Многостержневое устройство для упрочнения поверхностным пластическим деформированием

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для упрочнения деталей из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием. Многостержневое устройство для упрочнения поверхностным пластическим деформированием содержит корпус, деформирующий инструмент, гидроцилиндр статического нагружения, цилиндр с поршнем-бойком, гидропневмоаккумулятор давления, соединенный со штоковой полостью цилиндра, вращающийся распределитель с рядом напорных и сливных окон, смещенных относительно друг друга, турбинку, вращающую ротор распределителя, при этом деформирующим инструментом является пакет волноводов, выполненный в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность ступени - фасонная, например сферическая. Все волноводы имеют одинаковую длину L₂ или в центре пакета может располагаться направляющий стержень длиной L'₂<L, не участвующий в передаче энергии удара заготовке. Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении бойковой ступени D₂₁ и контактной ступени D₂₂. Пакет волноводов имеет прямоугольную форму. Волноводы выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении контактной ступени d₂₂=D₂₂/(1+1/sin(2π/n) (где n - количество волноводов в пакете) с осями вращения, расположенными по периметру окружности диаметром (D₂₂-d₂₂), а в центре пакета располагается направляющий стержень с диаметром (D₂₂-2•d₂₂)>d₂₂. Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде секторов кольца с центральным углом α≤π, а в центре пакета располагается направляющий цилиндрический стержень с диаметром, равным внутреннему диаметру кольца. Волноводы цилиндрического и прямоугольного пакета выполнены в виде стержней с профилем в виде многогранников. Изобретение обеспечивает расширение области применения упрочняющей обработки и увеличение производительности. 7 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для упрочнения деталей из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием.

Известно устройство для ультразвуковой обработки поверхности изделий, содержащее соединенные между собой электромеханический преобразователь, волновод, стаканообразную обойму, охватывающую торец волновода, размещенный между торцом волновода и дном обоймы набор бойков, каждый из которых выполнен в виде стержня с многогранной головкой, смонтированного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в отверстиях перфорированного дна обоймы. Конструкция устройства обеспечивает высокую производительность за счет увеличения частоты ударных импульсов и использования многобойкового инструмента. Однако не позволяет добиться высокой степени и большой глубины упрочнения вследствие низкой энергии ударов.

Известно гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, деформирующий и поддерживающие инструменты, гидроцилиндры статического нагружения, цилиндр с поршнем-бойком, гидропневмоаккумулятор давления, соединенный со штоковой полостью цилиндра, вращающийся распределитель с рядом напорных и сливных окон, смещенных относительно друг друга, турбинку, вращающую ротор распределителя. Конструкция устройства обеспечивает высокую степень и большую глубину упрочнения за счет высокой энергии ударов и использования при ее передаче в упрочняемую поверхность волновых процессов. Однако для обеспечения небольших степеней и глубин упрочнения использование такого устройства не эффективно вследствие низкой производительности, так как за один удар бойка формируется один очаг деформации.

Целью изобретения является расширение области применения упрочняющей обработки и увеличение производительности.

Цель достигается тем, что деформирующим инструментом устройства является пакет волноводов, выполненный в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность контактной ступени - фасонная, например сферическая. Все волноводы могут иметь одинаковую длину L₂ или в центре пакета может располагаться направляющий стержень с длиной L'₂<L, не участвующий в передаче энергии удара заготовке. Пакет волноводов может иметь цилиндрическую форму с диаметром в сечении бойковой ступени D₂₁ и контактной ступени D₂₂ или прямоугольную форму. Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении контактной ступени d₂₂= D₂₂/(1+1/sin(2π/n)) (где n - количество волноводов в пакете), с осями вращения, расположенными по периметру окружности диаметром (D₂₂-d₂₂), a в центре пакета располагается направляющий стержень с диаметром (D₂₂-2•d₂₂)>>d₂₂. Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде секторов кольца с центральным углом α≤π, а в центре пакета располагается направляющий цилиндрический стержень с диаметром, равным внутреннему диаметру кольца. Волноводы цилиндрического и прямоугольного пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде многогранников.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит корпус 1 со смонтированным на нем цилиндром 2, жестко связанным со штоком 3 и подпружиненным со стороны штока пружиной 4 поршнем 5 гидроцилиндра статического нагружения 6. В корпусе устройства с возможностью осевого перемещения установлен пакет волноводов 7, между проточками которых и корпусом 1 установлена упорная шайба 8. Внутри цилиндра 2 размещен поршень-боек 9, содержащий тормозную шейку 10. Поршневая 11 и штоковая 12 полости цилиндра 2 сообщены посредством вращающегося распределителя 13 с напорной и сливной магистралями. Цилиндр 2 снабжен сообщающейся со штоковой полостью 12 тормозной камерой 14, диаметральный размер которой несколько больше диаметра тормозной шейки 10 поршня-бойка 9. Штоковая полость 12 цилиндра 2 сообщена также с гидропневмоаккумулятором 15.

Вращающийся распределитель 13 выполнен в виде неподвижной гильзы 16 и вращающегося полого ротора 17, которые снабжены рядом напорных и сливных окон, смещенных друг относительно друга на 45^o. Ротор 17 распределителя 13 снабжен турбинкой 18, размещенной в отдельной камере 19 распределителя и соединенной с поршневой полостью 11 цилиндра 2, сливной магистралью и гидропневмоаккумулятором 20.

Гидравлическая схема устройства включает предохранительный клапан 21 и регулируемый дроссель 22.

Устройство работает следующим образом.

Заготовка 23 устанавливается на рабочем столе станка (на чертеже не показано), а корпус 1 с цилиндром 2 и гидроцилиндром статического действия 6 перпендикулярно рабочему столу в направляющих на консоли. Заготовке сообщается поступательное движение, включается гидросистема устройства. При включении гидросистемы рабочая жидкость под давлением поступает через регулируемый дроссель 22 в штоковую полость 12 цилиндра 2 и гидропневмоаккумулятор 15, заряжая его. Одновременно с этим рабочая жидкость под давлением, соответствующим настройке предохранительного клапана 21, поступает в поршневую полость гидроцилиндра статического нагружения 6, производя через цилиндр 2, корпус 1 и шайбу 8 статическое нагружение пакета волноводов 7.

Пакет волноводов 7 и поршень-боек 9 под действием давления в штоковой полости 12 цилиндра 2 и усилия статического нагружения перемещаются вправо и вытесняют рабочую жидкость из поршневой полости 11 цилиндра 2, которая попадает во вращающийся распределитель 13 и воздействует на турбинку 18. Турбинка 18 вместе с ротором 17 поворачивается на 45^o. При совпадении положения окон гильзы 16 и ротора 17 распределителя 13 рабочая жидкость подается в поршневую полость 11 цилиндра 2. Под действием напора рабочей жидкости поршень-боек 9 ускоренно перемещается вперед и наносит удар по волноводам 7. Прямая и отраженная ударные волны посредством волноводов-инструментов сообщаются обрабатываемой поверхности, одновременно формируя несколько очагов деформации, увеличивая производительность процесса упрочнения. При неполной реализации энергии удара тормозная шейка 10 поршня-бойка 9 входит в тормозную камеру 14 цилиндра 2. В тормозной камере создается высокое давление, которое останавливает движение поршня-бойка вперед. В то же время гидропневмоаккумулятор 15 воспринимает избыточное давление, возникающее в штоковой полости 12 цилиндра 2. Все это позволяет избежать перегрузок, связанных с явлением гидравлического удара, и обеспечить устойчивую работу устройства.

Обратный ход поршня-бойка осуществляется после перемещения ротора 17 вращающегося распределителя 13 на 45^o, происходящего вследствие поворота жестко закрепленной на роторе турбинки 18. Турбинка поворачивается под напором заряженного гидропневмоаккумулятора 20. Переместившись, ротор соединяет поршневую полость 11 цилиндра 2 со сливной магистралью, после чего поршень-боек 9 перемещается вправо, увеличивая объем штоковой полости 12 цилиндра 2 и заряжая гидропневмоаккумулятор 15. Жидкость из поршневой полости 11 цилиндра 2 выталкивается на слив, заряжает гидропневмоаккумулятор 20, гася отдачу при ударе, и поворачивает турбинку 18 на 45^o. Далее цикл повторяется.

Использование в качестве деформирующих инструментов устройства пакета волноводов позволяет формировать несколько очагов деформации за один удар поршня-бойка 9, увеличивая производительность процесса упрочнения.

В зависимости от требуемой формы ударного импульса в очаге деформации, производительности обработки, получения регулярного микрорельефа и требуемого качества упрочненной поверхности пакет волноводов 7 может быть выполнен в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность контактной ступени - фасонная, например сферическая. Все волноводы могут иметь одинаковую длину L₂ (фиг.1) или в центре пакета может располагаться направляющий стержень с длиной L'₂<L (фиг.2), не участвующий в передаче энергии удара заготовке. Пакет волноводов может иметь цилиндрическую форму с диаметром в сечении бойковой ступени D₂₁ и контактной ступени D₂₂ (фиг.1, 2, 3, 4) или прямоугольную форму (фиг.5, 6). Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении контактной ступени d₂₂=D₂₂/(1+1/sin(2π/n)) (где n - количество волноводов в пакете), с осями вращения, расположенными по периметру окружности диаметром (D₂₂-d₂₂), а в центре пакета расположен направляющий стержень с диаметром (D₂₂-2•d₂₂)>>d₂₂ (фиг.2). Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде секторов кольца с центральным углом α≤π, а в центре пакета расположен направляющий цилиндрический стержень с диаметром, равным внутреннему диаметру кольца (фиг.4). Волноводы цилиндрического и прямоугольного пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде многогранников (фиг.3, 6).

Формула изобретения

1. Многостержневое устройство для упрочнения поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, деформирующий инструмент, гидроцилиндр статического нагружения, цилиндр с поршнем-бойком, гидропневмоаккумулятор давления, соединенный со штоковой полостью цилиндра, вращающийся распределитель с рядом напорных и сливных окон, смещенных относительно друг друга, турбинку, вращающую ротор распределителя, отличающееся тем, что деформирующим инструментом является пакет волноводов, выполненный в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность ступени - фасонная, например сферическая.

2. Многостержневое устройство по п.1, отличающееся тем, что волноводы имеют одинаковую длину L₂.

3. Многостержневое устройство по п.1, отличающееся тем, что в центре пакета расположен направляющий стержень с длиной L'₂<L, не участвующий в передаче энергии удара заготовке.

4. Многостержневое устройство по любому из пп.2 и 3, отличающееся тем, что пакет волноводов имеет цилиндрическую форму с диаметром в сечении бойковой ступени D₂₁ и контактной ступени D₂₂.

5. Многостержневое устройство по п.4, отличающееся тем, что пакет волноводов имеет прямоугольную форму.

6. Многостержневое устройство по п.4, отличающееся тем, что волноводы выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении контактной ступени d₂₂=D₂₂/(1+1/sin(2π/n), где n - количество волноводов в пакете, с осями вращения расположенными по периметру окружности диаметром (D₂₂-d₂₂), а в центре пакета расположен направляющий стержень с диаметром (D₂₂-2·d₂₂)>>d₂₂.

7. Многостержневое устройство п.4, отличающееся тем, что волноводы выполнены в виде стержней с профилем в виде секторов кольца с центральным углом α≤π, а в центре пакета расположен направляющий цилиндрический стержень с диаметром, равным внутреннему диаметру кольца.

8. Многостержневое устройство по любому из пп.4 и 5, отличающееся тем, что волноводы выполнены в виде стержней с профилем в виде многогранников.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6