Способ вибрационного упрочнения деталей типа тел вращения

 

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для упрочнения поверхностей деталей формы тел вращения со сложным профилем образующей . Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем обеспечения обработки поверхностей деталей сложного профиля с большим перепадом диаметров на малой длине. Способ включает сообщение детали обкатки по поверхности колеблющегося корпуса по обрабатывающим стальным закаленным шарикам, предварительно загруженным вместе с деталью в контейнер. Диаметр внутренней цилиндрической поверхности корпуса выбирают большим максимального диаметра обрабатываемой детали на 4-5 диаметров обрабатывающих шариков плюс две амплитуды колебаний корпуса. Объем загружаемых обрабатывающих шариков составляет 0,7-0,8 объема свободного пространства между деталью и корпусом. При одновременном упрочнении наружных, внутренних и торцовых поверхностей деталей длину корпуса выбирают большей длины детали на шесть диаметров обрабатывающих шариков. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 24 В 31/067

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4769387/08 (22) 18,12,89 (46) 07,11,92. Бюл. K 41 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола, Каменск-Уральский литейный завод (72) В.С.Ступин, M,Ï.Ïëóíñêèé, А.М.Кук, И.С,Афтаназив и B.À,Ùèãåëü (56) Авторское свидетельство СССР

М 831581, кл. В 24 В 31/067, 1978. (54) СПОСОБ ВИБРАЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для упрочнения поверхностей деталей формы тел вращения со сложным профилем образующей. Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем обеспечения обработки поверхностей детаИзобретение относится к области машиностроения и предназначено для упрочнения поверхностей деталей формы тел вращения со сложным профилем образующей, Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем обеспечения обработки поверхностей деталей сложного профиля с большим перепадом диаметров на малой длине.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для реализации описываемого способа при упрочнении наружной поверхности; на фиг. 2 — сечение

„„512„„1773693 Al лей сложного профиля с большим перепадом диаметров на малой длине. Способ включает сообщение детали обкатки по поверхности колеблющегося корпуса по обрабатывающим стальным закаленным шарикам, предварительно загруженным вместе с деталью в контейнер. Диаметр внутренней цилиндрической поверхности корпуса выбирают большим максимального диаметра обрабатываемой детали на 4 — 5 диаметров обрабатывающих шариков плюс две амплитуды колебаний корпуса. Обьем загружаемых обрабатывающих шариков составляет 0,7-0,8 объема свободного пространства между деталью и корпусом, При одновременном упрочнении наружных, внутренних и торцовых поверхностей деталей длину корпуса выбирают большей длины детали на шесть диаметров обрабатывающих шариков. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

А-А на фиг, 1; на фиг. 3 — принципиальная схема устройства для реализации описываемого способа при одновременном упрочнении наружных, внутренних и торцовых поверхностей детали и на фиг. 4 — график зависимости частоты вращения обрабатываемой детали от соотношенИя насыпного обьема обрабатывающих тел к объему заполняемого пространства между деталью и корпусом, Устройство для реализации способа состоит из упруго установленного посредством пружин 1 на основании 2 цилиндрического корпуса 3, в котором сво1773693

10

du> — диаметр обрабатывающего шари- 20 ка; бодно размещены обрабатываемая деталь 4 и обрабатывающие тела 5 (фиг. 1), Твердость обрабатывающих тел, а именно, стальных закаленных шариков, превышает твердость материала обрабатываемой детали 4. Корпус 3 оснащен крышкой 6, образующей совместно с ним замкнутую цилиндрическую поверхность, и торцовыми стенками 7, к которым присоединены вибровоэбудители 8, для сообщения контейнеру круговых колебаний в плоскости, перпендикулярной его оси. Внутренняя поверхность корпуса 3 для уменьшения износа и звукоизоляции футерована резиной или полиуретаном 9. Диаметр внутренней цилиндрической поверхности корпуса 3 выполнен равным

0к=0д (4-5)d i+2A, (1) где Ок — диаметр полости корпуса;

0л — диаметр детали;. А — амплитуда колебаний корпуса.

Рабочая длина корпуса 3 на (0.25 — 0.50)с1щ превышает длину обрабатываемой детали 4.

Упрочнение деталей согласно описываемому способу осуществляют следующим образом. При отключенном питании вибровозбудителей 8 и открытой крышке 6 в корпусе 3 свободно устанавливают подлежащую обработке деталь 4 (фиг, 1), таким образом, что ее геометрическая ocb параллельна оси корпуса 3, Пространство между деталью 4 и внутренней поверхностью корпуса 3 на 0,7-0,8 его объема заполняют обрабатывающими ш"- а 5, Закрывают крышку 6 и запуска, вибровозбудителей 8 сообщают корпусу 3 круговые колебания в плоскости, перпендикулярной его геометрической оси с амплитудой А, удовлетворяющей соотношение (1) и требуемой частотой. Под действием колебаний корпуса располо>кенная внутри него деталь

4, благодаря эффекту вибрациоиного поддержания вращения, вовлекается B обкатку.

Обкатка обрабатываемой детали 4 происходит по поверхности, эквидистачтной ее наружной поверхности, по слою толщиной f3 несколько обрабатывающих шариков с частотой, равной частоте колебаний корпуса (фиг. 2). За каждый период колебаний корпуса 3 обрабатываемая деталь 4 осуществляет одно движение обкатки по слою обрабатывающих шариков 5 по внутренней поверхности корпуса 3, провернувшись при этом на некоторый угол вокруг своей геометрической оси. Провороты обрабатываемой детали 4 за каждый из периодов колебаний корпуса 3 суммируются в направленное вращение детали 4 при ее об25

55 катке в направлении, противоположном направлению колебаний корпуса 3. На фиг, 2 направление вращения обрабатываемой детали 4 и колебаний корпуса 3 обозначены стрелками. При обкатке обрабатываемая деталь 4, воздействуя на обрабатывающие шарики 5 центробежной силой, прижимает их своей наружной поверхностью к внутренней поверхности корпуса 3. Между деталью и корпусом образуется слой обрабатывающих шариков, толщина которого по длине образующей изменяется в соответствии с формой детали. Слой обрабатывающих шариков образует поверхность, эквидистантную наружной обрабатываемой поверхности детали при соосном ее располо>кении с корпусом, по которой и происходит обкатка детали. Эксцентриситет детали

4, т.е. разница радиусов поверхности обкатки, образованной слоем обрабатывающих шариков, и наружной поверхности обрабатываемой детали, в каждом произвольном поперечном сечении корпуса постоянен.

При обкатке в каждый момент времени деталь 4 контактирует с корпусом 3 через определенное количество обрабатывающих шариков 5, расположенных вдоль образующей ее наружной поверхности. По мере перемещения детали 4 при ее обкатке она входит в ударный контакт с очередной группой размещенных вдоль образующей нару>кной поверхнoGTN детали группой обрабатывающих шариков 5. Соударяющимися телами при этом являются сама деталь с одной стороны и корпус 3 — с другой. Развиваемое обкатывающейся деталью 4 усилие деформирования равно центробежной силе и прямо пропорционально массе детали, ее эксцентриситсту и квадрату круговой частоты колебаний корпуса 3. B местах контакта с обрабатывающими шариками 5 материал детали 4 в поверхностном его слое пластически деформируется, упрочняется.

Вращение детали 4 при ее обкатке вокруг своей геометрической оси способствует равномерному покрытию следами соударений всей обрабатываемой наружной поверхности детали, т,е, равномерному ее упрочнению. При объемах загрузки обрабатывагсщих шариков, выходящих за пределы

0,7...0,8, нарушаются условия существования устойчивого режима обкатки обрабатываемой детали по слою обрабатывающих шариков, При отсутствии обкатки величина сообщаемой поверхности детали энергии деформирования ограничивается массой единичного обрабатывающего шарика, что существенно меньше энергии деформирования, развиваемой при обкатке массивной детали, В результате снижается определяе1773693 мая энергией деформирования толщина упрочненного слоя на обработанных поверхностях детали 4, По завершению обработки останавливают вибровоэбудители 8, открывают крышку корпуса 6 и извлекают обработанную деталь 4. На ее место устанавливают в корпус 3 очередную подлежащую упрочнению деталь 4 и цикл обработки повторяют в описанном выше порядке.

При технологической необходимости одновременного упрочнения наружных, внутренних и торцовых поверхностей детали 4 рабочую длину корпуса 3 принимают большей длины детали на шесть диаметров обрабатывающих шариков 5 (фиг. 3). Свободное пространство, образованное внутренней поверхностью контейнера и всей поверхностью детали на 0,7...0,8 обьема заполняют обрабатывающими шариками 5, Обработку детали 4 осуществляют аналогично описанному выше процессу. При этом при сообщении корпусу 3 колебаний часть обрабатывающих шариков 5 движущейся деталью 4 вытесняется через зазоры между торцами карлуса 3 и детали 4 во внутреннюю полость обрабатываемой детали 4. Их соударением с внутренними и торцовыми поверхностями детали 4 при обкатке детали

4 наружной поверхностью по слою обрабатывающих шариков 5 и обеспечивается улрочнение поверхностей внутри детали 4, Величину суммарного зазора между торцовыми поверхностями детали 4 и корпуса 3, равную шести диаметрам обрабатывающих шариков, выбирают из следующих сообра.жений. При величине суммарного зазора, меньшей шести диаметров обрабатывающих шариков 5, на торцовых поверхностях обрабатываемой детали 4 лри ее улрочнении наблюдались забои и вмятины, приводящие к браку. Забои и вмятины исчезают при обработке детали с величиной суммарного зазора, равной или превышающей шесть диаметров обрабатывающих шариков 5. Однако в последнем случае увеличиваются габариты, материало- и энергоемкость устройства для реализации описываемого способа. В связи с этим рекомендуемая величина суммарного зазора равна шести диаметрам обрабатывающих шариков 5.

Согласно предложенному способу осуществляли упрочняющую обработку партии дисков колес легкового автомобиля "Жигули", изготовленных методом литья иэ алюминиевого сплава АЛ-9. Максимальный диаметр диска в ребордной части равен 365 мм, диаметр обода 330 мм, высота его 157 мм. B цилиндрическом контейнере с диаметром внутренней поверхности 410 мм и

55 длиной 160 мм производили обработку наружных поверхностей дисков. Наблюдения за перемещениями диска внутри контейнера осуществляли через встроенные в торцовые стенки контейнера окна в стробоскопическом свете, В качестве обрабатывающих тел использовали стальные закаленные шарики диаметром 8 мм.

Амплитуда сообщаемых контейнеру круговых колебаний, перпендикулярных к геометрической оси контейнера, составляла 3 мм при частоте колебаний 24 Гц. На первом из партии дисков исследовали влияние соотношения насыпного объема загрузки Vx обрабатывающих шариков к объему Ч пространства контейнера между его внутренней поверхностью и наружной поверхностью детали, на частоту вращения обрабатываемого диска. Исследования проводили следующим образом. Устанавливали в контейнер диск и свободное пространство междуним и контейнером полностьюзаполняли обрабатывающими шариками. Сообщали контейнеру колебания и фиксировали частоту вращения и характер перемещений обрабатываемого диска, Затем останавливали вибровоэбудители, удаляли из контейнера часть обрабатывающих шариков в объеме 0,05V и вновь сообщали контейнеру колебания и фиксировали частоту вращения и характер перемещений диска. Порционное извле".ение шариков производили из полностью заполненного пространства

Чн между контейнером и деталью (=1) до

V полного удаления шариков из контейнера

Чл (=О). Резуль аты исследований представV лены на фиг. 4 в виде графика, где по оси

\ „ абсцисс отложено соотношение —, по

Ч оси ординат — частота вращения диска лри его обработке, В диапазоне от полной

Чл загрузки контейнера (=1) до соотношения

Чн — 0,8 наблюдалось медленное проворачивание диска вокруг своей оси в направлении, совпадающем с направлением колебаний контейнера, с частотой 2 — 3 обоЧн рога в минуту. При — 0,8 зафиксирована обкатка диска по слою обрабатывающих шариков и его вращение в направлении противоположном направлению колебаний с частотой 12-13 об/мин. В диапазоне от

Чн Чн

=0,8 до =0,7 зафиксировано наличие

V Ч обкатки диска по слою шариков с частотой

1773693 его вращения n=12-18 оборотов в минуту, причем наибольшая частота вращения — 18 об/мин зафиксирована при =0,75, При

Чн

=0,7 обкатка исчезла, изменилось наЧ»» правление вращения диска, а его частота составила 5 — 6 об/мин. Уменьшение количеЧн ства шариков в контейнере с =0,7 до

V4»

=0.5 не приводило к появлению обкатки, Наблюдалось вращение диска в направлении, совпадающем с направлением колебаний контейнера, с частотой вращения 5 — 5 оборотов в минуту. При дальнейшем уменьшении количества шариков в контейнере ( г — <0.5) диск хаотически перемещается в контейнере с ударами о его внутреннюю поверхность, резкими проворотами то в одну, то а другую сторону, Направленное его вращение отсутствует. В каждом из диапазонов произведена упрочияющая обработка дисков, иа протяжении 10 минут. Из различных участков упрочненных наружных поверхностей дисков вырезали образцы материала, иа шлифах которых после их рекристаллизационнаг0 ат>кига и травления в растворе Каллера определяли пад микроскопом при 120-кратном увеличении толщину упрачнениого слоя. В первом диапазоне

Чн

1» — 0,8 на наружной поверхности диска толщина упрачненнога слоя находится в пределах 0,20-0,25 мм при высо: и равномерности обработки. Во втором диапаза»e

0,8 0,7 сохраняется высокая равно Чн мерность упрачнения наружных и внутренних поверхностей нри толщине упрочненного слоя 0,6-0,65 мм. В диапазаЧ»» ие 0,7> — 0,5 обеспечивается толшина упрочненного слоя 0,2 мм, причем обнаружены участки с неравномерной обработкой и отдельными забоинами, Обработка диска

Ч а диапазоне — < 0,5 в результате хаотичного перел1ещеиия диска внутри контей»4ера, сопровождающегося ударами о внутрен»»ю»а поверхность ка»4тейнера, привела к образованию на ребардной части диска множества эабоин и вмятин, в связи с чем диск пришел а негодность.

В цилиндрическом контейнере с диаметром внутренней поверхности 410 мм и длиной 205 мм, и при режимах, аналогичных укаэанным выше, производили исследование процесса совместного упрочнения наружных, внутренних и торцовых поверхностей дисков и их обработку в разных диапазонах объемов. При этом обьемам V

10 заполняемого пространства являлся внутренний обьем контейнера за вычетом обьема диска. Экспериментальное изучение

Чн влияния соотношения обьемов — иа скаЧ рость вращения диска а рассматриваемом случае привело к тем >ке результатам, что и обработки ие обнаружено. Из результатов эксперимента следует, что оптимальным, с точки зрения обеспечения толщины упрачиениого слал и равномерности упрочнения как при обработке наружных, так и при совместной обработке наружных, внутренних и торцовых поверхностей, является диапазон соотношения обьема шариков K абьему свободного пространства 0,8 =" —" )0,7.

Ч

8 сравнении с прототипом предло>кеиный способ позволяет обеспечить упрочнение наружных и торцовых поверхностей деталей формы тел вращения сложного профиля с большим перепадом диаметроа на малой длине. Обеспечиваемая описанным способом высокая равномерность упрочнения при большой толщине упрочненнога

55 в предыдущем случае (фиг, 4), Исследование и обработку партии дисков проводили аналогично описанной выше обработке наружной

15 поверхности дисков. После определения толщины упрачиенного слоя оказалась, чта

Ч»4 в первом диапазоне 1> . 0,8 как на анутЧ> ренних, так и на наружных и торцовых па20 верхиастях диска толщина упрачиеннаго слоя находится в пределах 0,20 — 0,25 мм при равномерной обработке. Во втором диапаЧн зоне 0,8 > — >0,7 сохраняется равномерность упрочиения поверхностей при толщине упрочненного слоя 0,6 — 0,65 мм. В

V„ диапазоне 0,7 = —, )0,5 на наружных и внутренних поверхностях обеспечивается

30 толщина упрачненного слоя 0,2 л",м на торцовых 0,1 — 0,15 мм, причем обнаружены участки с неравномерной обработкой и отдельными забоинами на диске. ОбрабатЧн

35 ка диска а диапазоне вЂ, <0,5 в результате хаотичного перемещения диска внутри контейнера, сопровождающегося ударами а внутренню»о и торцоау»о поверхности контейнера, привела к образованию на ребор40. дной части диска и торцах забаии и вмятин.

На внутренней поверхности диска следов

1773693

10 слоя позволит увеличить долговечность обработанных деталей, в особенности подверженных в процессе - эксплуатации знакопеременным циклическим нагружениям, например, барабанов и реборд авиаци- 5 онных колес, автомобильных дисков и т.п.

Формула изобретения

1. Способ вибрационного упрочнения деталей типа тел вращения, при котором обрабатываемую деталь обкатывают в поло- 10 сти заполненного стальными шариками корпуса в режиме вибрационного поддер жания вращения, при этом размеры полости определяют в зависимости от размеров обрабатываемой детали, диаметра обрабаты- 15 вающих шариков и амплитуды колебаний корпуса, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обеспечения обработки

20 поверхностей деталей сложного профиля с большим перепадом диаметров на малой ,цлине, форму полости корпуса выбирают цилиндрической с диаметром Ок, определяемым по формуле

РК=0дмакс+(4 5)бш+2А. где D i<>«- максимальный диаметр обрабатываемой детали; с4 — диаметр обрабатывающего шарика:

А — амплитуда колебаний корпуса, а насыпной объем стальных закаленных шариков берут равным 0,7-0,8 объема заполняемого шариками пространства между корпусом и деталью.

2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что длину полости корпуса выбирают большей длины детали на шесть диаметров обрабатывающих шариков.

1773693 ,4 —,4

1-773693.ЮР

Составитель В.Щигель

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Л.Филь

Редактор

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

Заказ 3896 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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