Инструмент для поверхностно-пластической обработки криволинейных поверхностей

 

Изобретение относится к инструментам для проведения поверхностно-пластической деформации криволинейных поверхностей. Инструмент для поверхностно-пластической обработки поверхностей содержит деформирующие элементы со сферической контактной поверхностью, выполненные в виде одного ряда сферических сегментов, жестко связанных между собой, и расположенные так, что их геометрические оси лежат в одной геометрической плоскости, а каждый последующий сегмент выполнен радиусом больше предыдущего, изобретение заключается в том, что деформирующие элементы расположены так, что через вершины их сферических сегментов можно провести огибающую касательную кривую с заданным радиусом кривизны, при этом расстояние между вершинами крайних сегментов, соответствующее размеру рабочей части инструмента, определяется по формуле l _р<0,618R, где l_р - расстояние по прямой между вершинами крайних сферических сегментов, R - радиус кривизны огибающей кривой, касательной к вершинам сферических сегментов. Технический результат заключается в обеспечении обработки криволинейных поверхностей в зонах резкого изменения геометрической формы. 1 ил.

Изобретение относится к инструментам для проведения поверхностно-пластической деформации криволинейных поверхностей деталей и конструкций в зонах резкого изменения геометрической формы в том числе и в зонах сопряжения металла сварного шва с основным металлом, например, в местах сварки трубчатых элементов опорных колонн самоподъемных плавучих буровых установок и т.д. Изобретение может быть использовано в судостроении, машиностроении, авиастроении и других отраслях народного хозяйства для повышения циклической прочности методом поверхностно-пластической обработки (ППО).

Известен ударный инструмент, имеющий контактную поверхность, выполненную по заданному радиусу (см. Елизаветин М.А, Сатель Э.А. Технологические способы повышения долговечности машин. М: Машиностроение, 1969), предназначенный для обработки галтелей. Этот инструмент позволяет в месте перехода от сварного шва к основному металлу создать одновременно сжимающие напряжения и заданный радиус сопряжения.

Недостатком описанного инструмента является низкая производительность из-за необходимости проведения многократных проходов, а также неравномерность деформации металла в зоне проведения ППО сварного соединения.

Наиболее близким к заявляемому, выбранным в качестве прототипа, является инструмент для поверхностно-пластической обработки деталей, содержащий деформирующие элементы со сферической контактной поверхностью, выполненные в виде одного ряда сферических сегментов, жестко связанных между собой, и расположенные так, что их геометрические оси лежат в одной вертикальной плоскости, а вершины расположены в одной горизонтальной плоскости, при этом каждый последующий сегмент выполнен радиусом больше предыдущего. Недостатком указанного инструмента является то, что при поверхностно-пластической обработке криволинейной поверхности в контакте с ней будет находиться только один или два сферических сегмента, что будет приводить к искажению геометрической формы криволинейной поверхности, образованию неравномерной пластической деформации и непостоянству радиуса сопряжения в зоне ППО. Это снизит эффективность применения ППО для повышения усталостной прочности конструкций.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей инструмента за счет устранения искажения формы обрабатываемой криволинейной поверхности, создания равномерной деформации и заданного радиуса сопряжения в месте резкого изменения геометрической формы.

Указанная целью достигается тем, что деформирующие элементы инструмента расположены так, что через вершины их сферических сегментов можно провести огибающую с заданным радиусом кривизны, при этом расстояние между вершинами крайних сферических сегментов, равное размеру рабочей части инструмента, выбрано в соответствии с соотношением

где l_p - расстояние между вершинами крайних сферических сегментов,

R - радиус кривизны огибающей кривой касательной к вершинам сферических сегментов.

В известных решениях отличительные признаки предлагаемого объекта отсутствуют, поэтому можно сделать вывод, что заявляемый инструмент обладает существенными отличиями, обеспечивающими достижение поставленной цели.

Основной задачей, настоящего изобретения было устранение искажения формы деформируемой криволинейной поверхности, создание равномерной деформации и заданного радиуса кривизны в зоне резкого изменения геометрической формы, в том числе и в местах сопряжения металла сварного шва с основным металлом. Достигается это расположением деформирующих элементов инструмента так, что через вершины их сферических сегментов можно провести касательную огибающую кривую, радиус кривизны R которой задается в соответствии с кривизной обрабатываемой поверхности.

Причем размер рабочей части инструмента соответствует расстоянию между вершинами крайних сферических сегментов l _p и определяется из условия (1) l_p ≤0,618 R.

Насоблюдение указанного условия (1), кроме искажения геометрической формы криволинейной поверхности изделия в зоне ППО, неравномерной деформации и непостоянного радиуса сопряжения в местах резкого изменения геометрической формы, приведет к образованию в процессе ППО пластических деформаций, направленных вдоль обрабатываемой поверхности. Это может привести к образованию задиров и других дефектов поверхности, снижающих усталостную прочность и эффективность ППО.

При соблюдении условия (1) обеспечивается создание пластических деформаций только радиального направления.

Указанная сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема предлагаемого инструмента. Размер рабочей части инструмента l_p, равный отрезку ВД, соединяющему по прямой вершины крайних сферических сегментов, определяется по формуле

где R - радиус кривизны огибающей кривой, касательной к вершинам сферических сегментов;

l_р - расстояние по прямой между вершинами крайних сферических сегментов;

α - угол между прямыми, соединяющими вершины крайних сферических сегментов с центром кривизны касательной к вершинам сферических сегментов.

Угол α должен быть менее 36°, исходя из следующих соображений. Для создания на поверхности остаточных сжимающих напряжений, равных пределу текучести материала σ_0,2, необходимо, чтобы в точках касания сегментов с обрабатываемой поверхностью, радиальная деформация ε_R, для крайних сегментов направляются по линиям ВО или ДО, составляла величину

где ε_R - радиальная составляющая деформации в точке касания сферического сегмента с обрабатываемой поверхностью;

σ_0,2 - предел текучести материала обрабатываемой поверхности;

Е - модуль юнга материала обрабатываемой поверхности.

Пластическая тангенсиальная составляющаяся деформаций ε_τ при проведении ППО будет отсутствовать при соблюдении условия

Из чертежа следует

откуда угол α≤36°

С учетом условий (2) и (6) размер рабочей части инструмента для поверхностно-пластической обработки криволинейных поверхностей, соответствующий расстоянию по прямой между вершинами крайних сферических сегментов, определяется по формуле

где R - радиус кривизны огибающей кривой, касательной к вершинам сферических сегментов;

l_p - размер рабочей части инструмента для ППО криволинейных поверхностей.

Применение предлагаемого инструмента позволит повысить производительность труда и качество при осуществлении поверхностно-пластической обработки.

Формула изобретения

Инструмент для поверхностно-пластической обработки поверхностей, содержащий деформирующие элементы со сферической контактной поверхностью, выполненные в виде одного ряда сферических сегментов, жестко связанных между собой, и расположенные так, что их геометрические оси лежат в одной геометрической плоскости, а каждый последующий сегмент выполнен радиусом больше предыдущего, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения обработки криволинейных поверхностей в зонах резкого изменения геометрической формы, деформирующие элементы расположены так, что через вершины их сферических сегментов можно провести огибающую касательную кривую с заданным радиусом кривизны, при этом расстояние между вершинами крайних сегментов, соответствующее размеру рабочей части инструмента, определяется по формуле

l_p≤0,618 R, где

l_p - расстояние по прямой между вершинами крайних сферических сегментов;

R - радиус кривизны огибающей кривой, касательной к вершинам сферических сегментов.

РИСУНКИ