Комбинированный инструмент для регуляризации микрорельефов

 

Использование: обработка металлов давлением, поверхностное пластическое деформирование . Сущность изобретения: инструмент содержит установленные на державке деформирующие элементы, режущие элементы и калибрующие элементы. Деформирующие элементы выполнены двух разновидностей, раскрыты конструктивные особенности выполнения отдельных элементов инструмента. Даны математические зависимости между параметрами инструмента. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ IFСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 24 В 39/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (Г СПАТЕНТ СССР)

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

":: м8 I (21) 4900096/27 (22) 03.01.91 (46) 07.02.93. Бюл. ¹ 5 (71) Минский радиотехнический институт (72) В.А.Горохов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 653098, кл. В 24 В 39/02, 25.03;79, 1 (51) КОМБИНИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ

ДЛЯ РЕГУЛЯРИЗАЦИИ MMKPOPEflbEФ Б !

"I

1

I

1

Изобретение относится к механической об аботке поверхностей деталей из различны материалов поверхностным пластическим деформированием (ППД) и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и ремонтном производстве, Известны комбинированные инструме ты для регуляризации л1икрорельефов (Ч РМ Р и ПРМ Р) на технических поверхностях путем ППД шаром, роликом, дорном, протяжкой. Однако известные инструменты не позволяют совмещать образование

ПРМР и ЧРМР в один процесс. обрабатывать цилиндрические поверхности малого диаметра, обеспечивать высокое качество и производительность обработки ППД.

Наиболее близок к предлагаемому инструмент для образования микрорельефа в виде набора вращающихся дисков с косозубыми выступами правого и левого направлений, - Но инструмент обеспечивает образование лишь ЧРМР в виде винтовых ка 1авок двух противоположных направле„„Я2 „„1792823 А1 (57) Использование: обработка металлов давлением, поверхностное пластическое деформирование. Сущность изобретения . инструмент содержит установленнйе на державке деформирующие элементы, режущие элементы и калибрующие элементы. Деформирующие элементы выполнены двух разновидностей, раскрыты конструктивные особенности выполнения отдельных элементов инструмента. Даны математические зависимости между параметрами инструмента. 7 ил. ний, не обеспечивает высокого качества рабочих поверхностей деталей по микрогеометрии и точности "из-за наличйя на нйх приканавочных наплывов (нагромождений) выдавленного из-под деформирующих выступов дисков материала, что резко увеличивает шероховатость и изменяет размер обрабатываемых поверхностей, Следует отметить низкую производительность обработки, т.к. обеспеченйе качества и точности поверхностей деталей при этом связано с использованием другого инструмента и введением дополнительных операций снятия приканавочных наплывов материала, выглаживания исходной поверхности, обработки мест расположения снятых наплывов и калибрования отверстий, Кроме того, инструмент предназначен лишь для обработки внутренних цилиндрических поверхностей, что сокращает его технологические возможности.

Цель изобретения — повышение производительности за счет совмещения в один

1792823 процесс образования полностью и частично регулярных микрорельефов и повышение качества обработки, Применение предлагаемого комбинированного инструмента позволяет без дополнительных источников вибрации (виброголовок) за один проход одновременно образовывать на поверхностях

ПРМР и ЧРМР, увеличивать как несущую способность, так и маслоемкость рабочих поверхностей деталей, улучшать их качест-. во и экспулатационные свойства. 3а счет совмещения образования ПРМР и ЧРМР, снятия приканавочных наплывов и калибрования поверхностей в один процесс в несколько раз возрастает производительность обработки.

Указанная цель достигается тем, что в инструменте, состоящем из державки, вращающихся деформирующих, режущих и калибрующих элементов, на (в) державке последовательно за деформирующими элементами установлены режущие элементы для снятия приканавочных наплывов и калибрующие элементы, а деформирующие элементы выполнены двух разновидностей, причем элементы первой разновидности, служащие для образования полностью регулярных микрорельефов, выполнены в виде секций зубьев разных диаметров и винтовых направлений с равномерно расположенными в шахматном порядке и в количестве z< выступами в виде выпуклостей, образованных цилиндрическими поясками диаметрами d и й, заборными с углами 01 и обратными с углами бЪ конусами и винтовыми разных направлений лысками с углами у расположения относительно продольной оси инструмента и углом

кения стенок разделительных пазов с окружностью диаметром б параллельными между собой боковыми поверхностями симметрично расположенных относительно радиальных осей разделительных винтовых пазов, режущие элементы выполнены диаметром бз, а калибрующие элементы — в виде зубьев диаметром dq с углом заборного и обратного конусов (+, - при этом вышеуказанные параметры отдельных элементов инструмента связаны строго определенными соотношениями.

Существенные отличия инструмента от известных заключаются в том, что в нем

"0 предусмотрены деформирующие элементы не только для образования ЧРМР в виде системы пересекающихся под определенными углами канавок; повышающих только маслоемкость поверхностей, но и для обра"б зования ПРМР с регулярными по высоте и форме микронеровностями, большими ра-. диусами их скругления, что увеличивает опорную площадь и несущую способность поверхностей в соединениях; после обра20 ботки инструментом приканавочные наплывы не остаются на поверхности, а срезаются; шероховатость поверхности:не увеличивается, а уменьшается; точность обработки не ухудшается, а улучшается. Все

2б перечисленное достигается за счет наличия в инструменте не только деформирующих двух разновидностей, но и режущих и калибрующих элементов. Если для образования

ЧРМР ширина выпуклостей деформирую30 щих элементов во много раз меньше ширины разделительных канавок, как это предусмотрено и в существующих инструментах, то для образования ПРМР ширина выпуклостей деформирующих элементов

3б должна превышать ширину лысок (впадин).

В существующих инструментах для групповой обработки ППД угол между поверхностью, ограничивающую выпуклость (сектор) элемента в круговом направлении, и каса40 тельной к окружности выпуклостей (секторов) секций в местах ее перехода в лыску

pi = 90О, то в предложенном инструменте этот угол не превышает 30, что повышает качество обработки цилиндрических повер.45 хностей за счет исключения при обработки в режиме создания ПРМ Р выдавливания материала из-под выпуклостей и нагромождения его вдоль обработанных предыдущим зубом полос поверхности.

Инструмент выполняется в вариантах для обработки отверстий и наружных цилиндрических поверхностей, Он относится к, легкопереналаживаемым (гибким), т,к. на (в)

or„

"" державке можно устанавливать не весь комплект элементов, а только часть его в зависимости от целей обработки. Например, нужно создать только ПРМР, или только

ЧРМР без приканавочных наплывов, или

1792823

ПРМР+ ЧРМР с приканавочными наплывами, что необходимо в ряде случаев для обеспечения прочности соединения (сцепления) неразьемных соединений, обеспечиваемых заливкой в жидком состоянии металла од- 5 ной детали в другую, напрессовкой нагретой детали на холодную, напылением металла одной детали на другую, тогда набор элементов в инструменте будет неполным. 10

Деформация переходных ленточек поверхности под углом 60 и более, что обеспечивается углом р (30 между лыской (элементом впадины) и касательной к цилиндрической поверхности выпуклости в 15 месте перехода ее в лыску, приводит к исключению выдавливания материала из-под выпуклости, исключает необходимость его выравнивания, повышает качество и точность обрабатываемой поверхности. 20 !

Перекрытие выпуклостей одного зуба секции выпуклостями другого, что обесйечивается превышением ширины выпукло1 сти по хорде над шириной лыски (впадины) ! зубьев, исключает ленточки необработан- 25 но поверхности, наблюдаемые, например, пр обработке поверхностей по групповой схе е существующим инструментом, у которог секторы (выпуклости) равны по ширине пазам и не имеют жесткого положения в 30 крууoBoM направлении. Эта псовеннввта нввог инструмента приводит к равномерной микрогеометрии обработанных поверхностей.

Для высокоэффективной работы необ- 35 ход1мы обоснованные соотношения размеров инструмента и относительных пойЬжений поверхностей, что достигается ! путЕм расчета параметров или назначения их ц определенных пределах. 40

I На фиг. 1 и 2 изображены варианты инструмента для одновременного образования ПРМР и ЧРМР соответственно на внутренних и наружных цилиндрических поверхностях заготовок; на фиг, 3 и 4 — по- 45 перечные сечения деформирующих элементов hepnoA разновидности для образования

ПРМР соответственно на внутренних и наруж ых цилиндрических поверхностях; на фиг. 5 и 6 — сечения деформирующих эле- 50 мен109 второй разновидности для образования ЧРМР соответственно на внутренних

1 и наружных цилиндрических поверхностях; на фниг, 7 — ЧРМР на развертках цилиндрических поверхностей. 55

Инструмент состоит из направляющего элемента 1, деформирующих элементов первой разновидности (секций зубьев) 2 и 3, деформирующих элементов второй разновидности 4 и 5, режущего 6 и калибрующего

7 элементов, державки 8, упорных колец 9, подшипников 10 и фиксаторов 11.

Обработка осуществляется и инструмент работает следующим образом. На о6рабатываемую поверхность диаметром Оз заготовки (фиг.1,2) в направлении рабочего хода по действием силы P после направляющего элемента 1 надвигаются деформирующие элементы первой разновидности (секции зубьев) 2 и 3. за ними — деформирующие элементы второй разновидности 4 и

5, режущие 6 и калибрующие 7 элементы.

Деформирующие элементы размещены на (в) державке 8 цилиндрической поверхностью диаметром В (фиг. 3,4) с возможностью вращения, Первая секция, входящая в (на) заготовку с натягом 1а вращается в направлении п1, втОрая, входящая С натягом 1,5 4, вращается в направлении п2, Вращение обеспечивается за счет винтового расположения под углом выпуклостей А в количестве z<, ограниченных в радиальном направлении цилиндром диаметром б, в круговом — винтовой лыской или боковыми поверхностями впадин Б с расположением под углом p1 (30 относительно касательной к цилиндру в месте перехода его в лыску (боковую поверхность разделительной впадины), в осевом — заборным и обратным конусами с углами Bi и С4 (фиг.1,2). При работе деформирующие элементы 2, 3, 4 и 5 удерживаются от осевого перемещения упорными кольцами 9 через подшипники (кольца) 10, Закрепление упорных колец 9 на державке 8 обеспечено посредством фиксаторов 11.

В результате превышения ширины Ь1 выпуклостей Л (фиг. 3, 4) над шириной Ьг лысок или впадин Б, шахматного расположения выпуклостей А, расположения лысок и боковых поверхностей впадин под углом

pi, относительно касательной к цилиндрическим поверхностям диаметрами 0 и elf и вращения секций в разные стороны обеспечивается образование регулярных по высоте и форме микронеровностей (ПРМР). За счет воздействия на поверхность под углом

)60 и отсутствия выдавливания материала из-под выпуклостей в круговых направлениях обеспечивается высокое качество обработанной поверхности по микрогеометрии и геометрической форме.

Деформирующие элементы второй разновидности 4 и 5 в виде зубьев с выпуклостями Л в количестве zz (фиг. 5 и 6), ограниченными расположенной на цилиндре диаметром d2 цилиндрической поверхностью с радиусом г, расположенными под

1 792823 ния отверстий заготовок. Он выполняется с возможностью переналаживания. Для этого отключаются (выбиваются, откручиваются) фиксаторы 11 (фиг.1,2), снимаются направ5 ляющий, деформирующие и другие элементы и устанавливаются элементы других диаметров или другого сочетания. На фиг. 2, например, показан вариант инструмента для обработки наружных цилиндрических

10 поверхностей, в котором установлен неполный комплект элементов. Из-эа отсутствия деформирующих элементов первой разновидности инструментом с подобным сочетанием элементов можно обеспечить лишь

15 образование ЧРМР и тогда диаметры режущих и калибру ощих элементов принимают.Ся аз = d4 03.

П р t4 м е р, Для экспеаиментальной проверки достижения цели по эскизным

20 чертежам был изготовлен инструмент с деформирующими элементами первой (z> = 4, у = 18 ) и второй (z2 = 8, у1 = 15, y2 = 30, r = 0,5 мм) разновидностей, режущим и калибрующими элементами (все из стали XB Г).

25 Диаметр обрабатываемого отверстия D3 =

=8,35 мм в заготовках из латуни tl63. Все размеры и их соотношения в инструмента были приняты в соответствии с приведенными выше условиями: 4 = 0,05 мм; d = 8,4 мм;

30 d) = 8425 мм; d2 = 857 мм; бз = 8357 мм, d4= 84 мм.

При обработке получено уменьшение высоты микронеровностей (элементов

ПРМР) с Rz = 5,3 мкм до R = 0,78 мкм или в

35 6,8 раза; надежна обеспечено создание 8 канавок правого и 8 канавок левого винтовых направлений с углами наклона соответственно yt - 15 и yz = 30 и шагами расположения t = 3,16 мм, t2 = 2,83 мм;

40 глубина и радиус канавок в сечении при этом соответствовали h = 0,012 мм. гк = 0,6 (b3 + b4 )2 (1 + 0,75 tg (360/гг ).), мм; у,у1,2 — углы располо>кения винтовых выпуклостей, град, г — радиус округления выпуклостей деформирующих элементов второй разновидности, мм, Инструмент может работать в режиме протягивания или проталкивания заготовок с цилиндрической наружной поверхностью, протягивания или дорнования — прошивауглом относительно касательной к цилиндру стенками пазов В и заборным и обратным конусами с углами 03 и 64, Выпуклости элементов 4 и 5 также распложены в противоположных винтовых направлениях подуглами ) 1,у и при перемещении заставляют зубья вращаться в направлениях f13 и А4.

При этом, за счет натяга (3-6) 4 на обрабатываемые поверхности наносится система канавок (ЧРМР) с одинаковым или разными у1 и углами наклона регулярных неровностей относительно оси цилиндрической поверхности (фиг,7).

При последующем движении инструмента вдоль цилиндрической поверхности в работу вступают режущий диаметром d3 и калибрующий диаметром d4 с заборным и обратным конусами под углом C+ элементы. При этом приканавочные наплывы материала, возникшие при образовании

ЧРМР, срезаются, а места их расположения выглаживаются и обрабатываемая цилиндрическая поверхность калибруется окончательно.

Достижение эффективной регуляризации микрорельефов, повышенного качества и производительности обработки наилучшим образом обеспечивается при следующих значениях и соотношениях параметров инструмента:

d1 = (1 0,003)d;

d2 = d3=(1 +-(0,012 ... 0,03))d; а4= d1

z > = Л d2 COS y1,2 /ц,21

01 = 4...5О, 62 = 5 - 2...3; 63 =* 3.. 4, В - 1...20;

У «27О, У1.2 «40

b> =(zd - b z2)/z ;

Ьз=2г;

Ь4 = (л d2 - b3z2)/z2

/ «30 ; щ =70...87О, где t1,2 — шаги расположения элементов частично регулярных микрорельефов, t<,2Полученные данные полностью отвеча45 от кинематическим показателям процесса и аналогическим зависимостям, по которым определяются глубина h и ширина Ьк канавок, Увеличение радиуса г=0,5ммдо гк=0,6 мм можно обьяснить упругим последствием

50 сдеформированного материала, т.к. коэффициент ширины канавок мажет принимать значения да 1,2, Время обработки не превышает 1 мин, что в 4 раза меньше, чем при . выполнении такого же объема работы от55 дельными инструментами.

1792823

1

Формула изобретения

Комбинированный инструмент для регуляризации микрорельефов цилиндричеI ских поверхностей, содержащий дер>кавку с последовательно становленными на ней с

У возм жностью вращения деформирующими э ементами, име1ощими косозубые выступ правого и левого направлений, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения прои водительности за счет совмещения в один процесс образование полностью и частич о регулярных микрорельефов и повышен я качества обработки, на державке посл довательно за деформирующими элемент ми установлены режущие элементы для снятия приканавочных наплывов и калибр ющие элементы, а деформирующие элем нты-выполнены двух разновидностей; прич м элементы первой разновидности, служ щие для образования полностью регуЛЯРНЬ1Х МйКРОРЕЛЬтЕфОВ, ВЫПОЛНЕНЫ В ВИДЕ секцйй зубьев разных диаметров и винтовых 1аправлений с равномерно расположенными в шахматном порядке и в коли естве z1 выступами в виде выпуклостей, образованных цилиндрическими поясками диаметрами d и d1, заборными с угнал и Ог и обратными с углами г:О тонусами и винтовыми разных направлений лысками с углами у расположения относитель4о продольной оси инструмента и углом р 30 относительно касательной к цилийдрическим пояскам зубьев в местах их перехода в лыски, цилиндрических частей, ширИной b1, и лысок шириной Ьг, элементы второй разновидности, служащие для образования частично регулярных микрорельефов, выполнены в виде зубьев с pGBIIOMQpHo распОложенными на цили11драх одинакового диаметра dz в количестве zz, шириной Ьз и под углами у1 и у2 винтовыми противоположного направления выпуклостями, ограниченными цилиндрической поверхностью радиусом r, заборным и обратным конусами с углами Вз, 04 и располо>кенными под уг5 лом Ipz относительно касательных к цилиндру в местах пересечения продолжения стенок разделительных пазов с окружностью диаметром dz параллельными межу собой боковыми поверхностями симметрично

10 расположенных относительно радиальных осей разделительных винтовых пазов, режущие элементы выполнены диаметром ds, а калибрующие элементы - в виде зубьев диаметром d4 с углом заборного и обратного

15 конусов ОЬ, при этом указанйые параметры отдельных элементов инструмента связаны следующими соотношениями:

d1=(1 +0,003)с1;

dz = бз = (1 " (0,012 ... 0,03))d;

20 14 = 1;

z1 =ЯdZ COs )у1,2 /t1,2;

01 =4..., Oz= О1=2...3О; 81=3„.4О;

2о

У<27О, У1,2 <40;, b1=(1,05 sIn(90/zI);

Ь2 = (Z d - b17-I)/zI, Ьз=2г;

Ь4 = (< ог - Ьзгг)/гг

Р1 30 ; .

3О 70 87О где t1,2 — шаги располо>кения элементов частично регулярных микрорельефов, t1,2 =

35 (Ьз + Ь4 ) t 1 + 0,75 tg (360/zz ) ) мм; у,)1,2 — углы расположения винтовых выпуклостей, град;

r — радиус округления выпуклостей де4р. формирующих элементов второй разновидности, мм, 1792823

1792823

А Б

1792823

Составитель В. Горохов

Редактор С. Кулакова Техред IVI. Моргентал Корректор И. Муска

" Заказ: 474 Тираж

ВНИИПИ roc

Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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