Устройство для статико-импульсного дорнования отверстий методом протягивания

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к устройствам для калибрования, деформирующего протягивания и упрочнения металлических внутренних поверхностей отверстий деталей поверхностным пластическим деформированием. Устройство содержит патрон, в котором закреплен деформирующий инструмент, опорный фланец для установки обрабатываемой заготовки, гидравлический генератор импульсов, боек и втулку. Гидравлический генератор импульсов предназначен для вырабатывания периодической импульсной нагрузки. Волновод выполнен в виде ступенчатого стержня со ступенями малого и максимального диаметров. Боек выполнен в виде втулки, которая установлена на ступени малого диаметра ступенчатого стержня с возможностью продольного перемещения. Патрон установлен на волноводе. При этом втулка и ступень максимального диаметра ступенчатого стержня выполнены с поперечными сечениями одинаковой площади для передачи деформирующему инструменту периодической импульсной нагрузки вдоль его продольной оси. Соотношение длины втулки к длине ступени максимального диаметра ступенчатого стержня принимают равным единице. В результате расширяются технологические возможности. 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам и устройствам для калибрования, деформирующего протягивания и упрочнения металлических внутренних поверхностей отверстий деталей из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием со статико-импульсным нагружением деформирующего инструмента.

Известно устройство для статико-импульсного дорнования отверстий методом протягивания, содержащее патрон, в котором закреплен деформирующий инструмент [1].

Устройство отличается ограниченными возможностями, низким КПД, большой энергоемкостью, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой внутренней поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей дорнования за счет применения статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом внутренних поверхностей отверстий путем использования инструмента и устройства нагружения специальной формы.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством для статико-импульсного дорнования отверстий методом протягивания, содержащее патрон, в котором закреплен деформирующий инструмент, при этом он снабжен опорным фланцем для установки обрабатываемой заготовки, гидравлическим генератором импульсов для вырабатывания периодической импульсной нагрузки, волноводом в виде ступенчатого стержня со ступенями малого и максимального диаметров и бойком в виде втулки, который установлен на ступени малого диаметра ступенчатого стержня с возможностью продольного перемещения, а патрон установлен на волноводе, при этом втулка и ступень максимального диаметра ступенчатого стержня выполнены с поперечными сечениями одинаковой площади для передачи деформирующему инструменту периодической импульсной нагрузки вдоль его продольной оси, а соотношение длины втулки к длине ступени максимального диаметра ступенчатого стержня равно единице.

Особенности конструкции предлагаемого устройства поясняются чертежом. На чертеже представлена схема дорнования отверстия методом протягивания со статико-импульсным нагружением деформирующего инструмента.

Предлагаемое устройство служит для дорнования, т.е. калибрования отверстий методом протягивания и предназначено для чистовой операции по обработке отверстий деталей машин поверхностным пластическим деформированием. Эту операцию выполняют перемещением с натягом деформирующего инструмента - дорна 1, напоминающего прошивку, в виде оправки с деформирующим элементом, при этом к инструменту с натягом прикладывают статическую нагрузку Р_ст вдоль обрабатываемой поверхности отверстия заготовки. Заготовка 2 опирается на фланец 3, закрепленный на вертикальной стенке, например, горизонтально-протяжного станка (не показан).

Дополнительно к деформирующему инструменту - дорну 1 прикладывают периодическую импульсную нагрузку Р_им, вырабатываемую гидравлическим генератором импульсов (ГГИ) (не показан), которая сообщается посредством бойка 4 и волновода 5. С этой целью волновод 5 выполнен в виде ступенчатого стержня, а упомянутый боек 4 выполнен в виде втулки, охватывающей ступень малого диаметра волновода 5 и скользящей вдоль его продольной оси.

Соотношение длины L₁ бойка к длине ступени L₂ максимального диаметра волновода 5 равно единице, т.е. L₁/L₂=1, а площади контакта их в поперечном сечении, по которым передается ударный импульс, одинаковы.

Способ дорнования с применением предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Заготовку 2 устанавливают на фланец 3 и передней направляющей частью в заготовку вводят дорн 1, при этом дорн захватывается патроном 6, который закреплен на волноводе 5.

Обработку начинают с включения продольной подачи S_пр и под действием основной статической нагрузки Р_ст, развиваемой основным приводом станка, начинается процесс дорнования.

Одновременно с включением основной статической нагрузки Р_ст включается дополнительная периодическая импульсная нагрузка Р_им, которая осуществляется с помощью бойка 4, воздействующего на торец волновода 5. В качестве механизма импульсного нагружения инструмента применяют ГГИ (не показан) [2, 3], который соединен с корпусом гидроцилиндра 7.

Исходный импульс, сформированный в бойке в момент удара по волноводу, отражаясь от свободного торца бойка с противоположным знаком, доходит до волновода, одна его часть вновь отражается в боек, а другая переходит в волновод и распространяется в направлении нагружаемой поверхности. Дойдя до нагружаемой поверхности, последняя часть импульса распределяется на проходящий и отраженный. Проходящие волны деформации при соотношении L₁/L₂=1 не накладываются и не разрываются, а следуют друг за другом, кроме того, при равенстве площадей контакта поперечных сечений бойка и волновода энергия удара наиболее полно реализуется в контакте с нагружаемой средой.

Пример. Дорновали предлагаемым устройстом заготовки гильз гидроцилиндров с толщиной стенки 5...20 мм, изготовленные из стали 45, на модернизированном горизонтально-протяжном станке мод. 7Б57 с использованием специального ГГИ. Модернизация касалась установки на станке, на тяговом штоке волновода, бойка и корпуса гидроцилиндра, осуществляющих дополнительное периодическое импульсное нагружение инструмента. Наибольшее значение энергии ударов, развиваемые ГГИ, А=280 Дж (сила удара 260 кН, скорость удара 7,2 м/с), при частоте ударов f=5...15 Гц. Натяг инструмента составлял 0,5...1,5 мм, ширина деформирующей ленточки - 10...40 мм. Статическое нагружение осуществлялось силой до Р_ст=40 кН.

Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных поверхностей гильз уменьшился до значения Ra=0,5...0,065 мкм при исходном - Ra=5...6,5 мкм, производительность повысилась более чем в два раза, энергоемкость процесса составила 18 кВт, что в 2,2 раза меньше, чем при традиционном дорновании. Также установлено, что с увеличением диаметра инструмента происходит уменьшение удельного давления на нагружаемую поверхность, а это приводит к улучшению условий прохождения инструмента через обрабатываемое отверстие. Увеличение удельного давления снижает шероховатость, при этом поверхность приобретает профиль с периодически повторяющимся шагом, что положительно сказывается на работоспособности упрочненных таким образом заготовок.

Предлагаемое устройство расширяет технологические возможности дорнования за счет применения статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом внутренних поверхностей отверстий путем использования инструмента и устройства нагружения специальной формы.

Источники информации

1. RU 2055719 С1, В24В 39/02, 10.03.1996 - прототип.

2. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

3. Патент РФ №2090342. МПК⁶ В24В 39/04. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей ППД. 95122309/02. 21.12.95. 20.09.97. Бюл. №26.

Устройство для статико-импульсного дорнования отверстий методом протягивания, содержащее патрон, в котором закреплен деформирующий инструмент, отличающееся тем, что оно снабжено опорным фланцем для установки обрабатываемой заготовки, гидравлическим генератором импульсов для вырабатывания периодической импульсной нагрузки, волноводом в виде ступенчатого стержня со ступенями малого и максимального диаметров и бойком в виде втулки, который установлен на ступени малого диаметра ступенчатого стержня с возможностью продольного перемещения, а патрон установлен на волноводе, при этом втулка и ступень максимального диаметра ступенчатого стержня выполнены с поперечными сечениями одинаковой площади для передачи деформирующему инструменту периодической импульсной нагрузки вдоль его продольной оси, а соотношение длины втулки к длине ступени максимального диаметра ступенчатого стержня равно единице.