Способ упрочняющей обработки внутренних поверхностей металлических деталей и инструмент для его осуществления

 

Использование: упрочняющая обработка внутренних цилиндрических поверхностей , например гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, гидрои пневмоцилиндров методом наклепа упрочняющими элементами, например шариками. Сущность изобретения: виброобкатывание производят роликами с расположенными на периферийной части упрочняющими элементами , равномерно расположенными по периметру, с числом упрочняющих элементов не менее 12, с равномерным вращением и продольным перемещением упрочняющего инструмента. Инструмент выполнен в виде оправки, одним концом оканчивающейся, например, конусом, устанавливаемым в шпинделе станка, а другим - планшайбой, на которой равномерно закреплены шарнирно управляемые элементы , несущие ролики с установленными в них упрочняющими шариками (звездочками, роликами и т.п.). 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 24 В 39/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4855292/27 (22) 26.07.90 (46) 23.03.93. Бюл. N 11 (71) В недренческо-изобретательский кооператив технических опытных разработок изобретений "Виктория" (72) А.А,Куляпин и В.А,Исаев (56) Авторское свидетельство СССР

М 360062, кл. В 24 В 39/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М. 543504, кл. В 24 В 39/02, 1973. (54) СПОСОБ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТ

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: упрочняющая обработка внутренних цилиндрических поверхностей, например гильз цилиндров двигателей

Изобретение относится к обработке металлов и других материалов и может быть использовано в машиностроении при упрочняющей обработке внутренних цилиндрических поверхностей, например гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, гидро-и пневмоцилиндров методом наклепа упрочняющими элементами, например шариками, Цель изобретения — расширение технологических возможностей за счет получения заданных параметров упрочнения и микроматричного микрорельефа поверхности тонкостенных изделий, На фиг.1 показан инструмент для осуществления упрочняющей обработки внутренней поверхности металлических деталей, продольный разрез; на фиг.2 — кинематическэя схема инструмента для осу„„. Ж ÄÄ 1803313 А1 внутреннего сгорания, гидро- и пневмоцилиндров методом наклепа упрочняющими элементами, например шариками. Сущность изобретения: виброобкатывание производят роликами с расположенными на периферийной части упрочняющими элементами, равномерно расположенными по периметру, с числом упрочняющих элементов не менее 12, с равномерным вращением и продольным перемещением упрочняющего инструмента. Инструмент выполнен в виде оправки, одним концом оканчивающейся, например, конусом, устанавливаемым в шпинделе станка, а другим — планшайбой, на которой равномерно закреплены шарнирно управляемые элементы, несущие ролики с установленными в них упрочняющими шариками (звездочками, роликами и т.п.). 2 з.п. ф-лы, 2 ил. ществления способа упрочняющей обработки внутренней поверхности металлических деталей.

Способ упрочняющей обработки внутренней поверхности металлических деталей осуществляют следующим образом.

Включают инструмент и согласно подаче вводят в зону обработки и сообщают инструменту вращательное движение с постоянной скоростью в и продольное перемещение вдоль оси цилиндра с постоянной скоростью К

Поддействием центробежных сил роли ки прижимаются к обрабатываемой поверхности и, прокатываясь по ней, производят шэговый микронаклеп внутренней поверхности цилиндра с шагом, равным расстоянию между упрочняющими элементами нэ роликах.

1803313

При продольном перемещении роликов вдоль оси детали (изделия) происходит перекрытие свободных зон и создается однородный мозаичный рисунок с постоянным мозаичным рисунком на всей обрабатываемой поверхности, причем число упрочняющих импульсов на единицу площади обрабатываемой поверхности определяют уравнением

nl пг N г л б Ч где N. — плотность контактных точек, имп./мм; п1 — число промежуточных звеньев; пг — число упрочняющих элементов на промежуточном звене;

d — диаметр упрочняющего ролика или зубьев;

V — скорость подачи инструмента;

rx) — число оборотов инструмента в минуту, V

Если учесть, что —, = К, где К вЂ” шаг подачи инструмента, то формула примет вид:

N = имп/мм, п1 пг л . d.k

Из вышеизложенной формулы видно, что плотность мозаичного рисунка не зависит от геометрических размеров обрабатываемой детали (изделия), а зависит от параметров инструмента и продольной подачи инструмента, мм/об.

При подстановке значений d и К размерности (миллиметр) число N определит число импульсов на 1 мм . Кроме того, при постоянной скорости вращения сила прижатия ролика к обрабатываемой поверхности зависит от центробежной силы, которая определяется угловой скоростью и моментом инерции системы — упрочняющий ролик и поводок, а следовательно энергия импульса равна работе по перемещению центра тяжести ролика в процессе обработки (переходе одного состояния в другое), а следователь.но, если допустить, что величина перемеще-. ния равна

S= r (1 — cos „), то энергия упрочняющего импульса будет равна потенции энергии перемещения центра тяжести

А Ец S - l в R r(1 — cos ), 360 о

2 и где А — энергия упрочняющего импульса, Дж;

S — приведенный момент инерции ролика.и поводка;

R — радиус кривизны обрабатываемой поверхности, мм;

r — радиус промежуточного звена, мм;

n — число упрочняющих элементов ролика;

Рч — сила прижатия ролика к поверхности цилиндра.

Из вышеизложенного видно, что I, r и и определяют параметры инструмента, R радиус кривизны обрабатываемой поверхности, мм. И если l г и = К1, то R.- Кг.

Следовательно, можно записать, что

А=К1 Кг м

Коэффициенты К1 и Кг определяют расчет-. ным путем. Отсюда видно, что упрочняющие импульсы имеют все одну и ту же энергию,.

"5 которая пропорциональна скорости вращения инструмента.

Данным способом обработки можно получить любую заданную степень упрочнения поверхности, вплоть до равномерного

20 ее разрушения. Последнее можно использовать при очистке поверхности от загрязнений, окалины и т.д.

Поскольку наклеп поверхности происходит шаговый, определяемый расстоянием

25 между упрочняющими элементами на Ролике и числом роликов, которое как минимум равно 3 и которые равномерно распределены по окружности. то одновременно изде° лие получает три импульса в разных точках

30 изделия и следующие смещаются на шаг ролика и т.д., то процесс коробления (отклонения) геометрических размеров от круглости изделия) исключен. Число импульсов в секунду, создаваемое инструментом, можно

35 определить по формуле

W — имп/с, п1 пг пз co где п1 — число промежуточных звеньев; пг — число упрочняющих элементов на

40. промежуточном звене; пз — соотношение диаметров промежуточного звена и обрабатываемой поверхности; в — число оборотов инструмента в ми45 нуту, Тэк, при п1 = 3, пг =- 12, о) = 700 об/мин, пз=8, 50 W 60 — 3360 имп/с.

3 12 700 8

Отсюда видно, что в сравнении с аналогом и прототипом производительность при заданном способе выше в 33,6 раза, Описанный способ упрочняющей обработки внутренних поверхностей металлических деталей осуществляют инструментом (см. фиг.1 и фиг,2), содержащим корпус 1, соединенный с роликами 2 поводком 3, причем поводки 3 обеспечивают свободное пе1803313 ремещение роликов в плоскости вращения инструмента, На роликах 2, на периферии диаметра звездочек (роликов), закреплены упрочняюфие элементы (шарики) 4. Виброударный наклеп инструментом достигается прокатыйанием звездочек (роликов) с закрепленными шариками по упрочняемой поверхности г1ри переходе контакта с одного упрочняющего элемента на другой.

В процессе обработки изделие остается неподвижным, а инструменту, введенному в зону обработки, сообщают вращательное движение с постоянной скоростью а1, а такge продольное перемещение вдоль оси цилиндра с постоянной скоростью V.

Под действием центробежных сил ролики прижимаются к обрабатываемой поверхности и, прокатываясь по ней, производят

Шаговый микронаклеп поверхности цилиндра с шагом, равным расстоянию между упр чняющими элементами на роликах. При продольном перемещении роликов вдоль о и изделия (детали) происходит перекрыт е свободных зон и создается однородный мозаичный рисунок с постоянным мозаичн м рисунком на всей обрабатываемой поверхности.

Число упрочняющих импульсов на единицу площади обрабатываемой поверхности определяется уравнением

N =- импlмм . п1.пг.В 2 л б Ч где N — плотность контактных точек, имп/мм; и > — число промежуточных звеньев;

n2 — число упрочняющих элементов на промежуточном звене;

d — диаметр упрочняющего ролика;

V — скорость подачи инструмента; при n> = 3, n2 = 12, пз = 8, в = 700 o6/мин — 3 12 700 "3 3360 имп /с, Отсюда видно, что в сравнении с прототипом инструмент повышает производительность в 33,6 раза, Число упрочняющих элементов на ролике должно быть не менее 12-ти из условия гарантированного прокатывания ролика на поверхности.

Соотношение диаметров ролика и обрабатываемого изделия не должно быть ниже

3 иэ условия возможности использования при обработке как минимум трех роликов.

Твердость упрочняющих элементов должна быть больше твердости заготовки.

Шаг расположения упрочняющих элементов на ролике постоянен.

Предлагаемый способ и устройство расширяют технологические возможности за счет получения заданных параметров упрочнения и микроматричного микрорелье5 фа поверхности тонкостенных изделий.

Формула изобретения

1, Способ упрочняющей обработки внутренних поверхностей металлических деталей, заключающийся в виброобкатыва10 нии поверхности перемещением вдоль оси отверстия инструментом с упрочняющими элементами, отл ича ю щи йс я тем, что, с целью расширения технологических возможнмтей за счет получения заданных па15 раметров упрочнения и микроматричного микрорельефа поверхности тонкостенных изделий, виброобкатывание осуществляют равномерно вращаемым инструментом с промежуточными звеньями, каждое из кото20 рых оснащено по крайней мере двадцатью уточняющими элементами, равномерно расположенными по периметру периферийно части промежуточного звена, при этом выбор режима обработки осуществляют по

25 заданным параметрам, определяемым из следующих соотношений

А= К1. Кг в

N = n1 пг/ Млб, W =n1 пг пэ м/60, 30 Kq = l ã п2;

V2=R, где А — энергия упрочняющего импульса, Дж;

35 N — плотность контактных точек, импульс/ммг;

W — число упрочняющих импульсов в 1 с для каждого упрочняемого интервала;

K1 — коэффициент, учитывающий пара40 метры инструмента;

Кг — коэффициент, учитывающий параметры обрабатываемой поверхности; п1- число промежуточных звеньев;

n2 — число упрочняющих элементов на

45 промежуточном звене пз — соотношение диаметров промежуточного звена и обрабатываемой поверхности;

d — диаметр упрочняющего ролика или

50 зубьев; ш — число оборотов инструмента в 1 мин; к — шаг подачи инструмента за один оборот, мм;

55 г — радиус промежуточного звена, мм; и — радиус кривизны обрабатываемой поверхности, мм;

I — момент инерции системы промежуточное звено — рычаг.

1803313

2, Инструмент для упрочняющей обработки внутренних поверхностей металлических деталей, содержащий корпус с упрочняющими элементами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет получения заданных параметров упрочнения и микромоэаичного микрорельефа поверхности тонкостенных изделий, инструмент оснащен промежуточными звеньями, на наружной поверхности которых равномерно по окружности размещены упрочняющие элементы, а корпус выполнен в виде оправки, один иэ концов которой исполнен в виде планшайбы, шарнирно чврез рычаги соединенной с промежуточными звеньями, а другой — в виде участка для соединения со шпинделем станка, при этом промежуточ5 ные звенья установлены со степенью свободы перемещения относительно оси вращения инструмента, 3, Инструментпоп,2, отличающий10 с я тем, что промежуточные звенья выполнены в виде звездочек.

4. Инструмент по п,2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что промежуточные звенья выполнены в виде роликов.

1В 03313

Составитель Д. Корябкин

Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Заказ 1027 Тираж Подписное

ЙНИИПИ 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