Способ статико-импульсного упрочнения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам обработки импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием. Сообщают заготовке и многоэлементному деформирующему инструменту вращательные движения. Осуществляют продольную подачу многоэлементного деформирующего инструмента. Используют многоэлементный деформирующий инструмент, содержащий деформирующие элементы, выполненные в виде витков винтовой цилиндрической пружины, винтообразно скрученной и охватывающей заготовку, и корпус в виде статора трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя. Внутри корпуса на подшипниках качения смонтирован ротор в виде полого вала. Деформирующие элементы расположены в отверстии ротора на упругой втулке, которая закреплена с помощью гаек, ввернутых в резьбовые части, выполненные с торцов ротора на поверхности его отверстия. Производят регулирование и установку жесткости упругой втулки с помощью упомянутых гаек. В результате расширяются технологические возможности, увеличивается производительность и улучшается качество обработанной поверхности. 4 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам обработки импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием (ППД), и может быть использовано для чистовой и упрочняющей обработки цилиндрических, винтовых и сложнопрофильных поверхностей, например, винтов винтовых насосов, винтовых поверхностей с скругленно-синусоидальным профилем, эксцентриковых шеек валов, поверхностей кулачковых и РК-профилей.

Известны способ и устройство для статико-импульсного поверхностного пластического деформирования валов или винтов винтовых насосов, содержащее боек и волновод, выполненные в виде стержней одинакового диаметра, и деформирующий инструмент для обработки с натягом, установленный на свободном конце волновода с возможностью приложения к нему нормально к обрабатываемой поверхности статической нагрузки и периодической импульсной нагрузки с помощью бойка и волновода, при этом деформирующий инструмент выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины, свернутой в кольцо, внутренний диаметр которого меньше диаметра заготовки на величину двойного натяга для обеспечения статической нагрузки, при этом свернутая в кольцо винтовая цилиндрическая пружина установлена с возможностью охватывания заготовки, кроме того, свернутая в кольцо винтовая цилиндрическая пружина содержит натяжное устройство для регулирования статической нагрузки [1, 2].

Недостатками известных способа и устройства являются узкие технологические возможности и конструктивно сложный привод деформирующего устройства, оснащенного механизмами статического и импульсного нагружения инструмента, в виде гидравлического генератора импульсов, отличается низким КПД, большой энергоемкостью. Все это повышает себестоимость обработки, снижает производительность, ухудшает качество обрабатывающей поверхности, требует сложной и длительной настройки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей ППД упрочнения сложнопрофильных поверхностей путем использования охватывающего инструмента с деформирующими элементами в виде витков винтовой цилиндрической пружины, винтообразно скрученной и расположенной на внутренней поверхности полого вала - ротора электродвигателя и позволяющей улучшить качество обрабатываемой поверхности, повысить КПД и производительность и снизить себестоимость и энергоемкость процесса обработки.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа статико-импульсного упрочнения пружинным деформирующим инструментом наружных поверхностей винтов и цилиндрических валов, включающего сообщение заготовке и многоэлементному деформирующему инструменту вращательных движений вокруг собственных осей и продольной подачи многоэлементному деформирующему инструменту, при этом используют многоэлементный деформирующий инструмент, содержащий деформирующие элементы, выполненные в виде витков винтовой цилиндрической пружины, винтообразно скрученной и охватывающей заготовку, и корпус с центральным отверстием в виде статора трехфазного асинхронного коротко-замкнутого электродвигателя, внутри которого на подшипниках качения смонтирован ротор в виде полого вала, причем деформирующие элементы расположены в отверстии ротора на упругой втулке, которая закреплена с помощью гаек, ввернутых в резьбовые части, выполненные с торцов ротора на поверхности его отверстия, при этом производят регулирование и установку жесткости упругой втулки с помощью упомянутых гаек.

Особенности способа и работы устройства поясняются чертежами.

На фиг.1 показана схема реализации предлагаемого способа и устройства для упрочнения винтовой сложнопрофильной поверхности, продольный разрез; на фиг.2 - вид по А на фиг.1, вид с торца; на фиг.3 - общий вид сбоку на фиг.1; на фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг.1.

Предлагаемые способ и устройство, реализующее его, предназначены для пластического деформирования и упрочнения винтовых и сложнопрофильных поверхностей (например, винтов винтовых насосов, винтовых поверхностей с скругленно-синусоидальным профилем, цилиндрических валов, эксцентриковых шеек валов, поверхностей кулачковых и РК-профилей), работа которого заключается в том, что обрабатываемой заготовке 1 и деформирующему инструменту 2 сообщают вращательные движения VЗ и VИ соответственно, при этом устройству с деформирующим инструментом 2 сообщают движение продольной подачи SПР, а создание натяга обеспечивается поперечной подачей Sпоп. Устройство имеет деформирующие элементы, которые наносят по поверхности заготовки многочисленные удары, пластически деформируя и упрочняя наружную поверхность.

Для поверхностного импульсно-ударчого деформирования обрабатываемой поверхности заготовки, например винта винтового насоса 1 (см. фиг.1), предварительно обработанной, например точением, ее закрепляют в приспособлении, например, в трехкулачковом самоцентрирующем патроне с поджатием центром задней бабки (не показаны), и сообщают вращательное движение VЗ вокруг собственной центральной оси, а импульсно-ударному деформирующему инструменту 2 устройства - продольную подачу SПР и возможность движения SПОП в поперечном направлении для создание натяга N, необходимого для упрочнения.

Реализующее предлагаемый способ устройство состоит из корпуса 3, выполненного в виде статора трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, взятого, например, по ГОСТ 19523-74, с полюсами 4 и выполненного из серого чугуна. Внутри корпуса-статора 3 на подшипниках качения 5 смонтирован ротор 6 в виде полого стального вала.

В отверстии ротора 6 на упругой втулке 7 расположены деформирующие элементы 8 в виде витков винтовой цилиндрической пружины 2, винтообразно скрученной и охватывающей заготовку 1. Упругая втулка 7 изготовлена, например, из полиуретана СКУ-7Л, резины, поролона и др. упругого материала. Если втулка изготовлена из резины, то при вулканизации резина прочно соединяется с металлическими витками винтовой цилиндрической винтообразно скрученной пружины 2. Пружина 2 своими витками с наружным диаметром d посажена во втулку 7 таким образом, что три четверти d витков расположены во втулке 7 и только одна четвертая часть d витков свободно расположена в отверстии втулки 7 и выступает над ее внутренней поверхностью. Упругая втулка 7 посажена в отверстии ротора 6 по тугой посадке.

С торцов ротора 6 упругая втулка 7 закреплена с помощью гаек 9, ввернутых с каждого торца в резьбовые части отверстия ротора 6. Кроме того, гайки 9 служат не только для крепления и предотвращения продольного смещения упругой втулки в отверстии ротора, но и для регулирования и установки необходимой жесткости упругой втулки 7, влияющей и поддерживающей натяг N установки деформирующих элементов.

Усилие Р упрочнения, воздействующее через деформирующие элементы - витки пружины - на обрабатываемую поверхность заготовки 1, задается поперечной подачей SПОП (см. фиг.4). Предлагаемый способ и реализующая его конструкция устройства, предусматривающего крепление деформирующего инструмента 2 в отверстии вала - ротора 6 электродвигателя, установленного, например, на поперечном суппорте токарного станка (не показан), позволяет деформирующим элементам, выполненным в виде витков пружины, прогибаться и совершать поперечные движения АПОП, вызванные эксцентричным смещением и расположением некоторых участков обрабатываемой винтовой поверхности.

Так, например, поперечные смещения АПОП деформирующих элементов 8 при обработке винта левого Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500 будут равны эксцентриситету e1=1,65 мм, см. фиг.1. Переход контакта инструмента 2 с заготовкой 1 с одного деформирующего элемента 8 на другой деформирующий элемент вызывает импульсно-ударную пластическую деформацию поверхностного слоя заготовки.

Передача вращательного движения VИ валу ротора 6 с деформирующими элементами 8 осуществляется с помощью электрических сил наводимых в корпусе - статоре электродвигателя, и является минимальной кинематической связью по протяженности и сложности, и исключает использование промежуточных ременных, зубчатых и других передач и редукторов, поэтому устройство имеет высокий КПД.

Твердость поверхностного слоя, глубина наклепа и шероховатость поверхности, полученные предлагаемым способом с помощью данного устройства, зависят от силы удара и числа ударов, приходящихся на 1 мм2 поверхности. Эти параметры в свою очередь зависят от окружной скорости вала ротора с деформирующими элементами 8, натяга, размера деформирующих элементов, их числа, частоты вращения, величины продольной подачи устройства и числа проходов.

Несмотря на то что скорость вращения инструмента VИ не регулируется, так как используется асинхронный электродвигатель, устройство позволяет плавно регулировать результирующую скорость упрочнения. Известно, что при вращении заготовки со скоростью VЗ и инструмента - VИ в разных направлениях, когда инструмент охватывает заготовку (см. фиг.1-2, 4), результирующая скорость обработки равна сумме скоростей, а при вращении в одном направлении - результирующая скорость обработки равна разности скоростей VЗ и VИ. Поэтому в последнем случае, регулируя скорость заготовки VЗ, плавно регулируют результирующую скорость обработки, при постоянной скорости инструмента VИ. Таким образом, чтобы плавно регулировать результирующую скорость упрочнения необходимо включить вращения заготовки VЗ и инструмента VИ в одном направлении.

Режимы импульсно-ударного деформирования предлагаемым способом, реализуемым данным устройством, оснащенным, например, пружиной из термообработанной стали марки 65Г, которая изготовлена из проволоки диаметром 2 мм, диаметр витка пружины - d=35 мм, число витков - 48 при шаге 10 мм, винтообразно скручена и три раза охватывает стальную заготовку (см. фиг.1), следующие: окружная скорость вала ротора - VИ≈2,0…4,0 м/с, окружная скорость заготовки - VЗ≈0,05…0,5 м/с, число проходов - 2…3, натяг - 0,5…1,5 мм.

В результате импульсно-ударной пластической деформации микронеровностей и поверхностного слоя предлагаемым способом параметр шероховатости поверхности повышается до Ra=0,08…0,4 мкм при исходном значении Ra=0,8…3,2 мкм. Твердость обработанной поверхности увеличивается на 25…75% при глубине наклепанного слоя 0,25…2,5 мм. Остаточные напряжения сжатия достигают на поверхности 350…750 МПа.

Предварительная обработка заготовки: шлифование до значения параметра шероховатости Ra=0,4…1,6 мкм, а также чистовое точение поверхностей с шероховатостью Ra=3,2 мкм.

Способ и устройство для импульсно-ударного деформирования позволяют создать на обрабатываемой сложнопрофильной, в том числе винтовой, поверхности регулярный микрорельеф, способный удерживать смазывающие материалы и продлевать ресурс работы деталей при эксплуатации.

Способ и устройство для импульсно-ударного деформирования применяют при изготовлении заготовок из цветных металлов и сплавов, чугуна и стали твердостью до HRC 58…64.

При промышленных испытаниях способа и устройства, установленную в патроне с электромеханическим приводом токарного станка мод. 16К20ФЗ, обрабатывали заготовку винта левого Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имел следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта - D1=27-0,05 мм, эксцентриситет - e1=1,65 мм, шаг - t=28±0,01 мм, шероховатость Ra=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 40Х, твердость НВ 270-280, масса - 5,8 кг. Обработка проводилась с использованием разработанных способа и устройства, на базе электродвигателя IM5010, модель 4АВ132 В6, имеющего частоту вращения вала ротора n=750 мин-1; наружный диаметр вала ротора - 157,3 мм; диаметр отверстия, расточенного под инструмент и заготовку с 54 мм до 115 мм; длина корпуса - статора - 253 мм; наружный диаметр корпуса - статора - 261 мм.

Импульсно-ударное ППД упрочнение вели на следующих режимах: окружная скорость инструмента - VИ≈2,5 м/с; окружная скорость заготовки - VЗ≈0,25 м/с, число проходов - 3, натяг - 0,5 мм, продольная SПР подача 1,5…2,0 мм/об, усилие упрочнения - 170…175 Н; диаметр винта изменился после обработки на 0,02 мм (0,01 мм на сторону); глубина упрочненного слоя находилась в пределах 0,15…0,20 мм; повышение твердости на 25…30%; при обработке деформирующие элементы смазывали смесью индустриального масла (60%) и керосина (40%), поверхность заготовки - керосином. Значения технологических факторов (частоты ударов, величина подачи) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6…10. Дальнейшее увеличение кратности деформирующего воздействия ведет к разупрочнению.

Исходный параметр шероховатости Ra=3,2 мкм, достигнутый - Ra=0,32 мкм; деформирующий инструмент - деформирующие витки из стали 65Г, твердостью HRC 63…65, внутренний радиус по вершинам деформирующих элементов 30,57 мм.

Глубина упрочненного импульсно-ударной обработкой слоя в 3…4 раза выше, чем при традиционном обкатывании. Упрочненный слой при традиционном статическом обкатывании формируется в условиях длительного действия больших статических усилий.

Предлагаемым способом и устройством аналогичная глубина упрочненного слоя достигается в результате кратковременного импульсно-ударного воздействия на очаг деформации импульса энергии.

Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Тм=3,6 мин (против Тмбаз=10,5 мин по базовому варианту при традиционном обкатывании винтов на токарном станке 1К62 на ОАО "Ливгидромаш").

Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени в 3 раза меньше, чем при обкатывании традиционным обкатником. При этом глубина и микротвердость упрочненного слоя (белой зоны) составляла соответственно 0,15…0,20 мм и 8…9 ГПа с постепенным понижением микротвердости по глубине до исходного состояния - 2,0…2,5 ГПа.

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.

Исследования напряженного состояния упрочненного поверхностного слоя импульсно-ударной обработкой показали, что максимальные остаточные напряжения находятся близко к поверхности, как при чеканке, что благоприятно для большинства сопрягаемых деталей механизмов и машин. Сравнение глубины напряженного и упрочненного слоя, градиента напряжений и градиента наклепа показывает, что глубина напряженного слоя в 1,1…1,3 раза больше, чем глубина наклепанного слоя, что согласуется с теорией поверхностного пластического деформирования.

Достигаемая в процессе обработки предлагаемым способом предельная величина шероховатости составляет Ra=0,08 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 6 раз.

Импульсно-ударное деформирование в процессе благоприятно сказываются на условиях работы. Оно приводит к более равномерному распределению нагрузки на деформирующие элементы, облегчает формирование упрочняемой поверхности.

Импульсно-ударное деформирование способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки. При наложении импульсной нагрузки деформирующие элементы и деформирующая поверхность периодически «отдыхает», что способствует увеличению ее стойкости. Обработка в условиях импульсно-ударного деформирования резко увеличивается эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта деформирующих элементов и заготовки.

Предлагаемый способ расширяет технологические возможности импульсно-ударной обработки поверхностным пластическим деформированием, позволяет управлять глубиной упрочненного слоя, степенью упрочнения и микрорельефом поверхности. При этом конструктивно простой электропривод устройства, реализующего предлагаемый способ, снижает себестоимость обработки, увеличивает производительность, улучшает качество обрабатываемой поверхности, не требует сложной и длительной настройки.

Источники информации

1. Патент РФ 2324584. МПК В24В 39/04. Способ статико-импульсного поверхностного пластического деформирования. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Самойлов Н.Н., Василенко Ю.В., Подзолков М.Г., Селеменев К.Ф. 2006132948/02, 13.09.06; 20.05.08. Бюл. №14.

2. Патент РФ 2325265. МПК В24В 39/04. МПК В24В 39/00. Устройство для статико-импульсного поверхностного пластического деформирования. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Самойлов Н.Н., Василенко Ю.В., Подзолков М.Г., Селеменев К.Ф. 2006132949/02; 13.09.06; 27.05.08. Бюл. №15.

Способ статико-импульсного упрочнения пружинным деформирующим инструментом наружных поверхностей винтов и цилиндрических валов, включающий сообщение заготовке и многоэлементному деформирующему инструменту вращательных движений вокруг собственных осей и продольной подачи многоэлементному деформирующему инструменту, отличающийся тем, что используют многоэлементный деформирующий инструмент, содержащий деформирующие элементы, выполненные в виде витков винтовой цилиндрической пружины, винтообразно скрученной и охватывающей заготовку, и корпус с центральным отверстием в виде статора трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, внутри которого на подшипниках качения смонтирован ротор в виде полого вала, причем деформирующие элементы расположены в отверстии ротора на упругой втулке, которая закреплена с помощью гаек, ввернутых в резьбовые части, выполненные с торцов ротора на поверхности его отверстия, при этом производят регулирование и установку жесткости упругой втулки с помощью упомянутых гаек.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочно-упрочняющей обработке заготовок. .

Изобретение относится к механической обработке, а именно к устройствам тестирования обкаточных инструментов станка, предназначенного для обкатывания по меньшей мере одной цилиндрической шейки коленчатого вала и содержащего по меньшей мере один ролик, предназначенный для качения в обкатываемой зоне цилиндрической шейки, а также прижимной диск, выполненный с возможностью надавливания на указанный ролик, и два опорных диска, поддерживающих цилиндрическую шейку противоположно ролику.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочно-упрочняющей обработке заготовок типа валов и винтов. .

Изобретение относится к области обработки зубчатых колес поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к области обработки зубчатых колес поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для чистовой обработки и упрочнения заготовок. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам импульсно-ударного поверхностного пластического деформирования. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для обработки импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием валов и заготовок с винтовыми и сложнопрофильными поверхностями

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для обработки импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием винтовых, цилиндрических и сложнопрофильных поверхностей

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием валов с винтовыми, цилиндрическими и сложнопрофильными поверхностями

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к формообразованию наружной трапецеидальной резьбы пластическим деформированием

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к накатыванию трапецеидальной резьбы роликами

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке на станках поверхностным пластическим деформированием наружных винтовых поверхностей

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к накатыванию резьбы роликами

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке на станках поверхностным пластическим деформированием наружных винтовых поверхностей

Изобретение относится к накатыванию предварительно нарезанной резьбы

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к способам формообразования резьбы пластическим деформированием

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам обработки импульсно-ударным поверхностным пластическим деформированием

Наверх