Ролик обкатной двухрадиусный



Ролик обкатной двухрадиусный
Ролик обкатной двухрадиусный
Ролик обкатной двухрадиусный

 


Владельцы патента RU 2530600:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) (RU)

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 технологии обработки металлов давлением, в частности к упрочняющей обработке деталей машин поверхностным пластическим деформированием (ППД) обкатными роликами.

Известны конструкции обкатных роликов торовой формы для осуществления ППД (ГОСТ 16344-70. Ролики обкатные. Конструкция и размеры).

Все эти ролики имеют профиль рабочей поверхности, выполненный в виде радиуса постоянной величины - профильного радиуса ролика (Rпр).

По ГОСТ 16344-70 ролики торовой формы изготавливаются с Rпр величиной от 1,6 до 16 мм.

В процессе обработки ППД ролик рабочей частью прижимается к поверхности детали с некоторым усилием Р (по упругой схеме обработки) или с некоторым натягом hд (по жесткой схеме обработки). Вращение (np) ролику сообщается посредством вращения детали n. Ролик перемещается вдоль оси детали с некоторой подачей S, в результате чего перед ним образуется волна пластически деформированного металла (фиг.1).

При внедрении ролика в зоне контакта возникает асимметричный очаг деформации (ОД) ABCDEFG, характеризуемый передней внеконтактной поверхностью пластической волны (АВС), поверхностью контакта (CDE), а также задней внеконтактной поверхностью (EF). Геометрические размеры и кривизна поверхностей ОД определяются свойствами обрабатываемого материала, а также параметрами режима обработки (фиг.2).

Вследствие деформации частицы металла в ОД перемещаются вдоль некоторых линий тока (ЛТ), формируя упрочненный слой некоторой толщины (фиг.2). Начальные параметры механического состояния металла, которые частицы имели до входа в ОД, трансформируются в накопленные к моменту выхода.

В процессе перемещения вдоль ЛТ частицы металла испытывают непрерывно изменяющееся напряженное состояние, которое в совокупности может быть описано величиной гидростатического давления (величина среднего нормального напряжения, взятая с обратным знаком). При этом происходит непрерывное накопление деформации и исчерпание запаса пластичности частицами металла, которые оцениваются соответственно степенью деформации сдвига Λ и степенью исчерпания запаса пластичности Ψ.

В результате обработки формируется поверхностный слой, оцениваемый совокупностью параметров качества, ключевыми из которых при обработке ППД являются:

- степень упрочнения, (%);

- глубина упрочнения, (мм);

- градиент упрочнения, (МПа/мм).

Конструкции роликов по ГОСТ 16344-70 позволяют в зависимости от исходных свойств металла детали, условий и технологических режимов обработки ППД получать поверхностный слой (ПС) с определенными параметрами механического состояния металла.

Стремление к повышению параметров качества ПС приводит к необходимости интенсификации процесса ППД через изменение режимов обработки и увеличение таким образом объема ОД. Однако известно, что например величина допустимого действительного внедрения роликов по ГОСТ 16344-70 при ППД в зависимости от свойств обрабатываемого металла не превышает значений 0,05-0,15 мм - в этом отношении способы ППД имеют предел, обусловленный в первую очередь пластическими свойствами обрабатываемого металла.

При превышении этих значений полностью исчерпывается запас пластичности и происходит разрушение металла в районе вершины пластической волны (точка С на фиг.2) и, как следствие, обработанной поверхности.

Таким образом, доступный диапазон изменения достигаемых при обработке ППД параметров механического состояния ПС ограничен как исходными свойствами металла детали, так и допустимым диапазоном изменения технологических параметров режима обработки, к которым относится и форма профиля обкатного ролика.

Так, например, для обработки ППД заготовки из стали 45 в состоянии поставки роликами по ГОСТ 16344-70 наибольшая степень упрочнения, достижимая без разрушения ПС, составляет 30-40%, наибольшая глубина упрочнения при этом в зависимости от режимов обработки составляет 3-4 мм.

Из представленного примера следует, что недостатком обкатных роликов известной конструкции является недостижимость больших по величине параметров механического состояния ПС, например степени упрочнения 45-50% без разрушения ПС детали.

Техническим результатом изобретения является расширение возможностей обработки ППД и диапазона достижимых параметров механического состояния металла ПС за счет применения деформирующего ролика со специальной формой профиля рабочей поверхности.

Устройство ролика обкатного двухрадиусного для поверхностного пластического деформирования внутренних и наружных цилиндрических поверхностей отличается тем, что:

1. Профиль рабочей поверхности состоит из двух деформирующих элементов, выполненных в виде радиусов постоянной величины.

2. Деформирующие элементы расположены относительно друг друга со смещением в радиальном направлении на величину 0,01…0,1 мм как к оси ролика, так и от нее.

3. Расстояние между вершинами деформирующих элементов вдоль оси ролика составляет 0,6 1 ( R п р 1 + R п р 2 2 ) .

Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что форма профиля рабочей поверхности ролика представляет собой комбинацию двух деформирующих элементов в виде радиуса постоянной величины, расположенных на малом расстоянии относительно друг друга со смещением в радиальном направлении на величину 0,01…0,1 мм.

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.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан процесс обработки ППД роликом, взятым за прототип, на фиг.2 - возникновение очага деформации при обработке ППД роликом, взятым за прототип, на фиг.3 - конструкция ролика обкатного двухрадиусного.

Ролик обкатной двухрадиусный перемещается вдоль оси детали с некоторой подачей S.

Деформирующий элемент (ДЭ), первым входящий в контакт с исходным (необработанным) поверхностным слоем 3 детали 2, имеет некоторый профильный радиус Rпр1=0,5…5 мм и двигается относительно поверхностного слоя 3 с некоторым натягом gд1=0,01…0,1 мм. В результате возникает ОД, по форме и размерам типичным для ППД роликом-прототипом.

Второй деформирующий элемент также имеет некоторый профильный радиус Rпр2=0,5…5 мм и радиальное смещение относительно 1-го элемента в направлении от оси ролика на некоторую величину в пределах Δ12=0,01…0,1 мм. Таким образом, натяг 2-го элемента относительно поверхности составляет hд2=hд112.

Поскольку расстояние между вершинами ДЭ достаточно мало, первый ДЭ полностью работает в зоне ОД, создаваемого вторым ДЭ, который движется относительно поверхности с большим натягом, чем первый.

Вследствие того, что размеры ОД, создаваемого вторым ДЭ, больше размеров ОД от первого ДЭ, происходит перекрытие очагов деформации и их слияние в один комплексный ОД.

Результаты моделирования показывают, что большую часть траектории частиц металла, которую они проходят в комплексном ОД вдоль линий тока, величина среднего нормального напряжения находится в отрицательной зоне, что соответствует гидростатическому сжатию. В таких условиях исчерпание запаса пластичности металла при пластическом деформировании протекает менее интенсивно. Разрушения металла ПС при превышении критических значений натяга при этом не происходит.

В результате описанной выше конструкции профиля рабочей части ролика обкатного двухрадиусного металл поверхностного слоя детали при обработке, находясь в условиях сложного напряженного состояния, испытывает пластическую деформацию с неоднократной сменой знака, что приводит к частичному восстановлению запаса пластичности металла в зонах смены знака деформации.

Установлено, что наиболее интенсивный прирост Λ и Ψ наблюдается в зонах вершин пластических волн перед обоими ДЭ (фиг.3), однако, интересен тот факт, что перед первым ДЭ, который имеет меньший натяг, накапливается около 60% общей степени деформации сдвига, в то время как перед вторым ДЭ, несмотря на больший натяг, доля накопленной степени деформации сдвига составляет примерно 40%, а само накопление деформации происходит менее интенсивно. Результаты моделирования показывают, что такое накопление деформации и исчерпание запаса пластичности вызвано тем, что первый ДЭ работает в зоне ОД, созданного вторым ДЭ. Полученная картина напряженно-деформированного состояния при обработке роликом предлагаемой конструкции говорит о значительном взаимном влиянии ДЭ друг на друга.

Проведенные исследования показывают, что описанная выше конструкция профиля рабочей части обкатного ролика позволяет накапливать большие значения деформаций без разрушения ПС и увеличить максимально достижимые значения параметров механического состояния металла ПС при обработке.

Так, при экспериментальной обработке заготовок из стали 45 в состоянии поставки со следующими параметрами режима обработки: Dд=60 мм; hд1=0,02 мм; hд2=0,05 мм; S=0,1 мм/об; n=200 об/мин; роликом предлагаемой конструкции, имеющим следующие геометрические параметры: Dp=60 мм; Rпр1=Rпр2=1 мм; Δ12=0,03 мм; l12=0,7 мм, зафиксировано увеличение максимально возможной степени упрочнения поверхностного слоя до значений 48-52%, в то время как при идентичной обработке роликом-прототипом по ГОСТ 16344-70 максимально достижимая степень упрочнения поверхностного слоя составляет 40%.

Ролик обкатной двухрадиусный, имеющий профиль рабочей поверхности с радиусом постоянной величины, отличающийся тем, что рабочая поверхность ролика 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, а расстояние между вершинами деформирующих элементов вдоль оси ролика составляет ,
где Rпр1 - профильный радиус первого деформирующего элемента;
Rпр2 - профильный радиус второго деформирующего элемента.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки металлов поверхностным пластическим деформированием нежестких длинномерных деталей.

Изобретение относится к ролику накатного инструмента. Ролик расположен в корпусе на болте между головкой болта и крышкой с возможностью свободного вращения.

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.

Изобретение относится к устройствам обкатывания крупных резьб и архимедовых червяков. Устройство содержит игольчатые ролики, опертые на две промежуточные самоустанавливающиеся тороконические шайбы.

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.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к формообразованию наружных резьб пластическим деформированием. Сообщают вращательное движение заготовке и осевую подачу резьбонакатной головке.

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.

Изобретение относится к поверхностному пластическому деформированию цилиндрических деталей. Сообщают ролику движение подачи вдоль оси обрабатываемой детали.

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 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.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, и может быть использовано при изготовлении металлических изделий с повышенной износостойкостью поверхности. Для повышения эффективности и надежности работы устройство включает ультразвуковой генератор, предназначенный для преобразования физических характеристик переменного тока - частоты, соединенный с магнитострикционным преобразователем, в котором происходит преобразование электромагнитных колебаний в ультразвуковые, на котором жестко смонтирован концентратор, выполненный из металла в виде усеченного конуса и предназначенный для изменения амплитуды ультразвуковых колебаний. На коническом концентраторе установлена и жестко закреплена рабочая камера, снабженная крышкой, заполненная дробью и легирующим веществом. Рабочая камера выполнена в виде металлической чаши, имеющей форму овала в горизонтальном сечении. В верхней части рабочей камеры выполнены диаметрально расположенные отверстия, в которых размещены подшипники скольжения для закрепления и вращения обрабатываемой детали внутри рабочей камеры. Отверстия в рабочей камере выполнены на расстоянии от низа рабочей камеры, определяемом расчетным путем. Вращение обрабатываемой детали осуществляется от электродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для накатывания сетчатых рифлений и упрочнения поверхностного слоя методом пластического деформирования. Устройство содержит накатную головку, в которой закреплены попарно четыре ролика. Каждая пара роликов размещена на одной общей оси. Ролики в паре соединены между собой при помощи двух штифтов. Штифты установлены в одну из пяти пар штифтовых отверстий, выполненных под различными углами относительно оси симметрии ролика на внутренней боковой поверхности. В результате обеспечивается возможность получения различного регулярного микрорельефа на поверхности детали. 10 ил.

Изобретение относится к комбинированным методам чистовой обработки зубьев зубчатых колес. Обработку производят тремя свободно установленными на соответствующих неподвижных осях роликами, два из которых режущие, а один калибрующий, при принудительном вращении обрабатываемого зубчатого колеса. В начале обработки выполняют зацепление зубчатого колеса с режущими роликами и, перемещая их в тангенциальном относительно оси зубчатого колеса направлении со скоростью движения подачи, осуществляют срезание припуска с боковых поверхностей зубьев заготовки за счет поперечного проскальзывания боковых поверхностей зубьев режущих роликов относительно боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса. Далее после срезания припуска режущие ролики выводят из зацепления с зубчатым колесом, вводят в зацепление с последним калибрующий ролик и осуществляют выглаживание боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса за счет радиальной подачи калибрующего ролика относительно обрабатываемого зубчатого колеса. Для снижения влияния скорости скольжения режущих роликов на искажение профиля зубьев обрабатываемого колеса в процессе обкатки полюс зацепления одного режущего ролика размещают на участке двухпарной зоны контакта у головки зуба обрабатываемого колеса, полюс зацепления другого режущего ролика - на участке двухпарной зоны контакта у ножки зуба обрабатываемого колеса, а полюс зацепления калибрующего ролика размещают между полюсами зацепления режущих роликов. В результате обеспечивается повышение исправляющей способности и точности процесса окончательной обработки зубчатых колес. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к устройствам для электромеханической обработки деталей машин, и может быть использовано для упрочнения внутренних цилиндрических поверхностей. Устройство содержит рабочие ролики, корпус, прижимную пластину, ходовой винт и кронштейны. Прижимная пластина закреплена с корпусом. Кронштейны установлены в корпусе и соединены ходовым винтом. В кронштейнах установлены удерживающие оси. Рабочие ролики установлены в вилках посредством токоподводящих осей и в кронштейнах со смещением относительно друг друга на ширину их контактного участка и выполнены с возможностью свободного перемещения вместе с кронштейнами. В результате повышается производительность и обеспечивается самоустановка рабочих роликов относительно обрабатываемого отверстия. 2 ил.

Изобретение относится к упрочнению поверхности металлических изделий. Осуществляют установку обрабатываемого изделия электрически изолированно на изоляторы с заземляющим проводом. Устанавливают втулку на обрабатываемую поверхность изделия с образованием рабочей камеры, дном которой является обрабатываемая поверхность изделия. Размещают внутри рабочей камеры на обрабатываемой поверхности изделия металлические шарики, активируют движение шариков путем одновременного включения ультразвуковых колебаний волновода и постепенного введения волновода во втулку с использованием рабочего торца волновода в качестве крышки рабочей камеры. Регистрируют наличие тока в заземляющем обрабатываемом изделие проводе и останавливают введение волновода во втулку с момента появления тока. После остановки волновода, при появлении тока на заземляющем обрабатываемое изделие проводе, запоминают положение волновода и выдвигают его в заданное рабочее положение, после достижения которого осуществляют обработку шариками поверхности изделия в течение заданного времени. Затем возвращают волновод в запомненное положение и ведут обработку шариками поверхности изделия до снижения величины тока на заземляющем проводе относительно зарегистрированной величины тока. Затем завершают обработку шариками поверхности изделия и перемещают волновод в исходное положение. В результате повышается качество упрочняющей обработки поверхности металлических изделий. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к машине для накатывания осей колесных пар единиц железнодорожного подвижного состава. Машина содержит два упорных центра для размещения каждого из обоих концов оси, устройство для привода оси, две пары накатных инструментов, установленных с возможностью перемещения в направлениях x, y, z машины, и устройства для зажима и продольной подачи накатных инструментов. Накатные инструменты состоят из более чем двух пар накатных роликов, из которых каждая пара предназначена для накатывания по меньшей мере одного участка длины оси колесной пары. В результате предотвращается образование трещин на осях колесных пар. 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к технологии обработки металлов давлением, в частности к упрочняющей обработке деталей машин поверхностным пластическим деформированием обкатными роликами. На рабочей поверхности ролика последовательно расположены от 2 до 10 деформирующих элементов с профильным радиусом 0,5…5 мм, смещенных относительно друг друга в радиальном направлении на величину 0,01…0,1 мм, как к оси ролика, так и от нее. Расстояние между вершинами упомянутых деформирующих элементов вдоль оси ролика составляет l = 1,2 … 2 ⋅ ( 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 технологии машиностроения, а именно к упрочнению поверхностного слоя стальных деталей. Осуществляют низкотемпературное азотирование детали, а затем проводят ее поверхностное пластическое деформирование. Поверхностное пластическое деформирование детали осуществляют ультразвуковым инструментом при частоте f=19-22 кГц и амплитуде ξm=2-20 мкм акустических колебаний и усилием его прижима к детали 25-100 H. В результате увеличивается толщина упрочненного слоя детали и повышается микротвердость ее поверхностного слоя. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к устройствам для электромеханической обработки деталей и может быть использовано для упрочнения наружных цилиндрических деталей с резьбой. Державка содержит расположенные друг напротив друга резьбовой инструмент с резьбовым роликом и упрочняющий инструмент с упрочняющим роликом. Каждый из указанных инструментов содержит цилиндр, шток, спиральную пружину, вилку, резьбовой ролик, токоподводящую ось и фланец. При этом шток каждого инструмента установлен в его цилиндре и на нем установлены флажок и спиральная пружина. Вилка каждого инструмента закреплена с торца штока, а его фланец установлен с торца цилиндра. Резьбовой и упрочняющий ролики установлены в своих вилках с помощью токоподводящих осей. В результате расширяются технологические возможности. 1 ил.
Наверх