Способ пластического деформирования поверхностей цилиндрических заготовок

 

Область использования - холодная обработка металлов пластическим деформированием, в частности обработка длинномерных цилиндров и штоков. Сущность способа в том, что при пластическом деформировании деформирующему элементу колебания в виде возвратно-поступательного движения вдоль оси заготовки, при этом деформирование производят на рабочей подаче, удовлетворяющей условию: S<l·i мм/мин, где: S - рабочая подача инструмента мм/мин, l - величина амплитуды колебаний деформирующего элемента, мм, i - число двойных ходов деформирующего элемента в мин. Способ позволяет осуществлять гарантированное поступление СОЖ в зону пластической деформации, что исключает схватывание контролирующих поверхностей. 2 ил.

Изобретение относится к холодной обработке металлов пластическим деформированием и может быть использовано, например, для обработки цилиндров и штоков, в частности цилиндров и глубинных скважинных насосов и других длинномерных цилиндров.

Известен способ пластической деформации поверхностного слоя металла посредством дорнов в отверстиях различных цилиндров и втулок с целью повышения точностных параметров, снижения шероховатости и повышения прочности и износостойкости (1).

Недостатком способа является то, что в процессе дорнования возникают большие контактные напряжения, которые выдавливают масляную пленку между контактирующими поверхностями деформирующего элемента (дорна) и детали, в результате чего при перемещении деформирующего элемента относительно обрабатывающей поверхности происходит сухое трение, сопровождающееся выделением высоких температур и схватыванием контактирующих поверхностей. Эти явления приводят к образованию надиров на обрабатывающей поверхности отверстия.

Чем больше длина обрабатываемого отвеpстия, тем активней проявляет себя вышеуказанный недостаток. По этой причине дорнование применяется только при обработке отверстий малых длин, преимущественно втулок.

Для устранения вышеописанного недостатка предложен способ, согласно которому в процессе дорнования в зону контакта деформирующий элемент-деталь подается смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) под высоким давлением (2).

Однако этот способ малоэффективен, т.к. при данном способе заборный конус деформирующего элемента находится в постоянном контакте с деформируемым слоем металла, что не позволяет проникнуть СОЖ в зону пластической деформации металла, а следовательно, как и при вышеописанном способе, происходит сухое трение, схватывание контактирующих поверхностей, приводящее к надирам.

Известен способ пластической деформации металла, при котором на деформирующий элемент накладывают осевые колебания, например, способ, осуществляемый при помощи инструмента по (3).

Согласно данному способу пластическую деформацию поверхности детали осуществляют одновременно черновым и чистовым деформирующими элементами, при этом на чистовой деформирующий элемент и оправку, на которой он закреплен, накладывают осевые колебания вдоль оси заготовки.

Недостатком данного способа является то, что, на черновой деформирующий элемент колебания не накладываются и он работает в постоянном контакте с деформируемым металлом, что препятствует поступанию СОЖ в данную зону и проводит к схватыванию контактирующих поверхностей.

Надиры, образованные на поверхности детали от чернового деформирующего элемента, не устранятся, несмотря на осцилирующие колебания чистового деформирующего элемента.

Кроме того, осуществить осцилирующие колебания деформирующего элемента совместно со штоком, на котором он установлен, возможно только при относительно малой длине штока, ввиду его недежности и инертности. При большой длине штока колебания будут затухающими и передадутся на деформирующий элемент с недостаточной амплитудой и с нежесткой характеристикой.

Этот способ пpименим только при обработке деталей малой длины, типа втулок.

Известен способ пластического деформирования поверхностей цилиндрических заготовок, заключающийся в установке заготовки с фиксацией и ее деформировании при движении подачи инструмента, несущего деформирующие элементы, которым сообщают колебания в форме возвратно-поступательных перемещений вдоль оси заготовки. Динамика возвратно-поступательных перемещений осуществляется за счет изменения давления смазочно-охлаждающей среды (4). Недостатком указанного способа является образование надиров, схватывание контактирующих поверхностей.

Задачей разработки описываемого способа пластической деформации поверхности металла является получение технического результата, заключающегося в обеспечении пластической деформации поверхности длинномерных цилиндрических заготовок, исключив схватывание контактирующих поверхностей деформирующего элемента и обрабатываемой детали.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ пластического деформирования, при котором деформирующему элементу придают колебания в виде возвратно-поступательного движения вдоль оси заготовки, при этом дорнование производят на рабочей подаче, удовлетворяющей условию: S<l·i, мм/мин, где: S рабочая подача инструмента, мм/мин; l величина амплитуды колебаний деформирующего элемента, мм; i число двойных ходов деформирующего элемента в мин.

Такое техническое решение, при котором возвратно-поступательное движение придают деформирующему элементу, а не оправке, на которой он закреплен, позволяет производить обработку отверстий как во втулках, так и в длинномерных трубных заготовках с любой величиной амплитуды колебаний, частотой колебаний и в жестком режиме.

Расчетная величина рабочей подачи в зависимости от амплитуды и частоты колебаний обеспечивает гарантированный отход деформирующего элемента с зоны пластической деформации металла, что позволит за каждый период колебаний поступать СОЖ в зону контакта, смазывать контактирующие поверхности и исключить схватывание последний.

На фиг. 1 показан способ пластической деформации внутренней поверхности цилиндрической заготовки; на фиг. 2 способ пластической деформации наружной поверхности цилиндрической заготовки.

Обработку длинномерных цилиндрических заготовок производят следующим образом: цилиндрическую заготовку 1 (цилиндр) фиг. 1 устанавливают на станок и сообщают ей натяжение. Инструмент 2 с неподвижно-закрепленным на нем деформирующим элементом 3 жестко устанавливают на штоке 4 гидроцилиндра 5. Гидроцилиндр 5 неподвижно установлен на пустотелой борштанге 6 станка и уплотнен по торцу, например, медным кольцом 7.

Кольцо 7 одновременно является регулировочным элементом для задания величины хода штока 4 на размер l. После ввода инструмента 2 в отверстие заготовки 1 к торцу заготовки подводят маслоприемник и уплотняют. От гидрораспределителя ( не показано) к гидроцилиндру 5 двумя потоками, через зазор 8 и канал 9 попеременно подают СОЖ в гидроцилиндр 5.

При подаче СОЖ через канал 9 СОЖ попадает в подштоковую часть гидроцилиндра 5 и шток 4 вместе с инструментом 2 переместится влево на величину l, при этом деформирующий элемент 3 своим заборным конусом 10 произведет пластическую деформацию металла до величины диаметра по ленточке 11.

Одновременно с этим осуществляется рабочая подача борштанги 6 с закрепленным на ней гидроцилиндром 5 и инструментом 2. Согласно формуле расчета величина рабочей подачи должна удовлетворять условию: S<l·i, где: l величина амплитуды колебаний деформирующего элемента, мм; i число двойных ходов деформирующего элемента.

Величина перемещения борштанги 6 с цилиндром 5 за половину периода колебаний деформирующего элемента 3 меньше амплитуды колебания самого деформирующего элемента 3 относительно цилиндра 5 и борштанги 6, поэтому за каждый период колебания деформирующего элемента 3 заборный конус 10 отходит от зоны пластической деформации металла, что обеспечивает возможность регулярного, за каждый период колебания поступления СОЖ в зону пластической деформации металла, а следовательно, исключить схватывание контактирующих поверхностей детали 1 и деформирующего элемента 3.

Аналогично осуществляется способ пластической деформации наружной поверхности длинномерных цилиндрических заготовок, изображенный на фиг. 2.

Гидроцилиндр 5 устанавливают и закрепляют на лобовой плите протяжного станка. Деформирующий элемент 3 жестко устанавливают внутри полого штока 4 гидроцилиндра 5.

Патрон 12, закрепленный на штоке рабочего цилиндра станка, пропускают через деформирующий элемент 3, где неподвижно устанавливают цилиндрическую заготовку 1. От гидрораспределителя (не показан) в гидроцилиндр 5 попеременно подают СОЖ в полости 9 и 13 гидроцилиндра 5, через штуцеры 14, что обеспечивает возвратно-поступательное движение штока 4 совместно с деформирующим элементом 3 на величину хода, которая выполняется посредством доработки рабочего торца фланца 15.

Цилиндрической заготовке 1 сообщают рабочую подачу S, которую определяют по предложенной формуле: S<l·i мм/мин.

Предложенный способ пластической деформации наружной поверхности длинномерных цилиндрических заготовок, так же как и ранее описанный способ пластической деформации внутренней поверхности, гарантирует регулярное поступление СОЖ в зону пластической деформации металла, что исключает схватывание контактирующих поверхностей обрабатываемой заготовки 1 и деформирующего элемента 3.

Формула изобретения

Способ пластического деформирования поверхностей цилиндрических заготовок, заключающийся в установке с фиксацией заготовки и ее деформировании при движении подачи инструмента, несущего деформирующие элементы, которым сообщают колебания в форме возвратно-поступательных перемещений вдоль оси заготовки, отличающийся тем, что деформирование осуществляют при подаче, удовлетворяющей условию S < l · i, где S рабочая подача инструмента, мм/мин; l величина амплитуды колебания деформирующего элемента, мм; i число двойных ходов деформирующего элемента в минуту.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2