от любого из устройств 3, 4, 5 (фиг.1). При этом деформирующий элемент 1 совершает перемещения одновременно по двум координатам х и y в плоскости, касательной к поверхности обрабатываемой детали 3, за счет движения по дуге КС окружности радиусом е (фиг.2). Смещение деформирующего элемента 1 от оси ультразвукового концентратора 2 может изменяться от e=0 (оси деформирующего элемента 1 совмещены с осями х и y ультразвукового концентратора 2) до е=emax (определяется диаметром D выходного торца ультразвукового концентратора). Деформирующий элемент 1, совершающий ультразвуковые крутильные колебания по дуге окружности радиусом е и перемещающийся относительно детали с подачей s, под действием статической силы P0 и динамической силы FA пластически деформирует поверхностный слой детали 3, вращающейся со скоростью n (фиг.1). При смещении деформирующего элемента 1 от оси ультразвукового концентратора 2 на величину е амплитуда его крутильных колебаний определяется по формуле![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/59/591753.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/59/591754.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/59/591755.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/59/591756.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/59/591757.gif)
Хорда КС может быть определена как
KC=2
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
At=KC
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
или
At=2
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
As=KC
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
или
As=2
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
At max=As max=d0
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
1. Повышение степени деформации поверхностного слоя (по сравнению с другими способами) за счет смещения деформирующего элемента относительно оси концентратора, сообщения ему ультразвуковых крутильных колебаний, в результате чего он (деформирующий элемент) получает перемещения одновременно по двум координатам в плоскости, касательной к поверхности обрабатываемой детали. Увеличение степени деформации позволяет улучшить количественные характеристики состояния поверхностного слоя. 2. Шероховатость обкатанной поверхности улучшается на 1 класс. При изменении положения деформирующего элемента относительно осей ультразвукового концентратора происходит изменение соотношения между тангенциальной и продольной составляющих амплитуды ультразвуковых колебаний, в результате чего происходит дополнительное пластическое деформирование и, следовательно, дополнительное сглаживание неровностей. 3. Увеличивается относительная опорная поверхность (в среднем на 45%), что приводит к сокращению длительности приработки трущихся деталей. 4. Степень наклепа обкатанной поверхности составляет в среднем 35%, глубина упрочненного слоя изменяется в пределах 0,4-1,25 мм. 5. Снижение статической силы (усилия прижима деформирующего элемента к обкатываемой детали), что позволяет обрабатывать маложесткие и тонкостенные детали. 6. Способ позволяет получать различные виды частично регулярных и регулярных микрорельефов за счет изменения эксцентриситета и угла смещения деформирующего элемента относительно осей концентратора, в результате чего изменяется соотношение тангенциальной и продольной составляющих амплитуды ультразвуковых колебаний, которое, в свою очередь, и определяет регулярность профиля. Применение частично регулярных микрорельефов поверхностей трущихся деталей машин позволяет повысить их износостойкость до требуемой величины с меньшими затратами на обработку, а следовательно, увеличить их надежность и долговечность работы. Таким образом, заявляемый способ полностью выполняет поставленную цель. Литература
1. Муханов И. И. Импульсная упрочняющая обработка деталей машин ультразвуковым инструментом: Учебное пособие для слушателей заочных курсов повышения квалификации ИТР по применению ультразвука в машиностроении. М.: Машиностроение, 1978. 44 с. 2. Кумабэ Д. Вибрационное резание: Пер. с яп. С.Л. Масленникова / Под ред. И.И. Портнова, В.В. Белова. - М.: Машиностроение, 1985. - 424 с. 3. Силин Л. Л., Баландин Г.Ф., Коган М.Г. Ультразвуковая сварка. / Под ред. Н.Н. Рыкалина. - М.: Машгиз, 1962, с. 252. 4. Северденко В. П., Клубович В.В., Степаненко А.И. Ультразвук и пластичность. - Минск: Наука и техника, 1976, с. 448. 5. Патент RU 2095217 С1, кл. 6 В 23 Р 9/00, 1997. Гаврилова Т.М., Осипенкова Г. А. , Карпов Л.И., Молодавкина Л.Ю. Устройство для ультразвуковой отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей. Бюл. 31 от 10.11.97. 6. ГОСТ 24773-81. Поверхности с регулярным микрорельефом. Классификация, параметры и характеристики. М.: Издательство стандартов, 1981. 13 с.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2