Способ поверхностного пластического деформирования цилиндрических деталей



 


Владельцы патента RU 2500517:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию цилиндрических деталей. Сообщают ролику движение подачи вдоль оси обрабатываемой детали. Создают колебательные движения ролику посредством линейного шагового привода относительно плоскости, перпендикулярной оси обрабатываемой детали. Осуществляют возвратно-поступательные перемещения ролика в направлении, параллельном воздействию упомянутого линейного шагового привода. Амплитуда A и частота f колебательных движений ролика определяются по формулам:

f = n 60 K H V ,  Гц

A=10-3 Sm(1-KHV), мм;

а величина возвратно-поступательного перемещения ролика L принимается равной L=(1,5-2,0)A, мм, где Sm - заданный шаг регулярного микрорельефа на обрабатываемой поверхности детали, мкм; KHV - коэффициент, определяемый отношением твердости обрабатываемого материала детали к твердости материала деформирующего ролика; nд - частота вращения обрабатываемой детали, об/мин. В результате повышается усталостная прочность обработанной поверхности детали и ее стойкость к поверхностному истиранию. 2 табл.

 

Изобретение относится к области механической обработки материалов, а именно к упрочнению поверхностей методом поверхностного пластического деформирования с приданием ему особых свойств и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известен способ обработки цилиндрических деталей (см. авторское свидетельство №1263510, B24B 39/04, бюл. №38, 1986 г.), при котором на поверхность наносят рельеф в виде периодических кольцевых канавок вдоль оси детали радиальным перемещением деформирующего инструмента, которому дополнительно сообщают колебательное движение в направлении, перпендикулярном его возвратно-поступательному перемещению вдоль оси, при этом частому колебательного движения деформирующего инструмента выбирают равной 0,0005-0,025 частоты возвратно-поступательного перемещения деформирующего инструмента.

Признаки, совпадающие - осуществляют поверхностное пластическое деформирование цилиндрической детали деформирующим инструментом, которому дополнительно сообщают колебательное движение вдоль оси детали.

Причины, препятствующие поставленной задаче - нет возможности сформировать на поверхности детали регулярный микрорельеф в виде пересекающихся волн заданной амплитуды и шага, а также их изменения в процессе работы.

Известен способ обработки цилиндрических деталей (см. авторское свидетельство №1353596, B24B 39/04, бюл. №43, 1987 г.), при котором осуществляют поверхностное пластическое деформирование вращающейся детали коническим роликом с постоянным радиальным усилием при сообщении ему движения подачи вдоль оси детали, при этом за счет обеспечения заданной направленности физико-механических и геометрических свойств поверхностного слоя детали пластическое деформирование осуществляют с переменным удельным давлением, причем конический ролик устанавливают перпендикулярно оси обрабатываемой детали и сообщают ему дополнительное движение подачи, перпендикулярное его основному перемещению и касательное к обрабатываемой поверхности.

Признаки, совпадающие - осуществляют поверхностное пластическое деформирование вращающейся детали роликом с постоянным радиальным усилием при сообщении ему движения подачи вдоль оси детали, причем конический ролик устанавливают перпендикулярно оси обрабатываемой детали и сообщают ему дополнительное движение подачи.

Признаки, препятствующие поставленной задаче - нет возможности сформировать регулярный микрорельеф в виде пересекающихся волн заданной амплитуды и его изменения в процессе работы.

За прототип принят известный способ обработки цилиндрических деталей (см. патент РФ №2221686, МКИ B24B 39/00, 39/04, бюл. №2, 2002 г), при котором осуществляют поверхностное пластическое деформирование вращающейся детали роликом с постоянным радиальным усилием при сообщении ему движения подачи вдоль оси детали, при этом ролику придают колебательные движения посредством линейного шагового привода относительно плоскости, перпендикулярной оси обрабатываемой детали, и дополнительно осуществляют возможность совершать возвратно-поступательные перемещения, параллельные его основному.

Признаки, совпадающие - осуществляют поверхностное пластическое деформирование вращающейся детали роликом с постоянным радиальным усилием при сообщении ему движения подачи вдоль оси детали и колебательных движений посредством линейного шагового привода относительно плоскости, перпендикулярной оси обрабатываемой детали, и дополнительно осуществляют возможность совершать возвратно-поступательные перемещения, параллельные его основному.

Признаки, препятствующие поставленной задаче - не учитывается твердость материалов обрабатываемой детали и обкатывающего ролика.

Задачей настоящего изобретения является возможность формировать регулярный микрорельеф на поверхности в зависимости от твердости материалов обрабатываемой детали и деформирующего ролика, позволяющей повысить ее усталостную прочность и стойкость к поверхностному истиранию.

Для достижения технического результата в способе обработки цилиндрических деталей, при котором осуществляют поверхностное пластическое деформирование роликом с постоянным радиальным усилием при сообщении ему движения подачи вдоль оси детали и колебательных движений посредством линейного шагового привода относительно плоскости, перпендикулярной оси обрабатываемой детали, и дополнительно осуществляют возможность совершать возвратно-поступательные перемещения, амплитуду A и частоту f колебательных движений ролика определяют по формулам

A=10-3 Sm(1-KHV), мм;

f = n д 60 K H V ,  Гц ,

а величину возвратно-поступательного перемещения ролика L принимают равной L=(1,5-2,0) А, мм, где Sm - шаг регулярного микрорельефа на обрабатываемой поверхности детали, мкм; KHV - коэффициент, определяемый отношением твердости обрабатываемого материала детали НУд к твердости материала деформирующего ролика HVP; nд - частота вращения обрабатываемой детали, об/мин.

Способ обработки заключается в нанесении на поверхность вращающейся детали регулярного микрорельефа поверхностным пластическим деформированием при сообщении ему движения подачи вдоль оси детали. При этом деформирующий ролик кинематически связан с шаговым приводом линейного перемещения, от которого он получает колебательные движения относительно плоскости, перпендикулярной оси детали, амплитуда A и частота f которых предварительно определяются по формулам

A=10-3 Sm(1-KHV), мм;

f = n д 60 K H V ,  Гц ,

где Sm - шаг регулярного микрорельефа на обрабатываемой поверхности детали, мкм; KHV - коэффициент, определяемый отношением твердости обрабатываемого материала детали HVД к твердости материала деформирующего ролика HVP; nд - частота вращения обрабатываемой детали, об/мин.

Одновременно ролик дополнительно имеет возможность совершать возвратно-поступательные перемещения в сторону воздействия шагового линейного привода, т.е. параллельно основному движению. При этом величина дополнительного возвратно-поступательного перемещения ролика принимается равной L=(1,5-2,0)A. В результате при нанесении на поверхность обрабатываемой детали регулярного микрорельефа учитывается твердость материалов детали и деформирующего ролика, а на поверхности образуется регулярный микрорельеф в виде пересекающихся волн переменной плотности по амплитуде и шагу, изменяющийся в диапазоне, зависящем от твердости материалов обрабатываемой детали и ролика. Это позволяет повысить усталостную прочность и стойкость к поверхностному истиранию обрабатываемой детали как за счет наносимого управляемого регулярного микрорельефа, так и созданием направленной текстуры материала поверхностного слоя. Получаемый на поверхности детали регулярный микрорельеф, параметры которого зависят от твердости материалов обрабатываемой детали и деформирующего ролика, может быть изменен в процессе обработки детали и позволяет создавать «масляные карманы», дополнительно способствующие повышению срока службы детали.

В качестве одного из устройств, посредством которого возможно осуществление предлагаемого способа обработки цилиндрических деталей, может быть известное устройство для упрочняющего обкатывания деталей методом поверхностного пластического деформирования, содержащее корпус, шаговый привод линейного перемещения, блок управления в виде задатчика сигналов и деформирующий ролик, кинематически связанный с шаговым приводом линейного перемещения. При этом устройство снабжено сферическим шарниром, осью, упругими элементами и серьгой. В корпусе устройства выполнены направляющие пазы, в которые вмонтирована серьга. Кинематическая связь деформирующего ролика с шаговым приводом линейного перемещения осуществляется посредством указанной серьги. Деформирующий ролик установлен между двумя упругими элементами с возможностью колебательного перемещения относительно плоскости, перпендикулярной оси обрабатываемой детали, с периодическим смещением зоны контакта и смонтирован на сферическом шарнире, установленном на оси с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, параллельном воздействию шагового привода за счет упругих элементов. Амплитуда A и частота f колебательных движений деформирующего ролика относительно плоскости, перпендикулярной оси обрабатываемой детали, задаются изменением жесткости упругих элементов устройства в зависимости от твердости материалов обрабатываемой детали и деформирующего ролика, используя формулы

A=10-3 Sm(1-KHV), мм;

f = n д 60 K H V ,  Гц ,

а величина возвратно-поступательного перемещения ролика L в направлении, параллельном воздействию шагового привода, устанавливается равной L=(1,5-2,0)A, где Sm - шаг регулярного микрорельефа на обрабатываемой поверхности детали, мкм; KHV - коэффициент, определяемый отношением твердости обрабатываемого материала детали HVД к твердости материала деформирующего ролика HVР; nд - частота вращения обрабатываемой детали, об/мин.

Проведены сравнительные испытания предлагаемого способа обработки цилиндрических деталей и по прототипу (см. патент РФ №2221686, МКИ B24B 39/00, 39/04, бюл. №2, 2002 г). Упрочняющей обработке подвергались цилиндрические валики диаметром 32 мм и длиной 250 мм, изготовленные из сталей 12Х3Н, 20ХН2МА и 50ХН. Предварительно валики подвергались шлифованию на круглошлифовальном станке мод. 3А150, в результате которого имели следующую среднюю микротвердость материала поверхностного слоя: сталь 12Х3Н - HVД=280 кгс/мм2; сталь 20ХН2МА - HVД=300 кгс/мм2; сталь 50ХН - HVД=330 кгс/мм2. Шаг регулярного микрорельефа обработанной поверхности был принят равным Sm=50 мкм. Обкатывание валиков осуществлялось на токарно-винторезном станке мод 1А620 с использованием известного устройства для упрочняющего обкатывания деталей методом поверхностного пластического деформирования. Деформирующий ролик диаметром 48 мм и радиусом рабочего профиля 16 мм был изготовлен из закаленной быстрорежущей стали Р6М5 и имел микротвердость поверхностного слоя рабочего профиля HVР=480 кгс/мм2. Принятые режимы обработки (усилие обкатки P, H; продольная подача деформирующего ролика S, мм/об.; частота вращения обрабатываемой детали nд, об./мин.) и параметры дополнительного перемещения деформирующего ролика (A, мм; f Гц; L, мм) приведены в табл.1.

Таблица 1
Режимы обработки валиков и параметры колебательных движений и дополнительного перемещения деформирующего ролика
Материал валиков Режимы обработки Параметры перемещения ролика
P, Н S, мм/об. nД, об/мин. A, мм f, Гц L, мм
12Х3Н 500 0,15 200 0,025 2 0,04
20ХН2МА 600 0,15 160 0,020 2 0,03
50ХН 800 0,1 125 0,015 1,5 0,03

Испытания обработанных валиков на усталостную прочность производилось на установке для испытания материалов на усталостную прочность (см. Бутенко В.И. «Структура и свойства материалов в экстремальных условиях эксплуатации». - Таганрог: Изд-во Технологического ин-та ЮФУ, 2007. С.157)), а на стойкость к поверхностному истиранию - на установке для испытания материалов на изнашивание (см. Бутенко В.И. «Научные основы нанотрибологии». - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. С.20). При испытаниях определялись следующие эксплуатационные показатели обработанной поверхности валиков: интенсивность изнашивания I, мг/час; максимальное допустимое напряжение в сечении испытываемых на усталостную прочность валиков σ-1, МПа, при установленном числе циклов нагружений Nц=104 циклов. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Таблица 2
Результаты сравнительных испытаний предлагаемого способа обработки цилиндрических деталей и прототипа
Материал валиков Прототип Предлагаемый способ
I, мг/ч σ-1, МПа I, мг/ч σ-1, МПа
12ХН3А 12,5 38 6,7 56
20ХН2МА 10,3 41 5,2 64
50ХН 8,6 57 4,5 89

Анализ представленных в табл.2 результатов испытаний позволяет сделать вывод о том, что применение предлагаемого способа обработки цилиндрических деталей обеспечивает практически в 2 раза увеличение сопротивляемости материала поверхностного слоя деталей и на 40-50% повышает их усталостную прочность.

Способ поверхностного пластического деформирования цилиндрических деталей, включающий осуществление поверхностного пластического деформирования вращающейся детали роликом с постоянным радиальным усилием при сообщении ему движения подачи вдоль оси обрабатываемой детали и колебательных движений посредством линейного шагового привода относительно плоскости, перпендикулярной оси обрабатываемой детали, при этом дополнительно осуществляют возвратно-поступательные перемещения ролика в направлении, параллельном воздействию упомянутого линейного шагового привода, отличающийся тем, что амплитуда A и частота f колебательных движений ролика определяются по формулам
f = n 60 K H V ,  Гц ,
A=10-3 Sm(1-KHV), мм;
а величина возвратно-поступательного перемещения ролика L принимается равной L=(1,5-2,0)A, мм, где Sm - заданный шаг регулярного микрорельефа на обрабатываемой поверхности детали, мкм; KHV - коэффициент, определяемый отношением твердости обрабатываемого материала детали к твердости материала деформирующего ролика; nд - частота вращения обрабатываемой детали, об/мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для чистовой и упрочняющей обработки поверхностей тел вращения сложного профиля. Устройство содержит клиновой ролик с выпуклой образующей рабочего профиля и переменной кривизной в его осевом сечении и рычажный силовой пружинный механизм прижима ролика к детали.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для формообразования наружных шлицев поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению, а именно к технологическим операциям релаксации остаточных напряжений в деталях, имеющих внутренний и внешний диаметры.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочно-упрочняющей обработке заготовок зубчатых колес поверхностным пластическим деформированием зубчатым накатником.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к формообразованию наружных шлицев на деталях поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочно-упрочняющей обработке зубчатых колес поверхностным пластическим деформированием. .

Изобретение относится к устройствам и способам образования наружной резьбы на заготовке без снятия стружки. .

Изобретение относится к обработке металлов поверхностным пластическим деформированием и предназначено для отделочной обработки выглаживанием наружных поверхностей детали, расположенных вблизи от ее уступа.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для чистовой обработки и упрочнения заготовок в форме тел вращения. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для чистовой обработки и упрочнения заготовок в форме тел вращения. .

Способ относится к комбинированной обработке точением и поверхностным пластическим деформированием цилиндрической поверхности вращающейся заготовки. Для повышения производительности формирования в поверхностном слое заготовки остаточных сжимающих напряжений обработку ведут токарным резцом и размещенным с отставанием относительно вершины резца в направлении движения продольной подачи шаровидным деформирующим элементом более высокой твердости по сравнению с твердостью материала обрабатываемой заготовки, установленным в акустическом концентраторе, через осевой канал которого подводят СОЖ. При этом деформирующему элементу и СОЖ сообщают амплитудно-модулированные колебания ультразвуковой частоты. 1 ил.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к формообразованию наружных резьб пластическим деформированием. Сообщают вращательное движение заготовке и осевую подачу резьбонакатной головке. Используют резьбонакатную головку, содержащую резьбонакатные ролики, между которыми установлены режущие гребенки с зубьями с режущими кромками, расположенными напротив выступов накатываемой роликами на заготовке резьбы. Ширина вершины зубьев режущих кромок равна ширине вершины выступов накатываемой роликами на заготовке резьбы. В результате повышается глубина упрочнения накатанной резьбы. 3 ил.

Изобретение относится к области деревообрабатывающей промышленности, в частности к устройствам для нанесения покрытия на профиль. Машина для нанесения покрытия на профиль содержит конвейерный тракт для профиля и множество держателей, расположенных вдоль конвейерного тракта. На держателях удерживают сменные нажимные ролики таким образом, чтобы они катились по профилю. Держатели содержат фиксаторы-защелки для установки в них, с возможностью извлечения, осей нажимных роликов. Каждая ось содержит опорную часть, введенную в канал держателя. В поперечном канале, выходящем в канал держателя, размещен, в качестве фиксатора-защелки, стопорный шарик, поджимаемый пружиной в углубление опорной части. Стопорный шарик удерживают в нажимном элементе, ввинченном в поперечный канал. Углубление опорной части выполнено в виде непрерывной канавки в периферической поверхности опорной части. Сокращается продолжительность процесса замены ролика при переналадке машины. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам обкатывания крупных резьб и архимедовых червяков. Устройство содержит игольчатые ролики, опертые на две промежуточные самоустанавливающиеся тороконические шайбы. Одна тороконическая шайба выполнена с выпуклой конической стороной с радиусом R1=3,7 q2m/z, а другая - с вогнутой конической стороной с радиусом R2=1,5 q2m/z, где m - модуль профиля резьбы или архимедова червяка, q - отношение среднего диаметра профиля резьбы или архимедова червяка к модулю m, z - число заходов резьбы или архимедова червяка. В результате повышается износостойкость обкатанной винтовой поверхности. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к поверхностному упрочнению изготовленных из ферромагнитных материалов зубчатых колес. Осуществляют монтаж одного зубчатого колеса на валу, а другого - на оси. Вводят зубчатые колеса во взаимное зацепление. Устанавливают зубчатые колеса во внутреннюю полость разъемного корпуса, заполненную чугунной дробью диаметром 0,1-4,0 мм. Размещают разъемный корпус в сквозном пазу магнитопровода. Осуществляют угловое перемещение смонтированного на валу зубчатого колеса посредством внешнего привода с обеспечением проворачивания другого зубчатого колеса относительно своей оси в течение 0,1-0,2 часа. Магнитопровод образует магнитный контур и создает переменное магнитное поле, напряженность которого в зоне контакта зубьев упрочняемой пары зубчатых колес равна 1×105-1×106 А/м, а частота его колебаний равна 20-70 Гц. В результате повышается надежность зубчатых колес и увеличивается их эксплуатационный ресурс. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ролику накатного инструмента. Ролик расположен в корпусе на болте между головкой болта и крышкой с возможностью свободного вращения. Корпус имеет выемку для накатного инструмента, зажим для головки болта и зажим для крышки. Зажим для головки болта выполнен в виде поверхности разъема усеченного конуса и имеет хомут, расположенный концентрично к оси вращения рабочего ролика. Зажим для крышки выполнен в виде поверхности разъема кругового цилиндра. В результате обеспечивается возможность быстрой смены ролика. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки металлов поверхностным пластическим деформированием нежестких длинномерных деталей. Измеряют величину исходного максимального прогиба длинномерной детали. Устанавливают деталь на концевые опоры. Прикладывают нагрузку в зоне максимального прогиба детали по направлению, обратному направлению прогиба. В одной из концевых опор определяют составляющие реакции в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Затем нагрузку снимают. После чего необходимую для правки нагрузку прикладывают под углом в зоне максимального прогиба детали с вогнутой стороны. Повышается точность деталей, расширятся технологические возможности. 2 ил.

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию деталей с помощью обкатных роликов. Ролик содержит деформирующий элемент, имеющий радиус постоянной величины, равный 1…10 мм, и цилиндрическую часть, расположенную со смещением в радиальном направлении относительно вершины деформирующего элемента на величину Δ=0,01…0,5 мм. В результате расширяются технологические возможности. 3 ил.

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию деталей с помощью обкатных роликов. Ролик содержит два деформирующих элемента с профильным радиусом 0,5…5 мм, расположенных относительно друг друга со смещением в радиальном направлении на величину 0,01…0,1 мм как к оси ролика, так и от нее. Расстояние между вершинами деформирующих элементов вдоль оси ролика составляет 0,6 … 1 ⋅ ( R п р 1 + R п р 2 2 ) , где Rпр1 - профильный радиус первого деформирующего элемента, Rпр2 - профильный радиус второго деформирующего элемента. В результате расширяются технологические возможности. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к финишной обработке деталей. Осуществляют вращение детали и воздействие на ее поверхность устройством для ультразвуковой финишной обработки с деформирующим элементом. Устройство для ультразвуковой финишной обработки с деформирующим элементом передвигают вдоль детали, задают ему ультразвуковые колебания и осуществляют многократную ударную обработку деформирующим элементом с ультразвуковой частотой порядка 20 кГц и амплитудой 5-40 мкм. При этом осуществляют частичное погружение деформирующего элемента и детали в ванну с керосином для охлаждения обрабатываемой поверхности детали, обеспечивающего получение на ней градиентных субмикро- и нанокристаллических структур. В результате обеспечивается высокая прочность и твердость поверхности детали. 4 н.п. ф-лы, 6 ил., 1 пр.
Наверх