Чистовой упрочняющий инструмент для цилиндрических и фасонных отверстий

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических и фасонных отверстий. Инструмент содержит корпус, механизм нагружения в виде центрального штока с коническими поверхностями и деформирующие элементы. Деформирующие элементы выполнены в виде пружин с витками в форме эллипса. Корпус выполнен в виде втулки с радиальными прорезями. Радиальные прорези расположены на одном или нескольких уровнях поперечных сечений корпуса и выполнены из условия размещения в них витков упомянутых пружин. Каждая пружина вмонтирована внутри корпуса на своем уровне и установлена из условия схватывания своей конической поверхности центрального штока. Каждая коническая поверхность центрального штока выполнена с направляющими продольными пазами, количество и ширина которых равны количеству и ширине витков пружины. В результате расширяются технологические возможности. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения к механической обработке отверстий в металлических деталях машин, в частности к отделочной и упрочняющей обработке поверхностным пластическим деформированием, и касается конструкции инструмента для отделочно-упрочняющей обработки.

Известно устройство для чистовой упрочняющей обработки цилиндрических и фасонных отверстий, содержащее корпус, механизм нагружения в виде центрального штока с коническими поверхностями и деформирующие элементы [1].

Недостатками известного устройства являются узкие технологические возможности, сложность конструкции и дороговизна изготовления инструмента, большой расход ручного вспомогательного времени на установку и регулировку нагружения, что снижает эффективность обработки, причем небольшая рабочая площадь инструмента уменьшает интенсивность обработки больших внутренних поверхностей и производительность обработки.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей, позволяющих вести обработку не только цилиндрических отверстий, но и фасонных, упрощение конструктивного исполнения и дешевизна изготовления инструмента, повышение производительности, точности и эффективности обработки за счет увеличения рабочей площади контакта инструмента с заготовкой благодаря эллипсной форме витков рабочей деформирующей пружины и высокой упругости инструмента, а также возможности управления обработкой, установка и регулировка нагружения без остановки процесса.

Поставленная задача решается предлагаемым чистовым упрочняющим инструментом для цилиндрических и фасонных отверстий, содержащим корпус, механизм нагружения в виде центрального штока с коническими поверхностями и деформирующие элементы, при этом деформирующие элементы выполнены в виде пружин с витками в форме эллипса, корпус выполнен в виде втулки с радиальными прорезями, которые расположены на одном или нескольких уровнях поперечных сечений корпуса и выполнены из условия размещения в них витков упомянутых пружин, каждая из которых вмонтирована внутри корпуса на своем уровне и установлена из условия схватывания своей конической поверхности центрального штока, а каждая коническая поверхность центрального штока выполнена с направляющими продольными пазами, количество и ширина которых равны количеству и ширине витков пружины.

На фиг.1 изображена схема обработки отверстия предлагаемым инструментом, частичный продольный разрез инструмента; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, обработка цилиндрического отверстия; на фиг.3 - вид А на фиг.1, обработка фасонного, а именно эллипсного, отверстия.

Предлагаемый инструмент служит для чистовой упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД) цилиндрических и фасонных отверстий.

Инструмент содержит корпус 1 в виде втулки, в продольном центральном отверстии которой расположен шток 2, имеющий возможность продольного возвратно-поступательного перемещения. Оригинальность конструкции инструмента заключается в том, что в корпусе 1 выполнены радиальные прорези 3, расположенные на одном или нескольких уровнях поперечных сечений, в которых расположены витки 4 деформирующей пружины, вмонтированной в корпус 1 изнутри. Витки 4 в поперечном сечении представляют собой эллипс для большего контакта с обрабатываемой поверхностью. Такая деформирующая пружина с эллипсными витками 4 и свернутая в кольцо натягивается на шток 2 с некоторым усилием, возникающим благодаря пружинящим свойствам проволоки, из которой пружина изготовлена.

Механизм нагружения выполнен в виде центрального штока 2 с коническими поверхностями 6, которые охватываются деформирующими пружинами. Конические поверхности 6 выполнены с направляющими продольными пазами 5, количество и ширина b_ш которых равны количеству и ширине b_п витков 4 пружины, т.е. b_ш=b_п. При этом пружина натягивается на шток таким образом, что каждый виток 4 попадает в направляющий продольный паз 5 конической поверхности 6.

С целью удобства и возможности монтажа пружины, установленной на штоке, и ввода ее витков 4 в прорези 3 изнутри использовано съемное кольцо 7, которое закреплено на корпусе винтами 8.

Радиальные прорези 3 в корпусе 1 выполнены на нескольких уровнях поперечных сечений и в каждый уровень прорезей вмонтирована своя пружина, которая охватывает свою коническую поверхность, имеющуюся на штоке. Так на фиг.1 представлен инструмент, имеющий две пружины, витки 4 которых расположены в прорезях 3, находящихся на двух уровнях поперечных сечений. Количество уровней прорезей зависит от длины обрабатываемого отверстия и требуемой производительности обработки.

В качестве упругого металлического элемента пружины применяется проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного и др. формы сечения.

Рабочий деформирующий элемент, выполненный в виде упругой металлической проволоки, свернутой в витки эллиптической формы винтовой пружины растяжения, которая, в свою очередь, свернута в кольцо. Упругий рабочий режущий элемент - пружина - выполнен из проволоки, например, по ГОСТ 9389-75, обладающей высокой разрывной прочностью. В качестве материала проволоки используют сталь 65Г, 50ХФА, 60С2А, 65С2ВА по ГОСТ 14595-79. Стальную углеродистую холоднотянутую проволоку, применяемую для изготовления рабочих элемента инструмента, навивают в холодном состоянии и не подвергают закалке.

Диметр проволоки зависит от диаметра обрабатываемого отверстия (диапазона отверстий), деформирующего усилия и др. факторов и может быть от нескольких десятков микрометров и толще.

Ввод упругого винтового инструмента в обрабатываемое отверстие заготовки производят в положении штока, когда пружины не контактируют с его коническими поверхностями. Согласно фиг.1 - это верхнее положение штока, при этом пружины охватывают цилиндрические шейки штока.

При обработке отверстий предлагаемым инструментом ему сообщают вращательное V_и относительно продольной оси и возвратно-поступательное S_пр движения. Кроме того, шток 2 перемещают относительно корпуса 1, тем самым конус натягивает на себя пружину, при этом наружный диаметр пружины увеличивается, благодаря чему обеспечивается радиальная подача деформирующих элементов - витков, необходимая для поверхностного пластического деформирования (ППД).

Многоэлементная деформирующая рабочая поверхность инструмента в виде упругих эллиптических витков пружины способствует свободному проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки, если это требуется по технологическому процессу и позволяет интенсифицировать процесс обработки. Равномерное действие упругих сил металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, повышает точность и производительность обработки.

Биение корпуса 1 штока 2 не влияет на биение металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, так как этот инструмент свободно размещается и ориентируется в обрабатываемом отверстии.

В процессе обработки деформирующие витки соприкасаются с обрабатываемой поверхностью. Вращение и возвратно-поступательное перемещение инструмента относительно обрабатываемой заготовки приводят к обкатыванию поверхности деформирующими витками.

После завершения обработки шток 2 выдвигается из корпуса (на фиг.1, движение вверх), пружины сжимаются и уменьшаются в диаметре и деформирующие витки отходят от обрабатываемой поверхности.

Пример. Обработку осуществляли на хонинговальном станке мод. ОФ-38а, где упрочняли отверстие диаметром 80 мм и длиной 100 мм в заготовках из стали 45 при частоте вращения инструмента 400...1400 об/мин, рабочей подаче инструмента 0,05...0,3 мм/об и фиксируемом силовом воздействии 400...800 Н. Твердость материала заготовки - 32...36 HRC; исходная шероховатость поверхности - Ra=3,2 мкм. Деформирующая эллипсоидная пружина была изготовлена из сплава марки 38ХМЮА и после азотирования имела твердость 60...64 HRC. Затем ее поверхность была отполирована до Ra=0,04...0,08 мкм.

Параметры чистовой и упрочняющей обработки предлагаемым пружинным инструментом приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры чистовой и упрочняющей обработки пружинным инструментом
Частота вращения, об/мин	Продольная подача, мм/об	Нагрузка, Н	Шероховатость, Ra, мкм
400	0,05	800	0,3
400	0,15	400	0,25
800	0,05	400	0,80
800	0,15	600	0,23
800	0,30	400	0,3
1400	0,05	800	0,28
1400	0,15	400	1,20
1400	0,30	600	1,10

При обработке в качестве смазывающе-охлаждающей жидкости использовали индустриальное масло 20.

Как следует из представленных в табл.1 данных, при режимах обработки, близких к оптимальным (частота вращения 800 об/мин, продольная подача 0,30 мм/об, нагрузка 400-600 Н), обеспечивалась Ra=0,23...0,3 мкм и упрочнение поверхностного слоя до 15...25%.

Предлагаемый инструмент обладает практической полезностью, технологичен, несложен и дешев в изготовлении, прост в обслуживании, расширяет технологические возможности и обеспечивает высокую эффективность отделочно-упрочняющей обработки не только цилиндрических, но и фасонных внутренних поверхностей.

Источники информации:

1. SU 1286394 А1, В24В 39/00, 30.01.1987 - прототип.

Чистовой упрочняющий инструмент для цилиндрических и фасонных отверстий, содержащий корпус, механизм нагружения в виде центрального штока с коническими поверхностями и деформирующие элементы, отличающийся тем, что деформирующие элементы выполнены в виде пружин с витками в форме эллипса, корпус выполнен в виде втулки с радиальными прорезями, которые расположены на одном или нескольких уровнях поперечных сечений корпуса и выполнены из условия размещения в них витков упомянутых пружин, каждая из которых вмонтирована внутри корпуса на своем уровне и установлена из условия схватывания своей конической поверхности центрального штока, а каждая коническая поверхность центрального штока выполнена с направляющими продольными пазами, количество и ширина которых равны количеству и ширине витков пружины.