Устройство для отделочно-упрочняющей обработки винтовых поверхностей

 

Использование: обработка металлов давлением, в частности обработка поверхностным пластическим деформированием резьбовых изделий типа ходовых винтов и червяков. Сущность изобретения: устройство содержит установленный в корпусе деформирующий инструмент, силовом механизм воздействия на деформирующий инструмент, а также фиксаторы инструмента . Деформирующий инструмент выполнен в виде гайки с прямоугольной резьбой и продольными пазами на внутренней боковой поверхности, параллельными осями гайки. На наружной боковой поверхности гайки выполнен прямоугольный паз под фиксатор. На торцовых поверхностях гайки выполнены направляющие боковые канавки под шаровые опоры, Одна из опор установлена на корпусе, а другая - на силовом механизме. 5 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st) 5 В 24 В 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4874486!27 (22) 16.10.90 (46) 30.07.92. Бюл, М 28 (71) Нижегородский политехнический институт (72) В.И.Дементьев, И.П.Крылов, В.M.Сорокин и Г.А.Соломаха (56) Авторское свидетельство СССР

М 1065167, кл, В 24 В 39/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ВИНТОВЫХ

ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Использование: обработка металлов давлением, в частности обработка поверхностным пластическим деформированием резьбовых изделий типа ходовых винтов и

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к станкостроению, и может быть использовано при обработке методами поверхностного пластического деформирования (ППД) резьбовых деталей, в частности ходовых винтов и червяков.

Известно устройство для обкатывания винтовых поверхностей,. содержащее разъемный корпус, установленные в нем деформирующие инструменты и силовые механизмы для каждого иэ них. Деформирующие инструменты в виде роликов рамещены попарно, симметрично оси обрабатываемой детали со смещением относительно друг друга. Известное устройство имеет значительную производительность за счет применения в устройстве деформирующих инструментов, расположенных со смещением относительно друг друга, обес,, Щ,,, 1750934 А1 червяков, Сущность изобретения: устройство содержит установленный в корпусе деформирующий инструмент, силовой механизм воздействия на деформирующий инструмент, а также фиксаторы инструмента. Деформирующий инструмент выполнен в виде гайки с прямоугольной резьбой и продольными пазами на внутренней боковой поверхностй, параллельными осями гайки. На наружной боковой поверхности гайки выполнен прямоугольный паз под фиксатор, На торцовых поверхностях гайки выполнены направляющие боковые канавки под шаровые опоры, Одна из опор установлена на корпусе, а другая — на силовом механизме. 5 ил. печивающих необходимую величину подачи обкатывания для выполнения обработки за один проход.

Однако в связи с тем, что каждый из инструментов снабжен самостоятельным О силовым механизмом, сложно обеспечить одинаковые. усилия обкатывания на каж- (д дом инструменте, Различие этих усилий фь, приводит к неравномерному упрочнению винтовой поверхности, что снижает эксплуатационные качества талих изделий.

Для некоторых винтовых деталей, работающих на трении скольжения, необходима комбинированная антифрикционная упрочняющая обработка, т.е, нанесение на обрабатываемую поверхность гнтифрикционного покрытия и последующая обработка этой поверхности методом ППД с образованием на ней регулярного микро1750634 рельефа, Увеличение силы сцепления антифрикционного покрытия с металлом основы и образование на них регулярного микрорельефа способствует получению деталей с высокими эксплуатационными качествами.

Однако с помощью известного устройства невозможна обработка винтовых поверхностей с предварительно нанесенными на них покрытйями, так как отсутствует ударное воздействие деформирующих инструментов, необходимое для обеспечения увеличения силы сцепления покрытия с металлом основы.

Кроме того. устройство неудобно и непроизводительно при эксплуатации в условиях крупносерийного производства, так как при смене обработанной детали требуется выполнение дополнительной операции — раскрытие. разъемного корпуса, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для отделочно-упрочняющей обработки резьб, которое содержит полый корпус, установленные в нем деформирующие инструменты и силовой механизм. Деформирующие инструменты расположены симметрично оси обарбэтываемой детали и со смещением по ее длине. Силовой механизм выполнен в виде пружины кручения, охватывающей держатели инструментов.

Устройство устанавливают в суппорт токарного станка, а деталь — в патроне. Единый силовой механизм обеспечивает одинаковое усилие обработки на всех инструментах, что является одним из условий образования точного регулярного микрорельефа на обрабатываемой поверхности.

Устройство удобно в эксплуатации в условиях крупносерийного производства, так как деталь может устанавливаться в корпус без его разъема.

Однако качество обрабатываемых на этом устройстве винтовых деталей недостаточна, так как отсутствует жесткая кинематическая связь инструмента с деталью, что нарушает стабильность микрорельефа, Кроме того, с помощью известного устройства невозможно обрабатывать винтовые поверхности с предварйтельно нанесенным на них покрытием в результате отсутствия ударного воздействия на них деформирующих инструментов.

Целью изобретения является повышение качества обработки винтовых поверхностей путем нанесения точного регулярного микрорельефа, Указанная цель достигается тем, тчо известное устройство для отделочно-упрочняющей обработки винтовых поверхностей, содержащее корпус с установленным в нем деформирующим инструментом, фиксаторы деформирующего инструмента и механизм силового воздействия на деформирующий инструмент, снабжено по меньшей мере

5 двумя аксиально установленными относительно деформирующего инструмента шаровыми опорами качения, одна из которых жестко закреплена на корпусе, а другая — на механизме силового воздействия. при этом

10 деформирующий инструмент выполнен в виде свободно нэсаживаемой на обрабатываемый винт гайки с прямоугольной резьбой и равномерно расположенными по ее внутренней боковой поверхности шлицевыми

15 пазами, параллельными оси гайки, на торцовых поверхностях гайки выполнены направляющие кольцевые дорожки под шаровые опоры, а на наружной боковой поверхности — прямоугольные пазы, продоль20 ная ось которых параллельна оси гайки, фиксаторы смонтированы с возможностью взаимодействия пазами, выполнены каждый в виде установленной в корпус цанговой втулки и размещенной во втулке

25 ступенчатой оси с фигурным выступом на конце, обращенном к прямоугольному пазу.

Выполнение деформирующего устройства в виде свободно насаживаемой на обрабатываемый винт гайки со шлицэми на

30 резьбе, размещение ее на аксиально расположенных шаровых опорах качения, обеспечивает автоматическую осевую подачу обрабатываемого винта без его вращения за счет прецессии оси гайки. Прецессион35 ное движение оси гайки относительно оси обрабатываемого винта вызвано аксиальным нагружением гайки и зазорами в осевом и радиальном направлениях между витками резьбы гайки и витками резьбы об40 рэбатываемого винта. Этим достигается жесткая кинематическая связь инструмента с деталью, а также получение ударного воздействия инструмента на обрабатываемую винтовую поверхность детали, 45 Наличие фиксаторов и их взаимосвязь с деформирующим инструментом посредством паза на боковой наружной поверхности инструмента позволяет обеспечить точность и правильность установки деформи50 рующего инструмента относительно обрабатываемого изделия, что в сочетании с особенностями выполнения деформирующей части инструмента обеспечивает высокое качество обрабатываемой поверхности

55 за счет получения точного регулярного микрорельефа и возможности обработки деталей с предварительно нанесенным покрытием с формированием нового состояния поверхностного слоя и образованием на поверхности регулярного микрорельефа.

1750934

10 ремещаясь по шпонкам 9, через опору 21,, контактирующую с беговой дорожкой 23, 20 передает рабочее усилие на инструмент 2, 25 тываемого винта 12 и гайки 10 занимает вой механизм 3 создает аксиальные усилия

30 за счет пружин 6, которые через шаровые

40 тельное движение гайки 10 связано с поступательным движением ее относитель45 но винта 12 без проскальзывания. При этом (фиг.1). Угол а можно определить иэ соотношения

h

sin a

На фиг.1 показано предлагаемое устройство в разрезе; на фиг,2 — разрез А-А на фиг,1; нв фиг,3 — разрез Б — Б на фиг,1; на фиг,4 — схема определения максимального угла поворота гайки относительно обраба- 5 тываемого винта в плоскости чертежа на фиг.1; на фиг.5- схема определения осевого и радиального зазоров между боковыми и цилиндрическими поверхностями резьбы гайки и обрабатываемого винта.

Устройство для отделочно- упрочняющей обработки винтовых поверхностей содержит полый корпус 1, деформирующий инструмент 2, силовой механизм 3 для создания усилия обработки и фиксаторы 4, 1

Силовой механизм 3 состоит иэ втулки 5, пакета тарельчатых пружин 6, гайки 7, регулирующей усилие прижима пружин 6 и стопорной гайки 8, Втулка 5 в корпусе 1 закреплена шпанками 9, которые скользяще смонтированы во втулке 5, Деформирующий инструмент 2 выполнен в виде гайки 10 с внутренней прямоугольной резьбой 11 с шагом "в", равным шагу обрабатываемого винта 12 и несколькими витками. Гайка 10 свободно насажена на обрабатываемый винт 12 с образованием осевого и радиального зазоров между витками гайки 10 и обрабатываемого винта 12, Гайка 10 по наружному периметру снабжена пазом 13 прямоугольного сечения.

Резьба 11 имеет сквозные продольные пазы 14 (фиг.2) в виде шлицев, равномерно расположенных по окружности симметрично друг другу и параллельно оси 15 гайки 10 (фиг.1}.

По окружности корпуса 1 равномерно расположены три фиксатора 4. Фиксатор 4 состоит иэ оси 16, которая расположена в цанговой втулке 17 и фиксируется в заданном положении с помощью стопорной гайки

18 (фиг.3). Один конец оси 16 выполнен в виде шестигранника под ключ 19, а другой конец снабжен фигурным выступом 20, который размещается в пазу 13 гайки 10 (фи г,1). Деформирующий инструмент 2 (фиг.1) установлен с помощью пары аксиально разнесенных шаровых опор 21 и 22 качения, 5 контактирующих с беговыми дорожками— направляющими 23 и 24, выполненными на противоположных сторонах 25 и 26 гайки

10. Шаровая опора 21 жестко закреплена на силовом механизме 3, а шаровая опора 22— на корпусе 1.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 устройства устанавливают и закрепляют в патроне токарного станка (не показан). В исходном состоянии пакет тарельчатых пружин 6 не нагружен. Ось 16 фиксатора 4 поворачивают на угол 90о и завинчивают гайку 18, при этом фигурный выступ взаимодействует с пазом 13 и поворачивает гайку 10 до совмещения ее оси с осью обрабатываемого винта 12 (ось шпинделя токарного станка).

Обрабатываемый винт 12 ввинчивают в гайку 10 на несколько витков и раэмещают в люнетах (не показаны). Раскрепляют стопорную гайку 18 и возвращают ось 16 фиксатора 4 в исходное положение (поворачивают на угол 90 ), Гайкой 7 устанавливают необходимое усилие обработки поджатием пружин 6, передающих усилие на втулку 5, которая, пеприжимая его к опоре 22. При этом возникает аксиал ьное нагружение инструмента-гайки 10 и она вследствие наличия осевых и радиальных зазоров между витками обрабанаклонное положение (фиг.1).

Включают станок, корпус 1 с силовым механизмом 3 начинает вращаться. Силоопоры 21 и 22 воздействуют на гайку 10. При аксиальном воздействии шаровых опор 21 и

22 на гайку 10, которая с зазором сопрягается с обрабатываемым винтом 12, на некотором локальном участке резьбы 11 гайки 10 и обрабатываемого винта 12 возникает нормальный контакт, Положение участка контакта зависит от места приложения аксиальной силы по длине окружности беговой дорожки 23 и 24 гайки 24, Поскольку контакт происходит по винтовой поверхности обрабатываемого винта 12, то вращачерез шаровые опоры 21 и 22 передается в основном аксиальная сила, Ось 15 гайки 10 совершает прецессионное движение с одновременным поворотом вокруг своей оси.

На фиг.4 представлена схема определения максимальногоуглааповорота гайки 10 относительно винта 12 в плоскости чертежа где h — высота профиля резьбы винта;

 — ширина гайки, 1750934

При известных наибольшем D

Онб Рнм

2 (2) Ширину гайки В можно определить по формуле

В =п где t — шаг резьбы винта;

n — количество витков резьбы в гайке.

С учетом выражений (1), (2) и (3) искомый угол а можно определить из выражения (3) 10

15 (4) sin а— - нб 0нм

2 t n

На фиг.5 представлена схема определения осевого д зазора между боковыми по- 20 верхностями резьбы 11 гайки 10 и винта 12 (фиг.1). При этом радиальный зазор а принимается равным осевому д, т.е, а = д. . (5)

Угол поворота оси гайки относительно 25 оси винта Р можно определить из соотношения э!пр — д

Рнм +

2 (6) 30

Принимая равнымиуглы аи Р,т.е, a= P можноопределить осевой зазор д по формуле

Каждый виток резьбы 11 гайки 10 40 (фиг.1), являясь деформирующим элементом, совершает сложное обкатывающее движение под давлением пружин 6, что приводит к деформированию металла винтовой поверхности из антифрикционного покрытия, если оно есть. Резьба 11 гайки 10 за счет шлицев 14 (фиг,2) имеет прерывистую пвоерхность, поэтому при повороте гайки 10, кроме того, возникает ударное воздействие шлицев 14 на обрабатываемую поверхность. 3а счет обкатывания и ударного воздействия на обрабатываемую поверхность на последней образуется регулярный микрорельеф. Устройство продолжает работать автоматически до тех пор, пока не будет 55 обработана винтовая поверхность по всей ее длине, Регулирование параметров состояния поверхностного слоя и микрорельефа на поверхности изделия осуществляют установкой деформирующего инструмента с помощью фиксаторов, изменением усилия обрабаотки посредством механизма Зи изменением частоты вращения корпуса 1.

Выполнение деформирующего инструмента в виде свободно насаживаемой на обрабатываемый винт гайки с прямоугольной резьбой позволяет вращать только корпус устройства без вращения детали, что во-первых, обеспечивает жесткую кинематическую связь инструмента с деталью, вовторых, не происходит накапливания погрешности при наличии ошибки по шагу у винта, Размещение гайки на аксиально разнесенных опорах качения позволяет создать прецессионное движение оси гайки, а самой гайке — сложное волнообразное движение и поворот ее вокруг своей оси для обеспечения обработки витков резьбы по всей поверхности обкатыванием и для осевого перемещения обрабатываемого винта.

Выполнение на резьбе гайки продоль- ных шлицев, параллельных оси гайки, обеспечивает получение ударных воздействий деформирующих элементов на обрабатываемую винтовую поверхность, что способствует дополнительному упрочнению поверхности. Кроме того, при обработке винтовых поверхностей с предварительно нанесенным антифрикционным покрытием ударные воздействия, активизируя слой антйфрикционного покрытия и тонкий слой металла-основы, интенсифицируют физикохимические поцессы, вызывают явление ускоренного массопереноса между частицами антифрикционного покрытия и металла основы, что и обеспечивает легирование верхнего слоя. металла, формирование нового (антифрикционного) поверхностного слоя детали и повышает сцепляемость покрытия и металла-основы.

Ударное обкатывание обеспечивает более полное заполнение неровностей поверхности металла-основы антифрикционным покрытием, что повышает качество обрабатываемой поверхности и эксплуатационные свойства обрабатываемых винтовых деталей такие как износостойкость, противоэадирность, равномерность и плавность перемещения, прирабатываемость. Напри-. мер, износостойкость при использовании предлагаемого устройства может быть увеличена в 1,5 раза. Кроме того, конструкция устройства технологична в изготовлении и сборке, что дает возможность заменять изношенные детали.

Формула изобретения

Устройство для отделочно-упрочняющей обработки винтовых поверхностей, со1750934

10 держащее корпус с установленным в нем деформирующим инструментом, фиксаторы деформирующего инструмента и механизм силового воздействия на деформирующий инструмент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества обработки винтовых поверхностей путем нанесения точного регулярного микрорельефа, оно снабжено по меньшей мере двумя аксиально установленными относительно деформирующего инструмента шаровыми опорами качения, одна из которых жестко закреплена на корупсе; а другая — на механизме силового воздействия, при атом деформ рующий инструмент выполнен в виде гайки с прямоугольной резьбой и равномерно расположенными по ее внутренней боковой поверхности шлицевыми пазами, параллельными оси гайки, на торцовых поверх5 настях гайки выполнены направляющие кольцевые дорожки под шаровые опоры, в на нгружней боковой поверхности — прямоугольные пазы, продольная ось которых параллельна оси гайки, фиксаторы

10 смонтированы с возможностью взаимодействия с пазами, выполнены каждый в виде установленной в корпусе цанговой втулки и размещенной во втулке ступенчатой оси с фигурным выступом на конце, обращенном

15 к и ря моу гол ь ному пазу.

1750934 р уа К -

84fh mdÕ

Составитель В. Дементьев

Техред М.Моргентал Корректор Q. ципле

Редактор С. Лисина

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

Заказ 2651 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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