Инструмент для поверхностного пластического деформирования

 

Использование: в оснастке для отделочной обработки. Сущность изобретения: инструмент содержит корпус с кольцевой канавкой. В ней установлены деформирующие элементы из ферромагнитного материала. Привод их перемещения выполнен в виде постоянного магнита и имеет форму косого цилиндра. Длина образующей равна половине ширины камеры. Торцы цилиндра наклонены к оси инструмента под углом α = arctg(H/2D) где α - угол наклона торца; H - ширина кольцевой камеры; D - диаметр дна кольцевой камеры. При вращении корпуса деформирующие тела приводятся в движение магнитным полем. Движение это под действием формы магнита имеет упорядоченный характер. 1 ил.

Изобретение касается поверхностного пластического деформирования и может быть использовано для упрочняющей обработки отверстий маложестких деталей машин.

Цель изобретения повышение качества обработанной поверхности за счет придания упорядоченного характера перемещению деформирующих элементов.

Инструмент для поверхностного пластического деформирования содержит корпус с щечками, образующими кольцевую камеру, открытую в направлении от оси инструмента к его периферийной поверхности, деформирующие элементы, расположенные в камере с возможностью пространственных перемещений, и привод перемещения деформирующих элементов. Корпус выполнен из диамагнитного материала, деформирующие элементы выполнены из ферромагнитного материала, а привод перемещения деформирующих элементов выполнен в виде постоянного магнита, имеющего форму косого цилиндра, соосного с инструментом, образующего своей цилиндрической поверхностью часть дна кольцевой камеры, имеющего образующую с длиной, равной половине ширины камеры, и наклоненного каждым своим торцом к оси инструмента под углом, определяемым из соотношения: αarctg(H/2D), где α угол наклона торца к оси инструмента; H ширина кольцевой камеры; D диаметр дна кольцевой камеры.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

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

Корпус 1 выполнен из диамагнитного материала. Деформирующие элементы 5 выполнены из ферромагнитного материала. Привод перемещения деформирующих элементов 5 выполнен в виде постоянного магнита 6 с цилиндрической поверхностью 7, имеющего форму косого цилиндра, соосного с продольной осью 8 инструмента, образующего своей цилиндрической поверхностью 7 часть дна кольцевой камеры 4, имеющего образующую с длиной, равной половине ширины камеры, и наклоненного каждым своим торцом (торцами 9, 10) к оси 11 инструмента (ось 11 инструмента расположена в плоскости симметрии кольцевой камеры 4) под углом. Величину угла наклона торцов 9, 10 магнита 6 определим из треугольника ABC: tgα (1) Подставив значения BC и AB в выражение (1), окончательно получим: αarctg(H/2D), (2) где α угол наклона торца к оси инструмента;
H ширина кольцевой камеры;
D диаметр дна кольцевой камеры.

Деталь 12 закрепляют в патроне, а корпус 1 инструмента устанавливают в шпинделе станка. Корпус 1 перемещают в осевом направлении и совмещают плоскость симметрии кольцевой камеры 4 с торцом детали 12. Корпусу 1 сообщают вращение и перемещают вдоль образующей обрабатываемой поверхности. Под действием магнитного поля от магнита 6 деформирующие элементы 5 разгоняются в окружном направлении кольцевой камеры 4. Возникающая при этом центробежная сила прижимает деформирующие элементы 5 к обрабатываемой поверхности. Деформирующие элементы 5 осуществляют поверхностное пластическое деформирование поверхности. Одновременно с центробежной силой на деформирующие элементы 5 действует осевая сила =sinωt изменяющаяся по гармоническому закону ( амплитуда вектора гармонической силы; ω частота действия гармонической силы), наличие которой обусловлено наклоном торцов 9, 10 магнита 6 под углом α
В зависимости от положения деформирующих элементов 5 относительно магнита 6 на них действует магнитная сила определенной величины и направления, изменяющаяся по гармоническому закону. Анализируя конкретное положение деформирующих элементов 5 относительно магнита 6 (положение, которое изображено на чертеже), видим, что на деформирующий элемент 5, расположенный в верхней части кольцевой камеры 4, действует осевая сила F, направленная вправо, а на деформирующий элемент 5, расположенный внизу кольцевой камеры 4, действует осевая сила F, имеющая противоположное направление. Под действием осевой гармонической силы деформирующие элементы 5 осуществляют периодические осевые перемещения (в пределах зазора между щечками 2,3 и деформирующими элементами 5), формируя на обрабатываемой поверхности детали 12 регулярный рельеф. Причем за один оборот инструмента деформирующие элементы 5 осуществляют один период колебательного перемещения в осевом направлении кольцевой камеры 4.

В качестве примера конкретного выполнения можно привести обработку отверстия втулки с внутренним диаметром 80 мм и длиной 90 мм из стали 45 и сплава Д16Т на станке модели 16К20Ф1. В качестве деформирующих элементов использовали шарики диаметром 12 мм из ШХ15 (HRC_э 62). Размеры постоянного кольцевого магнита (Dxdxh): 50х10х8 мм. Материал магнита SmCo₅. Максимальная величина магнитной индукции в зоне кольцевой камеры 0,9 Тл. Минимальная величина магнитной индукции в зоне кольцевой камеры 0,1 Тл. Размеры кольцевой камеры инструмента (H 16 мм, диаметр дна кольцевой камеры D 50 мм, угол наклона торцов магнита определяли из выражения (2):
α=arctg=9°
Режимы обработки: скорость вращения шпинделя 0,2-4 м/с; осевая подача инструмента 200-250 мм/мин. Охлаждение масло индустриальное. Амплитуда регулярного рельефа, формируемого на поверхности детали, была равна зазору между деформирующими элементами и щечками и составляла 4 мм.

Предлагаемый инструмент обеспечивает повышение регулярности формируемого на поверхности детали микрорельефа, что повышает качественные характеристики обработки.

Формула изобретения

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ, содержащий корпус со щечками, образующими кольцевую камеру, открытую в направлении от оси инструмента к его периферийной поверхности, деформирующие элементы, расположенные в камере с возможностью пространственных перемещений, и привод перемещения деформирующих элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки путем придания упорядоченного характера перемещению деформирующих элементов, корпус выполнен из диамагнитного материала, деформирующие элементы выполнены из ферромагнитного материала, а привод перемещения деформирующих элементов выполнен в виде постоянного магнита, имеющего форму косого цилиндра, соосного с инструментом, образующего своей цилиндрической поверхностью часть дна кольцевой камеры, имеющего образующую с длиной, равной половине ширины камеры, и наклоненного каждым своим торцом к оси инструмента под углом, определяемым из соотношения
α=arctg(H/2D),
где α - угол наклона торца к оси инструмента;
H - ширина кольцевой камеры;
D - диаметр дна кольцевой камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1