Способ упрочнения ультразвуком наружных цилиндрических поверхностей деталей и инструмент для его осуществления

 

Использование: обработка металлов давлением, в частности к упрочняюще-чистфвой обработке с помощью ультразвука. Сущность изобретения: в процессе упрочн зния деталь вращают и деформируют врашающимся роликовым инструментом. Ось и нструмента расположена под углом к оси детали. Инструмент в процессе обработки перемещают вдоль обрабатываемой поверхйости. Ультразвуковые колебания передают на две зоны роликового инструмента, равноудаленные от центра пятна контакта ролика с деталью. Ролик в процессе обработки перемещают в сторону его наклона относительно оси детали. Деталь вращают в направлении, при котором вектор скорости в точке ее контакта с инструментом перпендикулярен векторам направления усилия статического прижима и направления перемещения инструмента. Указанные векторы образуют правую систему координат. Колебания рабочей поверхности осуществляют с частотой, 1 (К+4)2 V0,27T3E/pUd2 равной f D5У где DI -диаметрультразвукового роликового инструмента: D2 - диаметр цилиндрической выточки в торце .концентратора; d - диаметр отверстия в ролике; уплотность материала роликового инструмента; К - целое положительное число 1, 2. 3, 4... В прикрепленном к магнитострикционному преобразователю концентраторе выполнен прямоугольный паз. В торцовых поверхностях , ограничивающих прямоугольный паз, выполнены проушины, имеющие отверстия под фиксатор. Ролик выполнен с осевым отверстием. Фиксатор установлен в отверстиях проушин и ролика. 2 с.п, ф-лы, 7 ил. СО С vi ю ND 00 КЭ КЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК!

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ CCCP)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (я)5 В 24 В 39/00!

) 4 3 6

1 (11) 4868351/27 (22) 17.07.90 (46) 07.02,93. Бюл. M. 5 (?1) Производственное объединение "Минский тракторный завод им. В.И.Ленина" (12) С,cD,Кукин ф6) Авторское свидетельство СССР

Гф 1426764, кл. B 24 В 39/00, 1987. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУKQM НАРУЖНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТ

4ЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: обработка металлов давлением, в частности к упрочняюще-чист вой обработке с помощью ультразвука.

Сущность изобретения: в процессе упрочнения деталь вращают и деформируют враающимся роликовым инструментом. Ось и струмента расположена под углом к оси детали. Инструмент в процессе обработки перемещают вдоль обрабатываемой поверхности. Ультразвуковые колебания передаmr на две зоны роликового инструмента, р вноудаленные от центра пятна контакта р лика с деталью. Ролик в процессе обраб тки перемещают в сторону его наклона о носительно оси детали. Деталь вращают в

Изобретение относится к обработке материалов давлением, в частности, к ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработке металлических деталей.

Известен способ упрсчняюще-чистовой обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей роликовым ультразвуковым инструментом, где ультразвуковым инструментом под действием статической и .1,, Я2,, 1792822 А1

2 направлении, при котором вектор скоростй в точке ее контакта с инструмейтом перпендикулярен векторам направления усилия статического прижима и направления перемещения инструмента. Укаэанные векторы образуют правую систему координат. Колебания рабочей поверхности осуществляют с частотой, К+ — 2 Я„у равной f— о3 у где 01 — диаметр ультразвукового роликового инструмента; 02 — диаметр цилиндрической выточки в торце.концентратора; d— диаметр отверстия в ролике; f — плотность материала роликового инструмента; K — целое положительное число I, 2. 3, 4... В прикрепленном к магнитострикционному преобразователю концентраторе выполнен прямоугольный паз. В торцовых поверхностях, ограничивающих прямоугольный паэ, выполнены проушины, имеющие отверстия под фиксатор. Ролик выполнен с осевым отверстием. Фиксатор установлен в отверстиях проушин и ролика. 2 с.п, ф-лы, 7 ил. значительно большей динамической силы, создаваемой колебательной системой, пластически деформируют поверхностный слой детали при ее вращении относительно инструмента и перемещении инструмента вдоль детали.

Известен также способ упрочнения ультразвуком наружных цилиндрических поверхностей деталей, при котором деталь

1792822 вращают и подвергают поверхностному пластическому деформированию со статическим усилием вращающимся и возвратно-поступательно перемещающимся роликовым инструментом, перемещающимся вдоль детали, образующая которого расположена параллельно образующей цилиндрической детали, под углом к оси детали, а ультразвуковые колебания рабочим торцом концентратора передают на две зоны цилиндрического ролика, отстоящих на .одинаковом расстоянии от центра пятна контакта цилиндрического ролика с детальюю.

Известен ультразвуковой инструмент, содержащий магнитострикционный преобразователь с прикрепленным к нему концентратором, имеющим в рабочем торце цилиндрическую выточку и вращающийся цилиндрический ролик, расположенный под углом к оси детали перпендикулярно оси концентратора и контактирующий с его рабочим торцом в двух крайнйх зонах ролика, а с деталью центральной зоной по оси концентратора.

Однако, в данном способе и инструменте для его осуществления иэ-за принуди. тельного вращения. ролика и его возвратно-поступательного перемещения он в основном проскальзывает по обрабатываемой поверхности детали, что вызывает быстрый износ рабочей поверхности ролика и как следствие ухудшение шероховатости упрочняемой поверхности детали, а в ряде случаев приводит к ее задирам.

Кроме того, вследствие практической невозможности согласования присоединенной массы (деталь, ролик и приводной механизм ролика) с резонансной частотой колебательной системы в целом, а также несогласование частоты колебаний торца концентратора с собственной частотой изгибных колебаний ролйка, происходит резкое падение амплитуды колебаний поверхности ролика в процессе обработки по сравнению от амплитуды колебаний торца концентратора на холостом ходе.

Это тоже снижает качество упрочненного слоя (неравномерность шероховатости поверхности, микротвердости и глубины упрочненного слоя), Цель изобретения — повышение качества обработки за счет стабилизации режима качения ролика и амплитуды колебаний его поверхности, т.е, за счет исключения проскальзывания ролика относительной обрабатываемой поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе упрочнения с ультразвуком наружных цилиндрических поверх25 (к+-" Я

o) где 01 — диаметр ультразвукового роликово3 го инструмента, м;

Ог- диаметр цилиндрической выточки в горце концентратора, м;

d — диаметр отверстия в ролике, м; - плотность материала роликового инструмента, кг/м;

° Š— модуль упругости материала роликового инструмента;

К вЂ” целое положительное число со значениями 1,2,3,4...

Указанная выше цель достигается также . за счет того, что инструмент для упрочнения содержит магнитострикционный и реобразователь с прикрепленным к нему концентратором, имеющим на рабочем торце цилиндрическую выточку и прямоугольный паз, в котором размещен цилиндрический ролик, оснащен фиксатором ролика относи40

45 тельно концентратора, торцевые поверхности, ограничивающие прямоугольный паз, выполнены в виде полуцилиндрических проушин с радиусом скругления, равным радиусу ролика, высотою, равной диаметру ролика, и отверстием под фиксатор,а ролик выполнен с осевым отверстием, при этом фиксатор установлен в отверстиях проушин и ролика.

В предлагаемом изобретении повышеwe качества обработки осуществляется за счет стабильного процесса качения (беэ костей деталей, при котором деталь вращают и подвергают поверхностно у пластическому деформированию со статическим усилием, вращающимся роликовым инстру5 ментом, перемещающимся вдоль детали,. образующая которого расположена параллельно образующей цилиндрической детали под углом к оси детали, а ультразвуковые колебания рабочим торцом концентратора

1 передают на две эоны цилиндрического роликового инструмента отстоящих на одинаковом расстоянии от центра пятна контакта инструмента с деталью, перемещение ролика вдоль обрабатываемой поверхности де15 тали осуществляют в сторону его наклона, деталь вращают таким о6ра3оМ, что вектора направлений перемещения ролика вдоль детали, действие усилия статического прижима ролика к детали и перемещение обра2(батываемой поверхности в зоне контакта с роликом составляют правую систему, а колебания рабочей поверхности ролика осуществляют с частотой, равной

1792822 проскальзывания) ролика по поверхности де1алй, что обеспечивает своевременную смену контактируемой поверхности ролика с поверхностью детали, и как следствие сохранения рабочих свойств поверхности ролика в течение длительного процесса и исключает схватывание и задиры с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, за счет подбора диаметров ролика, отверстия в нем и цилиндрической выточки в торце концентратора таким образом, что частота колебаний торца концентратора соответст.вует собственной частоте иэгибных колеба. ний ролика обеспечивается резонанс изгибных колебаний ролика и в процессе ! обработки пбд нагрузкой амплитуда колебании поверхности ролика незначительно падает, однако, она остается по величине, близкой к амплитуде колебаний торца концентратора. Вследствие этого повышается стабильность получения требуемых характеристик качества упрочненного слоя (шероховатость, твердость и глубина упрочненного слоя) и воспроизводимость самого процесса обработки, что особенно важно при обработке деталей массового производства)., На фиг. 1 изображена схема для осуществления способа обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей ультразвуковым способом; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез В-В на фиг. 3; на фиг, 5 — вид Г на фиг, 3; на фиг. 6 — разрез

D-D на фиг. 3; на фиг. 7 — разрез E-E на фйг. 1.

Обрабатываемая поверхность цилиндрической детали 1 вращается со скоростью

Ч в контакте с вращающимся цилиндрическим роликом 2 диаметром 01, на который воздействуют статическим усилием прижима Ру и ультразвуковыми колебаниями через концентратор 3 от магнитострикционного преобразователя 4. Ролик 2 устанавливается в прямоугольные пазы 5, 6 глубиной Df/2 и шириной D f. торцами касается полуцилиндрических проушин 7, 8 диаметром 0 и фиксируется OT выпадания шплинтом 9, продетым через цилиндрические отверстия диаметром d в проушинах 7, 8 и ролике 2. Центральная зона рабочей поверхности ролика 2 не контактирует с торцом концентратора 3 за счет цилиндрической выточки 10 диаметром Dz.

В процессе обработки ролик 2, концентратор 3 вместе с преобразователем 4 перемещаются вдоль детали 1 с подачей S, в — > -+ -а результате чего вектора S, Py, V составляют правую систему.

20 приспособлении, которое закреплялось в

25 резцедержателе токарного станка. Прижим передавались от магнитострикционного

30 преобразователя через .конические конся на профилометре-профилографе модели

40 201, а твердость и глубину упрочненного

50

10

Статический прижим ролика к детали осуществляется механической пружиной (не показано), которая воздействует на систему преобразователь-ролик-деталь.

Вывод формулы для подбора диаметров выточки Dz в торце концентратора, роликового инструмента D< и отверстия в нем d производился из условия, что частота собственных изгибных колебаний роликового ин-: струмента должна быть равна частоте колебаний торца концентратора.

Пример. Проводилась ультразвуковая обработка наружных цилиндрических по- верхностей диаметром 88 мм деталей из стали 45. Исходная шероховатость поверхности Pa = 0,63 мкм, твердость НРСэ 48-54.

Ультразвуковой роликовый инструмент изготавливался иэ стали Р6М5, твердость материала которого составляла НВСэ 62-65, а рабочая поверхность полировалась до шероховатости Pz = 0,008 мкм.

Магнитострикционный преобразователь

ПМС-15А-18 устанавливался в специальном преобразователя осуществлялся пружиной, которая была проградуирована в кгс, Ультразвуковые колебания на ролик центраторы, рабочие торцы которого имели полуцилиндрические проушины с отверстиями и цилиндрические выточки разного диаметра. Питание магнитострикционного преобразователя осуществлялось от ультразвукового генератора УЗ3-4,.

Замер параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей осуществлялслоя на микротвердомере ПМТ-З. Результаты упрочнения сравнивались с результатами, полученными при реализации способа согласно прототипу; в котором использовался ролик диаметром 10 мм, изготовленный из стали PGM5. Остальные аналогичные параметры процесса также как и в предлагаемом способе.

Выбор диаметров 01, Dz, d из условия получения целочисленного значения чйсла

К обеспечивает стабильность шероховатости, глубины и микротвердости упрочненных слоев.

Выбор значений 0, 0о и d при К нецелочисленном числе вызывает уже значительный разброс значений шероховатости, глубины и микротвердости упрочненного слоя с увеличением шероховатости и снижением глубины и микротвердости.

1792822

Использование данного способа обеспечивает повышение качества обработки, улучшейие эксплуатационных свойств обрабатываемых поверхностей, снижение шероховатости обрабатываемой поверхности и расширение технологических возможностей процесса..

Заданйе. процесса обработки таким образом, что вектора 3, Ру и V составляют левую систему, приводит к резкому снижению стойкости инстру- 5 мента.

: Ф о р м у л э и з о б р е т е н и я: где D1-диаметр ультразвукового роликовоСпособ упрочнения ультразвуком йэ- . ro инструмейта, м; ружных цилиндрических поверхностей де- ... Dz-диаметр цилиндрической выточки e. талей, при котором деталь вращают и . торце концентратора; м; подвергают поверхностному пластическому d — диаметр отверстия в ролике, м; деформированию со статическим усилием g-плотность материала роликовогоинвращающимся: ролик6вым инструментом, струмента, кг/м з. ось которого расположена в плоскости, па-: Е-модульупругостимятериалароликораллельной образующей обрабатываемой ваго инструмента; кг/м/ с детали; под углом к оси детали, при этом К- целое положительное число со знароликовый инструмент перемещают вдоль . чениями1,2,3,4... обрабатываемой детали, а ультразвуковые колебания передают на две зоны роликово- 2. Инструмент для упрочненйя ультго инструмента, отстоящие на равном рас- развуком наружных цилиндрических . стояний от центра пятна контакта ролика с поверхностей деталей, содержащий магдеталью. отличающийся тем. что. с нитострикционный преобразователь с прицелью повышения качества обработки за крепленным к нему концентратором, счет исключения проскальзывания ролика имеющим на рабочем торце цилиндричеотносительно обрабатываемой поверхно- акую выточку и прямоугольный паз, в кото сти, ролик в процессе обработки перемеща- - ром размещен цилиндрический ролик, о тат вдоль обрабатываемой детали в сторону л и ч à ю шийся тем, что, с целью повыше его наклона относительно осй детали, вра- ния качества обработки зэ счет исключения щение детали осуществляют в направле- ° проскальзывания ролика относительно об, нии; при котором вектор скорости детали .. рабэтываемой поверхности, он снабжен в точке.ее контакта с инструментом riep- фиксатором ролика относительно концент.:пендикулярен векторам направления уси- раторэ,торцевые поверхности. ограничива:. -лия статического прижймэ и направления: ющие прямоугольный паз, выполнены в перемещения инструмента, при атом эти виде полуцилиндрических проушин с равекторы образуют правую систему коорди-- . диусом скругления. равным радиусу ролинат, а колебания рабочей поверхности роли- ка, высотою, равной. диаметру ролика, и ка осуществляют с частотой, равной . отверстием под фиксатор, ролик выполнен

i +1 i2 : .: с осевым отверстием. при этом фиксатор

4 0,2 л Е (O> + б установлен в отверстиях проушин и роли0 :.: У

1792822

1792822

1792822

2 1 Ю

Составитель С. Кукин

Техред М.Моргентал

Корректор Н. Король

Редактор С. Кулакова

Заказ 474 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям.и открытиям при ГКНТ СССР

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

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