Способ упрочнения ультразвуком наружных цилиндрических поверхностей деталей

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработке. Цель изобретения - повышение производительности и качества обработки деталей. Деталь вращают и подвергают поверхностному пластическому деформированию со статическим усилием самовращающимися роликовыми инструментами, последовательно расположенными друг за другом под углом а и 180° - а к оси детали. Для этого ограничивают осевые и радиальные перемещения роликов, а ультразвуковые колебания от концентратора на ролики передают на определенном расстоянии Ь. Угол а 72,5...77,5°. В результате можно получить упрочненные слои поверхности с меньшей шероховатостью поверхности при высокой производительности процесса. 1 з.п. ф-лы, 2 мл. 1 табл.

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s В 24 В 39!ОО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4766415/27 (22) 16,10,89 (46) 15.12.91. Бюл, М 46 (71) Производственное объединение "Минский тракторный завод им, В.И.Ленина" (72) С.Ф.Кукин (53) 621.923.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1426764, кл. В 24 8 39/00, 1987. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОМ НАРУЖНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработке.

Цель изобретения — повышение производиИзооретение относится к обработке материалов давлением, в частности к ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработке металлических деталей.

Цель изобретения — повышение производительности путем интенсификации процесса и качества обработанной поверхности за счет снижения шероховатости обработанной поверхности..

На фиг. 1 изображена схема для осуществления способа обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей ультразвуковым инструментом: на фиг, "— разрез А — А на фиг. 1, Цилиндрическая деталь 1 вращается со скоростью п в контакте с вращающимися цилиндрическими роликами 2 и 3, на которые воздействуют статическим усилием Ру, ультразвуковыми колебаниями через концентратор 4 от магнитострикционного пре„„5 „„1698041 А1 тельности и качества обработки деталей.

Деталь вращают и подвергают поверхностному плас ическому деформированию со статическим усилием самовращающимися роликовыми инструментами, последовательно расположенными друг за другом под углом а и 180 — а к оси детали. Для этого ограничивают осевые и радиальные перемещения роликов, а ультразвуковые колебания от концентратора на ролики пеоеда.от на определенном расстоянии Ь.

Угол a = 72,5...77,5 . В ре-ультате можно получить упрсчненные слои поверхности с меньшей шероховатостью поверхности при высокой производительности процесса, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл. образователя 5, а также,силием Рс, для исключения осевого перемещения через упор 6.

В процессе обработки ролики 2 и 3, концентратор 4 в месте с магнитострикционным преобразователем 5 и упором 6 перемещаются вдоль детали 1 с подачей S.

Один из роликов наклонен под углом а к оси дета.ти 1, а другой — под углом 180 — а, вследствие чего в разные стороны они spaщаются вокруг своих осей, Ультразвуковые колеба-:èÿ на ролики от концентратора передаются в двух зонах, отстоящих от оси концентратора на расстоянии Ь/2. Это обеспечивается в результата выполнения в торце концентратора прорези, параллельной оси обрабатываемой детали шириной b.

Статический прижим роликов к детали осуц,ествляется механической пружиной (не показано), которая воздействует на систему

1698041

1 -M t

0 = + магнитострикционный преобразователь—

p0JIики и деталь.

Упор 6 жестко крепится к корпусу преобразователя 5 (не показано). При обработке ролики при контакте с вращающейся деталь о испытывают усилия осевого перемещения, поэтому жестка закрепленный упор ответно развивает результирующее усилие Рс.

Вы вод формулы .для расчета ширины прорези в торце концентратора пролзводился из расчета, чтобы следы воздействия торца концентратора на ролики не попадали на след воздействия поверхности детали на поверхность ролика, Размеры большой оси пятна контакта двух цилиндрических поверхчостел не с параллельными осями

Определяются по Aорм ле а =P сд,.г1

Г1 Г2

Здесь r = -,где г1 — радиус кривизны

r>+IZ обрабатываемой поверхности; n — радиус кривизны роликов. где р >,„и 2 — коэффициенты Пуассона маториглов детали и роликов:

Е1, Е-„— модули упругости материалов детали и роликов;

N — нормальная нагрузка, в данном случае

Пример. Пржодяг ультразвуковую обработку наружных цилиндрических поверхностей диаметром 88 мм деталей из стали 45. Исходная шероховатость поверхности и =-- 0,63; твердость НРС 48-54. Применяют стандартные ролики диаметром 5 мм и высотой 16 мм из твердого сплава ВКб, Оабочая поверхность которых полируется . до шероховатостл R == 0,08.

Ультразвуковые колебания на ролики передаются От маГнитострикционнОГО преобразователя ПМС-15А-1 8 через конический концентратор, рабочий торец которого имеет диаметр 20 мм с прорезью, устанавливаемой параллельно оси обрабатываемой детали.

Магнитострикционный преобразователь устанавливают в специальном приспособлении, которОе закоепляют в резцедержателе токарного станка. Прижим преобразователя осуществляют пружиной, которая и роградуирована в кгс.

На приспособление крепят специальное устройство с упором, который плавно подводят к сходящимся торцам роликов и жестко фиксирук1т в данном полОжении.

Питание магнитострикционного преобразователя осуществляется от ультразвуко" ваго генератора УЗГ2-4М.

Замер параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей осуществляют на профилометре-профилографе модели

201, а твердость и глубина упрочненного слоя — на микротвердомере ПМТ-3, Процесс упрочнения осуществляют на базе токарного станка, к которому приспосабливают все необходлмые устройства.

Исходные данные, геометрические и механические характеристики уп рочненных поверхностей приведены в таблице.

Результаты упрочнения сравнивают : результатами, полученными при реализации GAGGG53 согласно прототипу, в котором используют прлнудительно вращающийся и продольно перемещающийся ролик из твердого сплава ВК6 диаметром 5 мм, Кроме того, в таблице приведены результаты осуществления способа по прототипу при двойном проходе вдоль обрабатываемой детали.

Коэффициенты,и 1,,ы 2 и значения Е1 и

Е2 для расчета ширины прорези в торце берут из книги Целиков А.И., Никитин Г.C„, Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки.

М.: Металлургия, 1980, с. 32.

Как видно из приведенных результатов, выбор угла наклона роликов к оси детали менее 72,5 (70О) приводит к некоторому уменьшению глубины и твердости упрочненного слоя при, наиболее низкой шероховатости его поверхности. Однако главной причиной невозможности уменьшения угла наклона является необходимость увеличения диаметра рабочего торца концентратора и длины роликов, что приводит к снижению амплитуды УЗК, являющейся причиной сни-. жения глубины упрочненного слоя л его твердости, а также снижению стойкости рсликов в результате их поломки, вследствие увеличения расстояния между зонами приложения УЗ К.

Увеличение угла наклона роликов свыше 77,5С (80О) приводит к увеличению шероховатости обработанной поверхности вследствие затруднения свободного вращения роликов и, как следствие, случаются часто их проскальзывания, что и приводит к ухудшению шероховатости обрабатываемой поверхности.

Увеличение шлрины прорези свыше

17а (4,1 мм) приводит к некоторому уменьшению глубины упрочченного слоя и его твердости, что обусловлено уменьшением общей интенсивности УЗК в Ъоне обработки, а также снижением стойкссти ролика, вследствие увеличения расстояния между зонами приложения УЗ<. разьитию значи1698041

Б=(н .. 7) Р мм!

Способ додача нндентора

Вдоль оси детали, ни/o6

illeроховаость поверх ости после работки, яки

О!ирина прорвани э торце концентратора, Скорость вращения детали, об/иин

Ст он кос т ь роликовых инденторов>

ыт.дет.

Усилие привииа индентора, диплитуда УЗЫ индентора, нни

Глубина упроиненного слоя, Никротвердость на териала в упрочненнои слое кгс!ни" ликов к оси детатвь, град

2

4

6

8

10 !!рототип 3

70 2 9

72 ° 5 2,9

75 2,9

77,5 2,9

80 2,9

75 1,8

75 2 3

75 2,9

75 3,5

75 4,1

0,23 0,05

0,23 0,07

0,23 0,09

0,23 О,!

0,23 0,25

0,23 0,2!

0,23 0 09

0,23 0,09

0,23 0,1

0,23 Р,09

0.23 0,33

Один проход

О,-"3 0,22

Дэа прохода

0,15

0,19

0,22

0.26

0,28

0,21

0,22

0,2

0,21

0,20

0,20

15 !

15 !

5 !

l5

l30

l30

130 30

130

6!Е

628

623

616

62 с

84

lI5

130 !

28

1 35

40 ° 15!

30 н

630

0,23

105 тельных изгибных колебаний в ролике и его поломке.

Уменьшение ширины прорези меньше

11а8 (1,8 мм) приводит к увеличению шероховатости обработанной поверхности и сниже- 5 нию стойкости роликов вследствие попадания зоны воздействия УЗК на ролики в зону воздействия УЗК на деталь, что приводит к задирам как на деталях, так и на роликах.

Использование предлагаемого спосо- 10 ба обеспечивает повышение качества обработки, увеличение производительности обработки, снижение шероховатости обработанной поверхности и расширение технологических возможностей процесса.. 15.

Формула изобретения

1. Способ упрочнения ультразвуком наружных цилиндрических поверхностей деталей, при котором деталь вращают, 20 поверхностное пластическое деформирование осуществляют со статическим усилием цилиндрическим роликом, установленным под углом а к оси детали и перемещающимся вдоль оси детали, образующая которого 25 расположена параллельно образующей детали, а ультразвуковые колебания осуществляют торцом концентратора в месте пятна контакта ролика с деталью, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения производи- 80 тельности за счет интенсификации процесса и качества за счет снижения шероховатости обработанной поверхности, поверхностное пластическое деформирование осуществляют дополнительным роликом, установленным на концентраторе под углом 180 — а к оси детали, причем оба ролика установлены с возМожностью принудительного вращения и ограничения перемещения их в осевом и радиальном направлениях, а диаметрально по торцу концентратора выполняют прорезь, ширину которой выбирают из соотношения где r> — радиус кривизны обрабатываемой детали, мм;

r2 — радиус кривизны роликов, мм; ,и1 и,ц z- коэффициэнты Пуассона материалов детали и роликов;

Е1 и Е2 — модули упругости материалов ролика и детали, Па;

N — нормальная нагрузка, кгс;

P — коэффициент, зависящий от соотношения г1/r2; равный 1..5.

2. Способпоп.1,отл ич а ю щи йс я тем, что угол выбирают в пределах

72,5 ... П.5

1698041

ЮЯУ Ф У

ЩМФ РбЯУ

Составитель С.Чукаева

Техред М.Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Редактор С.Лисина

Заказ 4355 Тира к Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откритиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская на0., 4/5

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