Устройство для обкатывания винтов с круглым поперечным профилем

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к отделочно-упрочняющей обработке поверхностным пластическим деформированием многоэлементным обкатывающим инструментом винтов с круглым поперечным профилем. Устройство содержит корпус с тремя деформирующими инструментами, винтовую цилиндрическую пружину, державки, две стойки, пружины сжатия и колонны. Винтовая цилиндрическая пружина выполнена с шагом, кратным шагу обрабатываемого винта, и охватывает последний. Державки установлены внутри винтовой цилиндрической пружины на расстоянии, равном шагу обрабатываемого винта. Две стойки выполнены с отверстиями и расположены в корпусе. Одна из упомянутых стоек выполнена подвижной, а другая - неподвижной. Колонны оперты на пружины сжатия и расположены в отверстиях стоек. Деформирующие инструменты закреплены в державках. Концы винтовой цилиндрической пружины закреплены на колоннах. Средний деформирующий инструмент установлен противоположно крайним деформирующим инструментам относительно обрабатываемой заготовки и выполнен с возможностью радиального перемещения для регулирования натяга и усилия обкатывания. В результате расширяются технологические возможности, уменьшается параметр шероховатости обработанной поверхности и увеличивается твердость последней. 3 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочно - упрочняющей обработке заготовок типа винтов с круглым поперечным профилем из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием многоэлементным обкатывающим инструментом.

Известно трехроликовое приспособление для обкатывания винтов, состоящее из державки с роликами, шарнирно-соединенной с корпусом, который крепят на суппорте станка [1].

Недостатком известного устройства является ограниченность применения, узкая специализация (только для цилиндрических поверхностей) и низкая производительность, при этом для получения высокого качества необходимо создание больших рабочих усилий, а это требует использование роликов с большим радиусом профиля, что отрицательно влияет на массогабаритные параметры и не всегда осуществимо.

Известен способ и устройство, реализующее его, для обкатывания винтов, предусматривающий сообщение обрабатываемой заготовке вращательного движения, а деформирующему инструменту, содержащему корпус и державку с деформирующими элементами, подвижно соединенную с корпусом, сообщение движения продольной подачи, при этом обкатывание осуществляется многими деформирующими элементами, кроме того, инструмент снабжен двумя дисками с центральными отверстиями, один из которых жестко соединен с корпусом, а другой диск жестко крепится к торцу первого диска с помощью распорных втулок и винтов, при этом между дисками свободно установлена с помощью трех растяжек в виде пружин растяжения державка, несущая деформирующие элементы, с кольцами, которые вставлены в торцовые пазы державки и ограничивают в осевом направлении деформирующие элементы, свободно расположенные в желобе отверстия державки, при этом для предотвращения вращения державки она снабжена рукояткой, расположенной на периферии, которая опирается на ролик с осью, закрепленной между дисками, кроме того, упомянутые растяжки-пружины закреплены на распорных втулках [2, 3].

Недостатком известного способа и устройства, реализующего его, является ограниченность применения из-за узкой специализации - только для винтов одного наименования, при смене объекта обработки необходимо другое устройство для обкатывания, а также невозможность регулирования натяга деформирующих элементов и регулирования усилия обкатывания, поэтому заготовка в большой партии деталей, обработанная на предыдущей операции с максимальным наружным диаметром в пределах допуска, будет обкатана с максимальным натягом, следовательно, с максимальным усилием обкатывания, а заготовка с минимальным наружным диаметром - с минимальным усилием обкатывания. У этих заготовок будет разная шероховатость, степень упрочнения и глубина упрочненного слоя, т.е. процесс отличается нестабильностью, что нежелательно.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, заключающееся в уменьшении погрешности предшествующей обработки и повышении точности путем разгрузки узлов станка от одностороннего приложения усилия обкатывания при обработке винтов, в уменьшении параметра шероховатости обработанной поверхности и увеличении ее твердости на значительную глубину благодаря выглаживающему действию нескольких деформирующих инструментов, повышении производительности за счет увеличения пятна контакта деформирующих инструментов с обрабатываемой поверхностью и возможности применения больших подач и регулирования рабочих усилий, а также обрабатывать винтовые поверхности винтов большой номенклатуры и быть универсальным.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для обкатывания винтов с круглым поперечным профилем, содержащего корпус с тремя деформирующими инструментами, причем оно снабжено винтовой цилиндрической пружиной, шаг которой кратен шагу обрабатываемого винта, имеющей по меньшей мере один виток и выполненной с возможностью охватывания обрабатываемого винта для обеспечения радиальной подачи деформирующим инструментам, державками, установленными внутри винтовой цилиндрической пружины на расстоянии, равном шагу обрабатываемого винта, двумя стойками с отверстиями, расположенными в корпусе, одна из которых выполнена подвижной, а другая - неподвижной, пружинами сжатия и колонами, опертыми на пружины сжатия и расположенными в отверстиях стоек, при этом упомянутые деформирующие инструменты закреплены в державках, концы винтовой цилиндрической пружины закреплены на колоннах, средний деформирующий инструмент установлен противоположно крайним деформирующим инструментам относительно обрабатываемой заготовки и выполнен с возможностью радиального перемещения для регулирования натяга и усилия обкатывания.

Особенности устройства поясняются чертежами.

На фиг.1 показана схема обкатывания винта с круглым поперечным профилем предлагаемым устройством, частичный продольный разрез; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2.

Предлагаемое устройство предназначено для обработки поверхностным пластическим деформированием наружных поверхностей вращения заготовок типа винтов преимущественно с большим шагом и круглым поперечным профилем, например винтов винтовых нефтяных насосов.

Обработку выполняют на токарных, карусельных станках с сообщением вращательного движения заготовке - V_з, а устройству с деформирующими инструментами - движение продольной подачи S_пр.

Деформирующие инструменты, например шарики 1, закреплены в державках 2 и установлены внутри винтовой цилиндрической пружины 3.

Обработку обкатыванием осуществляют несколькими (например, тремя, как показано на фиг.1) деформирующими инструментами 1, закрепленными в державках 2.

Державки 2 установлены друг от друга на расстоянии шага t обрабатываемого винта 4 внутри винтовой цилиндрической пружины 3. Шаг пружины 3 кратен шагу обрабатываемого винта 4 и минимальное значение его равно двум шагам - 2t обрабатываемого винта (см. фиг.1). Пружина 3 длиной не менее одного витка с целью обеспечения радиальной подачи S_Р деформирующим инструментам 1 охватывает заготовку 4. Концы пружины 3 жестко закреплены на колоннах 5, которые подвижно по скользящей посадке установлены в отверстиях стоек 6. Колонны 5 опираются на пружины сжатия 7, последние также расположены в отверстиях стоек 6. Выдвижение колонн 5 из стоек 6 под действием пружин 7 в нерабочем состоянии инструмента ограничено накидными гайками 8.

Для настройки на определенный шаг, равный 2t, пружины 3 стойки 6 соединены между собой тягой 9, на резьбовых концах которой закручены гайки 10, при этом одна стойка установлена на корпусе 11 неподвижно, другая - подвижно, с возможностью регулирования расстояния между ними.

Средний деформирующий инструмент 1 установлен внутри пружины 3 противоположно крайним деформирующим инструментам и равно удален на расстоянии t шага обрабатываемой заготовки 4 в продольном направлении относительно крайних деформирующих инструментов.

Средний деформирующий инструмент 1, в отличии от крайних деформирующих инструментов, которые закреплены на пружине 3 жестко, имеет возможность радиального перемещения с целью регулирования натяга и усилия обкатывания с помощью хомута 12 и резьбовой державки 2 (см. фиг.3).

Сборку устройства осуществляют в следующей последовательности.

На корпус 11, подготовленный для установки, например, на поперечный суппорт токарного станка, устанавливают и жестко крепят неподвижную стойку 6. Подвижную стойку 6 устанавливают на «ласточкин хвост», имеющийся на корпусе 11. Обе стойки 6 соединяют тягой 9 с выдерживанием расстояния 2t между осями отверстий под колонны и фиксируют гайками 10. В отверстия под колонны стоек 6 вставляют пружины 7 и колонны 5, с предварительно смонтированными на силовой пружине 3, на которой также установлены державки 2 с деформирующими инструментами 1.

Колонны 5 фиксируются от выпадания из отверстий стоек гайками 8.

Заканчивается общая сборка устройства установкой среднего деформирующего инструмента 1 путем закрепления хомута 12 и ввертывания резьбовой державки 2 с предварительно закрепленным на ней деформирующим инструментом 1.

По окончании сборки производятся регулировка и настройка деформирующего инструмента на требуемый размер путем установки его на контрольный образец винта и введения в контакт деформирующих инструментов с поверхностью винта с необходимым усилием путем вывинчивания резьбовой державки 2 из хомута 12. Определенное положение державки фиксируется известными способами, например, контргайкой. Также необходимо отрегулировать положение деформирующих инструментов в продольном направлении, осуществляемое перемещением подвижной стойки путем закручивания или раскручивания гаек 10 на тяге 9.

Работа с предлагаемым устройством осуществляется в следующей последовательности.

При финишной обработке поверхностным пластическим деформированием - обкатыванием винта с круглым поперечным сечением, имеющим профиль и размеры D, D₁, t, е (на фиг.1 показан винт Н41.1103.01.027 с размерами D=98 мм, D₁=70 мм, t=180±0,05 мм, е=14±0,1 и общей длиной 1655 мм) деформирующим инструментом заготовку винта, прошедшую предварительную, например, товарную обработку, закрепляют в патроне 13 шпинделя 14 передней бабки 15, подводят устройство и вводят свободный конец заготовки винта в отверстие устройства и поджимают центром 16 задней бабки 17. Обрабатываемой заготовки винта сообщают вращательное движение V_з. Скорость вращения заготовки задают в зависимости от требуемой производительности, конструктивных особенностей заготовки и оборудования. Обычно скорость составляет V₃=30...150 м/мин. Деформирующему инструменту сообщают продольную подачу S_ПР в одну сторону не более 0,1...3,0 мм/об. Оптимальную подачу S^О _ПР определяют по формуле: S^О _ПР=k S, где k - число деформирующих инструментов; S - подача на один деформирующий инструмент, принимается для шариков не более - 0,01...0,05 мм/об.

При переходе на обработку другого типоразмера винта достаточно заменить пружину 3 в комплекте с державками 2 и деформирующими инструментами 1.

Пример. Обрабатывался обкатыванием винт Н41.1103.01.027 с размерами D=98 мм, D₁=70 мм, t=180±0,05 мм, e=14±0,1 и общей длиной 1655 мм, шероховатость R_a=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, правого направления; материал-сталь 12Х18Н9Т ГОСТ 5632-72, твердость НВ 207...228, масса - 50 кг. Предварительная обработка точением и финишная обработка обкатыванием проводилась на токарно-винторезном станке мод. 1М63БФ101, окружная скорость заготовки - V_з=88 м/мин (1,47 м/с), n_з=400 об/мин, продольную подачу S_пр ^о определяли по формуле S_пр ^о=k S мм/об и принимали S_пр ^о=3·0,3=0,9 мм/об, где k=3 - количество роликов в инструменте, диаметр роликов - 14,88 мм. Усилие обкатывания составляло около ≈ 1700 Н, глубина наклепанного слоя находилась в пределах 0,15...0,20 мм; величина, на которую изменился размер после обкатки - 0,01...0,02 мм; смазывающе - охлаждающей жидкостью при обкатывании служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).

Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=4,4 мин (против Т_м ^баз 16,8 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании с помощью шлифовальной головки, с последующим полированием абразивной лентой ЛВТ 2200×55 Э4, 5-8-10 ГОСТ 12439-79 на токарном станке 1К62 на АО "Ливгидромаш"). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов - не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.

Достоинствами предлагаемого устройства с плавающим многоэлементным инструментом для обкатывания винтов с круглым профилем торцевого сечения являются:

- возможность обкатывания винтов с повышением точности обработки (на 10...20%) за счет конструкции (вся неточность сводится к неточности одного элемента - пружины);

- позволяет вести обкатывание на максимальных подачах по сравнению с одноинструментальными устройствами;

- уменьшение погрешности предшествующей обработки;

- обеспечение постоянного усилия контакта деформирующих инструментов с обрабатываемой поверхностью;

- многоэлементность инструмента позволяет осуществить многопроходность обработки, за счет чего достигается более высокое качество обработки;

- позволяет разгрузить узлы станка от одностороннего приложения усилия и обрабатывать большую номеклатуру винтов;

- образование определенной макро- и микрогеометрической формы обработанной поверхности, уменьшение параметра шероховатости - сглаживание поверхности, изменение структуры материала - поверхностный наклеп и создание определенного напряженного состояния - все это благоприятно действует на износостойкость.

Предлагаемое устройство для обкатывания винтов с круглым поперечным сечением отличается простотой в реализации, а деформирующий инструмент - не сложный по конструкции и надежный в эксплуатации. Получаемый на поверхности заготовки структурный слой обладает повышенной твердостью и, соответственно, износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить производительность обработки в 2...2,5 раза и обеспечить высокую точность.

Источники информации

1. Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т.Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. С.387, рис.6.

2. Патент РФ №2 268 134, МПК В24В 39/00. Плавающее устройство для обкатывания нежестких винтов. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Самойлов Н.Н., Афанасьев Б.И., Катунин А.А., Фомин Д.С. Заявка 2004128667/02, 27.09.2004; 20.01.2006. Бюл. №02.

3. Патент РФ №2268135, МПК В24В 39/00. Способ обкатывания нежестких винтов. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Самойлов Н.П., Афанасьев Б.И., Катунин А.А., Фомин Д.С. Заявка 2004128668/02, 27.09.2004; 20.01.2006. Бюл. №02 - прототип.

Устройство для обкатывания винтов с круглым поперечным профилем, содержащее корпус с тремя деформирующими инструментами, отличающееся тем, что оно снабжено винтовой цилиндрической пружиной, шаг которой кратен шагу обрабатываемого винта, имеющей по меньшей мере один виток и выполненной с возможностью охватывания обрабатываемого винта для обеспечения радиальной подачи деформирующим инструментам, державками, установленными внутри винтовой цилиндрической пружины на расстоянии, равном шагу обрабатываемого винта, двумя стойками с отверстиями, расположенными в корпусе, одна из которых выполнена подвижной, а другая - неподвижной, пружинами сжатия и колоннами, опертыми на пружины сжатия и расположенными в отверстиях стоек, при этом упомянутые деформирующие инструменты закреплены в державках, концы винтовой цилиндрической пружины закреплены на колоннах, средний деформирующий инструмент установлен противоположно крайним деформирующим инструментам относительно обрабатываемой заготовки и выполнен с возможностью радиального перемещения для регулирования натяга и усилия обкатывания.