Способ поверхностного пластического деформирования поверхности вращения и инструмент для его осуществления

 

Использование: в отделочной обработке. Сущность изобретения: деформирующие элементы помещают в полость детали и вращают их вокруг оси обрабатываемой поверхности магнитным полем от его источника, измеряют усилие взаимодействия элемента и поверхности по величине отскока деформирующих элементов от обрабатываемой поверхности и сравнивают с заданной. В зависимости от сравнения меняют величину напряженности магнитного поля. Инструмент содержит корпус с кольцевой камерой. Внутри нее расположены деформирующие элементы. Внутри корпуса симметрично относительно плоскости симметрии кольцевой камеры установлены кольцевые магниты. На торце каждого магнита закреплена вставка с пазом. В корпусе установлен палец. На нем с возможностью поворота установлен крест-накрест рычаг. На консольном конце каждого рычага закреплен штифт. Штифты попарно размещены в пазах вставок. Магниты подпружинены один к другому, и один из них связан со штангой. Штанга связана со средствами перемещения. При вращении корпуса магнитное поле вращает деформирующие тела и те ударяются о поверхность детали и отскакивают. Величина отскока измеряется и сравнивается с заданной. В зависимости от этого магниты перемещаются штангой и меняется величина напряженности магнитного поля. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки поверхностей вращения маложестких деталей машин на станках с системой автоматического регулирования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому способу является способ поверхностного пластического деформирования поверхности вращения, при котором деформирующие элементы помещают в полость обрабатываемой детали, сообщают деформирующим элементам вращательное движение вокруг оси обрабатываемой поверхности, обеспечивают взаимодействие этих элементов с обрабатываемой поверхностью посредством привода, измеряют усилия взаимодействия деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, сравнивают эти усилия с заданными и по результатам сравнения изменяют выходной параметр привода [1] Известен инструмент для осуществления способа, содержащий корпус с полостью и с щечками, образующими кольцевую камеру, открытую в направлении от оси инструмента к его периферийной поверхности, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью пространственного перемещения, и привод перемещения деформирующих элементов [2] К недостаткам указанных способа и инструмента для его осуществления следует отнести то, что на поверхность обрабатываемой детали со стороны деформирующих элементов действует непостоянная по величине динамическая сила, что приводит к неравномерности характеристик упрочнения обработанной поверхности. Качественные характеристики обработанной поверхности снижаются.

Цель изобретения повышение качества обработки.

При осуществлении способа поверхностного пластического деформирования поверхности вращения деформирующие элементы помещают в полость обрабатываемой детали, сообщают деформирующим элементам вращательное движение вокруг оси обрабатываемой поверхности, обеспечивают взаимодействие этих элементов с обрабатываемой поверхностью посредством привода, измеряют усилия взаимодействия деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, сравнивают эти усилия с заданными и по результатам сравнения изменяют выходной параметр привода. В качестве привода используют источник создания магнитного поля, взаимодействие деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью обеспечивают путем соударений с ней, величину измеряемого усилия определяют по величине отскока деформирующих элементов от обрабатываемой поверхности и в качестве изменяемого параметра привода берут величину напряженности магнитного поля.

Инструмент для поверхностного пластического деформирования поверхностей вращения содержит корпус с полостью и с щечками, образующими кольцевую камеру, открытую в направлении от оси инструмента к его периферийной поверхности, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью пространственного перемещения, и привод перемещения деформирующих элементов. Привод перемещения деформирующих элементов выполнен в виде источника создания магнитного поля, корпус выполнен из немагнитного материала, источник создания магнитного поля выполнен в виде двух кольцевых магнитов, расположенных соосно с инструментом, симметрично относительно перпендикулярной оси инструмента плоскости симметрии кольцевой камеры и с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси инструмента, а последний снабжен устройством для регулировочного перемещения магнитов симметрично относительно плоскости симметрии кольцевой камеры в виде призматических вставок, каждая из которых присоединена к торцу одного из магнитов и в каждой из которых выполнен паз, пеpпендикуляpный оси инструмента, пальца, закрепленного в корпусе и расположенного своей осью в плоскости симметрии камеры, шарнирно связанных между собой при помощи пальца рычагов, каждый из которых оснащен двумя штифтами, расположенными на консолях рычагов на равных расстояниях от оси шарнира и размещенными в пазах вставок с возможностью перемещения каждого штифта вдоль одного из пазов, пружин, каждая из которых расположена с возможностью взаимодействия с корпусом и одним из магнитов, штанги, связанной с одним из магнитов и размещенной соосно инструменту с возможностью перемещения вдоль его оси, и средства перемещения штанги.

Такое выполнение способа и инструмента для его осуществления обеспечивает стабилизацию силы динамического воздействия деформирующих элементов на обрабатываемую поверхность, что приводит к уменьшению рассеивания характеристик упрочнения поверхностного слоя детали. Качество обработки вследствие этого повышается.

На чертеже изображен инструмент для осуществления способа.

Инструмент для осуществления способа содержит корпус 1 с полостью 2 и с щечками 3 и 4, образующими кольцевую камеру 5, открытую в направлении от оси 6 инструмента к его периферийной поверхности, деформирующие элементы 7, расположенные в кольцевой камере 5 с возможностью пространственного перемещения, и привод перемещения деформирующих элементов 7.

Привод перемещения деформирующих элементов 7 выполнен в виде источника создания магнитного поля, корпус 1 выполнен из немагнитного материала, источник создания магнитного поля выполнен в виде двух кольцевых магнитов 8 и 9, расположенных соосно с инструментом, симметрично относительно перпендикулярной оси инструмента плоскости симметрии 10 кольцевой камеры 5 и с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси 6 инструмента. Инструмент снабжен устройством для регулировочного перемещения магнитов 8, 9 симметрично относительно плоскости симметрии 10 кольцевой камеры в виде призматических вставок 11 и 12, каждая из которых присоединена к торцу одного из магнитов 8 и 9 и в каждой из которых выполнен паз 13, перпендикулярный оси инструмента, пальца 14, закрепленного в корпусе и расположенного своей осью в плоскости симметрии 10 кольцевой камеры 5, шарнирно связанных между собой при помощи пальца 14 рычагов 15, каждый из которых оснащен двумя штифтами 16 расположенными на консолях рычагов 15 на равных расстояниях от оси шарнира (оси пальца 14) и размещенными в пазах 13 вставок 11 и 12 с возможностью перемещения каждого штифта 16 вдоль одного из пазов 31, пружин 17 и 18, каждая из которых расположена с возможностью взаимодействия с корпусом и одним из магнитов 8 и 9, штанги 19, связанной с одним из магнитов (с магнитом 9) и размещенной соосно инструменту с возможностью перемещения вдоль оси 6, и средства перемещения штанги.

Станок снабжен системой автоматического регулирования, состоящей из бесконтактного индуктивного датчика 20 измерения величины отскоса деформирующих элементов от обрабатываемой поверхности, сравнивающего устройства 21, задающего устройства 22, усиливающего устройства 23 и средства перемещения штанги 19 в виде управляющего электромагнита 24 с отверстием 25. Электромагнит 24 прикреплен к неподвижным элементам станка. Датчик 20 закреплен на корпусе 1, на дне кольцевой камеры 5, а край штанги 19 введен в отверстие 25 управляющего электромагнита 24.

Деталь 26 устанавливают в патроне, а корпус 1 инструмента в шпинделе 27 резцедержателя станка. На обмотки электромагнита 24 подают номинальное напряжение, при котором обеспечивается предварительное перемещение штанги 19 вправо относительно чертежа, и магниты 8 и 9 посредством углового поворота шарнирно связанных рычагов 15 занимают нейтральное положение относительно плоскости симметрии 10 кольцевой камеры 5. При этом осуществляется сжатие пружин 17 и 18 на номинальную величину, достаточную для возврата магнитов 8, 9 (в случае отключения электромагнита 24) в исходное положение. Инструмент вводят в отверстие детали 26. Совмещают плоскость симметрии 10 инструмента с торцовой поверхностью детали 26. Корпусу 1 инструмента (посредством вращения шпинделя 27) сообщают вращательное движение и перемещают вдоль обрабатываемой поверхности. Под воздействием магнитного поля от магнитов 8, 9 деформирующие элементы 7 разгоняются в окружном направлении кольцевой камеры 5. Возникающая при этом центробежная сила прижимает деформирующие элементы 7 к обрабатываемой поверхности детали 26. В процессе обкатывания поверхности на деформирующие элементы 7 со стороны детали 26 действует возмущающая сила, наличие которой обусловлено погрешностью геометрической формы исходной под накатывание поверхности. Под действием возмущающей силы деформирующие элементы 7 осуществляют периодические колебания отскок от обрабатываемой поверхности и осуществляют ее динамический наклеп.

В процессе обработки с помощью датчика 20 системы автоматического регулирования непрерывно измеряют величину отскока деформирующих элементов 7 от обрабатываемой поверхности детали 26. Измеренная величина отскоса деформирующих элементов 7 от обрабатываемой поверхности, преобразованная в электрический сигнал, поступает в сравнивающее устройство 21, где сравнивается с эталонным сигналом, поступающим с задающего устройства 22. Сигнал рассогласования усиливается усилителем 23 и поступает на регулирующий орган обмотки управляющего магнита 24. Возникающая при этом в электромагните 24 дополнительная осевая сила (в зависимости от знака и величины сигнала рассогласования) перемещает штангу 19 в осевом направлении. Пусть сигнал рассогласования имеет положительную величину (это означает, что величина отскока деформирующих элементов 7 от обрабатываемой поверхности меньше величины, поступающей из задающего устройства). Тогда электромагнит 24 дополнительным усилием Δ F действует на штангу 19 в осевом направлении. В результате штанга 19 смещается вправо относительно чертежа, увлекая за собой магнит 9. Так как магниты 8 и 9 соединены между собой шарнирно связанными рычагами 15, поворачивающимися вокруг оси пальца 14, штифты которых перемещаются по пазам 13 призматических вставок 11 и 12, то магнит 8 при этом смещается влево относительно чертежа.

Таким образом, в результате смещения дополнительной электромагнитной силой электромагнита 24 штанги 19 вправо осуществляется симметричное удаление магнитов 8 и 9 от плоскости симметрии 10 кольцевой камеры 5 (так как шарнирно связанные рычаги 15 имеют одинаковые плечи и одинаковые исходные углы расположения относительно оси 6, а палец 14 расположен в плоскости симметрии 10 кольцевой камеры 5). Расстояние от магнитов 8 и 9 до деформирующих элементов 7 увеличивается. В связи с этим уменьшается напряженность магнитного поля в кольцевой камере 5, где расположены деформирующие элементы 7. Действие магнитного поля на деформирующие элементы 7 ослабевает и их скорость окружного вращения вдоль кольцевой камеры 5 уменьшается, что приводит к снижению центробежной силы, прижимающей деформирующие элементы 7 к обрабатываемой поверхности детали 26 и ограничивающей величину отскока деформирующих элементов 7 от обрабатываемой поверхности. При приближении сигнала рассогласования сколь угодно близко к нулю управляющий магнит 24 прекращает смещение штанги 19 в осевом направлении.

Пусть сигнал рассогласования имеет отрицательную величину (величина отскока деформирующих элементов 7 от обрабатываемой поверхности превышает установленную величину, поступающую из задающего устройства 22). Тогда электромагнит 24 уменьшает величину силы F, действующей на штангу 19 в осевом направлении. Под действием ранее сжатых пружин 17 и 18 магниты 8 и 9 симметрично сближаются к плоскости симметрии 10 кольцевой камеры 5. Расстояние от магнитов 8 и 9 до деформирующих элементов 7 уменьшается. В связи с этим увеличивается напряженность магнитного поля в области расположения деформирующих элементов 7. Действие магнитного поля на деформирующие элементы 7 увеличивается, а следовательно, возрастает их окружная скорость. Это в свою очередь приводит к увеличению центробежной силы, прижимающей деформирующие элементы 7 к обрабатываемой поверхности, тем самым уменьшая величину их отскока от обрабатываемой поверхности. При приближении сигнала рассогласования сколь угодно близко к нулю пружины 17 и 18 (вследствие выравнивания сил от пружин 17 и 18 и силы управляющего электромагнита 24) прекращают смещение магнитов 8 и 9.

Таким образом, в процессе обработки обеспечивается постоянная величина отскока деформирующих элементов 7 от обрабатываемой поверхности, что позволяет стабилизировать значение силы динамического воздействия деформирующих элементов 7 на обрабатываемую поверхность и приводит к уменьшению рассеивания характеристик упрочнения поверхностного слоя детали. Качество обработанной поверхности при этом повышается.

В качестве примера конкретного выполнения можно привести обработку отверстия втулки на станке мод. 16К20 Т1, оснащенном шпинделем и системой автоматического регулирования. Размеры обрабатываемой втулки (d x D x h): 90х100х120 мм; материалы втулки сталь 45 (НВ 280). В качестве деформирующих элементов использовали шарики диаметром 8 мм из стали ШХ15 (HRC 62). Размеры используемых магнитов (Н х d x D): 15х10х60 мм; материал магнитов SmCо₅. Величина магнитной индукции магнитов 0,4-0,6 Тл. В качестве элементов системы автоматического регулирования использовали микропроцессор. Для измерения величины отскока деформирующих элементов от обрабатываемой поверхности использовали бесконтактный индуктивный датчик. В качестве управляющего органа использовали электромагнит. Ход магнитов в полости отверстия корпуса инструмента 80 мм (величина хода каждого из магнитов).

Режимы обработки: скорость вращения инструмента 1,5-10 м/с; осевая подача инструмента 400-800 мм/мин. Охлаждение масло индустриальное. За эталонное значение принимали величину отскока шариков от обрабатываемой поверхности, равное 3450 мкм.

Шероховатость обработанной поверхности R_a=0,63-0,16 мкм. Глубина упрочнения 0,1-0,6 мм.

Предлагаемый способ и инструмент для его осуществления позволяют существенно повысить качественные характеристики обработанной поверхности, так как уменьшают разброс характеристик упрочнения поверхностного слоя детали: глубины упрочнения на 35% степени упрочнения на 24% остаточных напряжений сжатия на 30% шероховатости поверхности на 22%

Формула изобретения

1. Способ поверхностного пластического деформирования поверхности вращения, при котором деформирующие элементы помещают в полость обрабатываемой детали, сообщают деформирующим элементам вращательное движение вокруг оси обрабатываемой поверхности, обеспечивают взаимодействие этих элементов с обрабатываемой поверхностью посредством привода, измеряют усилия взаимодействия деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, сравнивают эти усилия с заданными и по результатам сравнения изменяют выходной параметр привода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества поверхности, в качестве привода используют источник создания магнитного поля, взаимодействие, деформирующие элементов с обрабатываемой поверхностью обеспечивают путем соударений с ней, величину измеряемого усилия определяют по величине отскока деформирующего элемента от обрабатываемой поверхности и в качестве изменяемого параметра привода берут величину напряженности магнитного поля.

2. Инструмент для поверхностного пластического деформирования поверхности вращения, содержащий корпус с полостью и со щечками, образующими кольцевую камеру, открытую в направлении от оси инструмента к его периферийной поверхности, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью пространственного перемещения, и привод перемещения деформирующих элементов, отличающийся тем, что привод перемещения деформирующих элементов выполнен в виде источника создания магнитного поля, корпус выполнен из немагнитного материала, источник создания магнитного поля, корпус выполнен из немагнитного материала, источник создания магнитного поля выполнен в виде двух кольцевых магнитов, расположенных соосно с инструментом, симметрично относительно перпендикулярной оси инструмента плоскости симметрии кольцевой камеры и с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси инструмента, а последний снабжен устройством для регулировочного перемещения магнитов симметричного относительно плоскости симметрии кольцевой камеры в виде призматических вставок, каждая из которых присоединена к торцу одного из магнитов и в каждой из которых выполнен паз, перпендикулярный оси инструмента, пальца, закрепленного в корпусе и расположенного своей осью в плоскости симметрии камеры, шарнирно связанных между собой при помощи пальца рычагов, каждый из которых оснащен двумя штифтами, расположенными на консолях рычагов на равных расстояниях от оси шарнира и размещенными в пазах вставок с возможностью перемещения каждого штифта вдоль одного из пазов, пружин, каждая из которых расположена с возможностью взаимодействия с корпусом и одним из магнитов, штанги, связанной с одним из магнитов и размещенной соосно с инструментом с возможностью перемещения вдоль его оси, и средства перемещения штанги.

РИСУНКИ

Рисунок 1