Способ упрочнения с ультразвуком нагружных цилиндрических поверхностей деталей
Изобретение относится к обработке давлением, в частности к упрочнению деталей с ультразвуком. Цель - повышение качества за счет снижения шероховатости. Для этого пластическое деформирование поверхностного слоя детали осуш,ествляют цилиндрическим инструментом в виде ролика. Ролик принудительно врашают относительно его оси и перемеш,ают возвратно-поступательно вдоль нее. Ультразвуковые колебания от концентратора передают на две зоны ролика, отстояш,их от оси концентратора на расстоянии не менее, чем величина его хода вдоль своей оси. Зону контакта ролика с поверхностью детали в процессе обработки поддерживают на оси концентратора . Ось его располагают под углом 50-75° к оси детали. Осевое возвратнопоступательное движение совменхают с направлением вращения детали в зоне обработки , а его перемещение вдоль оси врашения детали осуществляют качением по образующей цилиндрической поверхности со скоростью вращения п„, которую выбирают из соотношения Пи, 8(Пд) : (Juda ). где s - подача ролика вдоль осп врагасипя летали; Пр, - скорость вра1цен|1я дета.и:; ilu. диаметр ролика. На торце кониеитрлтора выполнена цилиндрическая выточка, (/гптический прижим ролика к дста.ш исуществляется пружиной. Это позволяо: получить оптимальный уровень волнистости профиля и глубины упрочненного с.юя. 1 н.п. ф-.чы, 3 ил., 1 табл. (С с/:
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 4 В 24 В 39 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
4 t !
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4217949/30-27 (22) 30.03.87 (46) 30.09.88. Бюл. № 36 (71) Минский тракторный завод (72) С. Ф. Кукин и Е. В. Пасах (53) 621.923.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1291378, кл. В 24 В 39/04, 1983. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОМ НАРУЖНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к обработке давлением, в частности к упрочнению деталей с ультразвуком. Цель — повышение качества за счет снижения шероховатости.
Для этого пластическое деформирование поверхностного слоя детали осуществляют цилиндрическим инструментом в виде ролика.
Ролик принудительно вращают относительно его оси и перемещают возвратно-поступательно вдоль нее. Ультразвуковые колебания от концентратора передают на две
„„SU„„1426764 А1 зоны ролика, отстоящих от оси концентратора на расстоянии не менее, чем величина его хода вдоль своей оси. Зону контакта ролика с поверхностью детали в процессе обработки поддерживают на оси концентратора. Ось его располагают под углом
50 — 75 к оси детали. Осевое возвратнопоступательное движение совмегцают с направлением вращения детали в зоне обработки, а его перемещение вдоль оси вращения детали осуществляют качением по образующей цилиндрической поверхности со скоростью вращения и„, которую выбирают из соотношения п = в(п ): (.Гд. ). где s— подача ролика вдоль î II вращения детали;
lip, — скорость врагцеllllя дст 1426764 Изобретение относится к обработке материалов давлением, в частности к ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработке металлических деталей. Целью изобретения является повышение качества за счет снижения шероховатости обработанной поверхности, На фиг. 1 изображена схема для осуществления способа обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей ультра10 звуковым инструментом; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б — Б на фиг. 2. Цилиндрическая деталь 1 вращается в контакте с вращающимся и возвратно-поступательно перемещающимся вдоль оси вращения цилиндрическим роликом 2, на который воздействуют статическим усилием Ру и ультразвуковыми колебаниями через концентратор 3 от магнитострикционного преобразователя 4. В процессе обработки ролик 2, концентратор 3 вместе с магни- 20 тострикционным преобразователем 4 перемещают вдоль детали 1 с подачей s; а скорость вращения (качения) ролика п„выбирают по формуле, выраженной через скорость Вращения детали пд, подачу s и д метр ролика d„. Возвратно-поступательное перемещение ролика в зоне обработки совпадает с направлением вращения детали, а его ось располагается под углом 50— 75 к оси детали и ультразвуковые колебания на ролик передаются от концентратора в двух зонах, отстоящих от оси конденсатора на расстоянии не меньшем, чем величина хода ролика вдоль своей оси. Это обеспечивается за счет выполнения в торце концентратора цилиндрической выточки диаметром не меньше, чем величина удвоенного хода ролика вдоль его ocu. Статический прижим ролика к детали осуществляется механической пружиной (не показано), которая воздействует на систеMó магнитостриктор — ролик и деталь. Вращение и возвратно-поступательное перемещение ролика осуществляется отдельным устройством (не показано), посредством которого задается требуемая скорость вращения, рассчитанная по формуле sn n„= Э #du, а также цикл возвратно-поступательного перемещения за один оборот ролика. Вывод формулы расчета скорости вра- 50 щения ролика производился из условия, что он в процессе обработки при перемещении вдоль детали должен катиться по ней без проскальзывания. При таком условии путь, который он проходит вдоль детали, выражался через скорость его вращения и диаметр лп„Й„, а также через подачу s и скорость вращения детали пд (зи) . Приравняв эти два выражения, лп„4„= st, получили уравнение, из которого и находят скорость вращения ролика. Пример. Проводилась ультразвуковая обработка наружных цилиндрических поверхностей диаметром 88 мм деталей из стали 45. Исходная шероховатость поверхности R. = 0,63, твердость HRC 48 — 54. Ролик диаметром 10 мм был изготовлен из стали Р6М5, твердость материала которого составляла HRC 62 — 65, а рабочая поверхность полировалась до шероховатости R, = 0,08. Ультразвуковые колебания на ролик передавались от магнитострикционного преобразователя ПМС-15А-18 через конический концентратор, рабочий торец которого имел диаметр 35 мм с глухой цилиндрической выточкой, диаметром 20 мм и глубиной 5 мм. Магнитострикционный преобразователь устанавливался в специальном приспособлении, которое закрепляется в резцедержатель токарного станка. Прижим преобразователя осуществлялся пружиной, которая была проградуирована в кгс. На приспособлении крепилось специальное устройство, обеспечивающее вращение и возвратно-поступательное перемещение ролика относительно концентратора. Привод этого устройства осуществлялся от специального электропривода. Питание магнитострикционного преобразователя осуществлялось от ультразвукового генератора УЗГ2-4М. Замер параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей осуществлялся на профилометре-профилографе модели 201, а твердость и глубина упрочненного слоя на микротвердомере ПМТ-3. Специальной системой автоматически обеспечивалось изменение направления вращения детали соответственно направлению продольного перемещения ролика вдоль своей оси с целью совпадения направления вращения детали с направлением продольного перемещения инденторов в зоне их взаимодействия. Процесс упрочнения осуществляли на базе токарного сганка, к которому приспособили все необходимые приспособлен и систему автоматики. Исходные данные, геометрические и ме ханические характеристики упрочненных поверхностей приведены в таблице. Результаты упрочнения сравнивались результатами, полученными при реализаци. способа согласно прототипу, в котором ис пользовался свободно вращающийся шари диаметром 10 мм, изготовленный из стал: Р6М5. Остальные аналогичные napaea: ры процесса такие как и в предлага" мом способе. Как видно из приведенных в таблиц:: результатов при использовании угла наклона ролика к оси детали меньше 50 умень1426764 шается глубина упрочненного слоя, что объясняется увеличением площади пятна контакта ролика с поверхностью детали. Увеличение угла наклона свыше 75 приводит к увеличению высоты вол нистости обработанной поверхности его шероховатости. В диапазоне углов 50 — 75 такие характеристики качества упрочненного слоя, как шероховатость поверхности по Ra, высота волнистости профиля и глубина упрочненного слоя практически остаются на одном оптимальном уровне. Использование предлагаемого способа обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей ультразвуковым инструментом обеспечивает по сравнению с прототипом повышение качества обработки, увеличение производительности обработки, снижение шероховатости обработанной поверхности и увеличение долговечности рабочего инструмента. Формула изобретения 1. Способ упрочнения с ультразвуком наружных цилиндрических поверхностей деталей, при котором деталь вращают и подвергают поверхностному пластическому деформированию со статическим усилием, а инструменту сообщают осевую подачу и ультразвуковые колебания в продольном и поперечном направлениях, отличающий сч тем, что, с целью повышения качества за счет снижения шероховатости обработанной поверхности, в качестве инструмента выбирают цилиндрический ролик, образующую которого располагают параллельно образующей цилиндрической детали, а его ось располагают под углом к оси детали и- дополнительно сообщают ему принудительное вращение относительно собственной оси и угловое возвратно-поступательное перемещение по образующей детали, а ультразвуковые колебания передают на две зоны цилиндрического ролика, отстоящих от центра пятна контакта цилиндрического ролика с 15 деталью на расстоянии не менее чем величина хода цилиндрического ролика вдоль своей оси. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона оси ролика к оси детали составляет 50 — 75, а скорость его вращения выбирают из соотношения зпд и-и=— п. dg, где s — подача цилиндрического ролика, мм/об; п — скорость вращения детали, об/мин; cl> — диаметр инструмента цилиндрического ролика, мм. 1426764 I О ! 1 !" I Х Ql QI сб l« Рог а O = O ОХХ I I Ql ХО cd Х O O ZcdO,Х О 1,а а д 1Х Qi Cl X Ш О Е сГ О 1 1 Qc Х О Х 1 O O О Ц Z ах o Z Irc co И М Л Cc Cl ci1 .! с1 с Cc О О О О О O CO 1Х х О ах Х Ql Е Ш О Х О О cd Е Х Х . 1 1 I cd О О Х Х со О X Ш о а Е O Ого EcQ Ш О с 1 с\ О Р CO С Cl О О О О О с1 1 Ш I О E Х X Cl Р Х O O Э а1-шо Ql cd O Q Ш Х Х Ql I Х cd Х Z О Р. E Х O cQ O cI Z Х О 1О И С1 с\ CQ co Л С1 С\ С\ С"1 М т .Х -б О О О Сс О О О О 1 1 1О сс! Ш Ш XOO Х О О E» ccl X Cc 10 О О О Ql ."Х 2 l» Р.! О О Х O Cl Х iX Х Е оа «х Z сс! X Е Ql Ш !» С\С\с\<\С!С! .О О О О О О О О О О О О . \: \ ° О Ю О О О Х О 1 О Х QIcd euQIXC » хх<аocEц О О О И О О I И О г л сО О.О ,, Q cE O О Х (ХХХ cd Ql cd X cd СР ХХ а >Х Э Q Х Ш О О О О О О 1 О О Х Х ""X QI cd Z ц а ° Х О 1О Х 1 О Ш су I 1- =! O О cd Х Х О Р, Х О Р Ш Х И Л И О О О О И1 И О О О О И И с:г Cl О 1 I I гб 1 з а Х О Cd Ql CCl Х Cd O Ш Р, O Х E О Х О с О Ю Х Г» Х !" Ш O c W Z с\ с1 Г 1 С 1 С О Cl О м м cQ м Г1 Г1 С! С! Cl О О О Х! X Ql X co Ц О Ш Ш 1 B O O cd Х О Р, Х Р Ш Х О О О О О О О О МС1МС1С\11:\М X Х 1l Х Г» М Cf Р, Z»мх0 Е» Х !» и irl L l и и и и и 1 О О 1 Х cd Х З cd Ъ Х «г д Ш 1 1 X ! с Х Х Х О . Х С Z О О О О О О О О 1 .х х .х г .4 т Х 1 Е (О O Z ! E cd о аd! Х E Cl, Q 1 Е QI X О Ш Z X с5 Ц Х X Х Х О сЕ х а х Ш X Ql Х з а O О ! » ! О О О О О О О с1 11 с1 с1 с1 с! с 1 I Р, Е г Z Ql Х С!! Х Х l-f Р Х X О Х E О О О О CO О О CI Х I X Q г а O 1- 1 Р, Р Ql Г1 М 4 И X Х О» » cd Г X Z I Х О О Ц C и Х О И О О И О О О О О О г О Л О О Л Л в\ ul Г О Сl Г1 l И io Р О О О с \ с 1 1 С:1 I 1426764 Фиг. 2 1426764 Б-Б 2 Со, тая птсль С. Ч! каева Рсдактор М. )> III I) |>>;I 1 скрсд И. Всрес Корректор A. Обручар 3;!к;. 48)!) )5 1II fI I>II )>78 Подписное ВНИИПИ 1 <>i ударствс пого комитета СССР по делам изобретений и открытий ! )3()35, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
