многорядный раскатник для чистовой обработки внутренней поверхности тел вращения пластическим деформированием

Формула изобретения

1. МНОГОРЯДНЫЙ РАСКАТНИК ДЛЯ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ, содержащий корпус с хвостовиком и кольцевым пазом на наружной поверхности, боковая поверхность которого образована чередующимися выступами и впадинами, и деформирующие элементы в виде шаров, при этом глубина паза больше 1, но меньше 1,2 диаметра шара, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде двух соосно установленных на хвостовике чашеобразных дисков и расположенной между ними втулки, диски установлены относительно торцов втулки с зазором, обеспечивающим свободное перемещение шара, а втулка установлена на хвостовике с возможностью сообщения ее внутренней полости с полостями дисков, продольные оси чередующихся выступов и впадин на наружной поверхности втулки, образующих боковую поверхность паза, составляют с ее образующими угол больше 0^o, но меньше 30^o.

2. Раскатник по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена цилиндрической.

3. Раскатник по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена конической.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлообработке, а именно к технологии упрочнения и чистовой отделки тел вращения поверхностным пластическим деформированием.

Известен инструмент для упрочняющей обработки внутренних цилиндрических поверхностей, содержащий корпус, в котором расположены кольца кольцевой камеры с размещенными в ней деформирующими элементами, воспринимающими воздействие рабочего агента (сжатый воздух) [1]

В данном инструменте в результате воздействия рабочего агента шары приводятся в круговое движение относительно оси инструмента и в процессе качения и скольжения по фиксированной кольцевой дорожке совершают локальный износ колец, что снижает долговечность инструмента.

Известен многорядный раскатник для чистовой обработки внутренней поверхности тел вращения пластическим деформированием, содержащий корпус с хвостовиком и кольцевым пазом на наружной поверхности, шары, размещенные в пазу, обойму, смонтированную коаксиально корпусу и подпружиненную относительно него с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Кольцевой паз выполнен с наклонной осью симметрии и ограничен стенками, перпендикулярными к образующей боковой поверхности паза, которая образована поверхностью с чередующимися выступами и впадинами. Глубина паза больше одного, но меньше 1,2 диаметра шара [2]

В описанном раскатнике в результате ударного воздействия стенок паза на шаровую загрузку в колебательное движение в осевом направлении приходят крайние ряды шаров, в то время как промежуточные ряды шаров в осевом направлении практически не смещаются.

Отсутствие колебаний шаров в осевом направлении в средних рядах шаровой загрузки приводит к локальному износу выступов и впадин в средней части боковой поверхности паза, что снижает долговечность инструмента.

В основу изобретения положена задача осуществления такого движения шаров, при котором обеспечивается равномерный износ боковой поверхности паза корпуса.

Поставленная задача решается за счет того, что в многорядном раскатнике, содержащем корпус с хвостовиком и кольцевым пазом на наружной поверхности, боковая поверхность которого ограничена поверхностью с чередующимися выступами и впадинами, а глубина паза больше одного, но меньше 1,2 диаметра шара, корпус раскатника выполнен в виде двух чашеобразных дисков с расположенными между ними втулкой, при этом диски установлены на хвостовике с зазором относительно торцов втулки, обеспечивающим свободное прохождение шара, а втулка закреплена на хвостовике так, что ее внутренняя полость сообщена с полостями чашеобразных дисков. Продольные оси выступов и впадин составляют с образующими боковой поверхности паза угол больше 0^о, но меньше 30^о.

Благодаря наклону продольных осей выступов и впадин на боковой поверхности паза к ее образующим шаровая загрузка в процессе работы раскатника приобретает составляющую скорости движения, направленную вверх. За счет установки дисков относительно втулки с зазором, а также крепления втулки на хвостовике так, что ее внутренняя полость сообщена с полостями чашеобразных дисков обеспечивается возможность циркуляции шаров из полости нижнего диска через зазор между диском и втулкой в полость кольцевого паза корпуса, далее через зазор между верхним и втулкой во внутреннюю полость втулки и оттуда в полость нижнего диска. Так как боковая поверхность втулки является одновременно и боковой поверхностью паза корпуса, то непрерывное перемещение баров вверх, вдоль боковой поверхности втулки обеспечивает равномерный износ выступов и впадин по всей длине.

Выполнение продольных осей выступов и впадин на боковой поверхности втулки под углом больше 0^о к ее образующей обеспечивает наряду с поддержанием движения шаров в окружном направлении и колебательного движения шаров в радиальном направлении движение шаров в осевом направлении. При этом увеличение угла наклона против направления вращения корпуса обеспечивает увеличение осевой составляющей скорости шаров. Величина угла выбирается в зависимости от геометрических параметров раскатника, его угловой скорости и т.д. исходя из условия обеспечения минимальной скорости движения шаров в осевом направлении, что наряду с обеспечением равномерного износа боковой поверхности втулки снижает энергозатраты на циркуляцию шаров.

Для раскатников с конической втулкой в зависимости от конусности втулки минимальная скорость циркуляции шаров может быть обеспечена наклоном выступов и впадин в сторону вращения корпуса.

Ограничение величины угла наклона продольных осей выступов и впадин углом меньше 30^о обусловлено тем, что шары в полости кольцевого паза устанавливаются в кольцевые ряды, для которых линии, проведенные через центры тяжести шаров смежных рядов, наклонены под углом 30^о к образующим воображаемой поверхности, проходящей через центры тяжести всех шаров в кольцевом пазу корпуса. При совпадении угла наклона выступов с углом наклона ряда шаров, т.е. при выполнении выступов и впадин на боковой поверхности втулки под углом 30^о к образующим ее боковой поверхности, возникает режим, когда происходит одновременное соударение шаров указанных рядов с выступами втулки, что приводит к возникновению импульсных нагрузок больших, чем в случае последовательного соударения шаров с выступами. Наряду с этим при совпадении шага выступов с шагом рядов шаров в окружном направлении возникает резонансный режим, сопровождаемый большими импульсными нагрузками со стороны шаров на втулку и в целом на корпус.

Выполнение угла наклона менее 30^о препятствует возникновению указанных режимов и, как следствие, повышает срок службы раскатника.

Для упрочнения цилиндрических отверстий используется раскатник с цилиндрической втулкой, а для конических отверстий с конической втулкой.

На фиг. 1 изображен многорядный раскатник для обработки цилиндрических отверстий (пунктирной линией показана обрабатываемая деталь); на фиг.2 многорядный раскатник для обработки конических отверстий; на фиг.3 то же разрез; на фиг.4 развертка боковой поверхности цилиндрической втулки (стрелкой показано направление вращения корпуса).

Многорядный раскатник состоит из корпуса 1 с хвостовиком 2 и кольцевым пазом 3. Корпус выполнен в виде двух установленных на хвостовике чашеобразных дисков 4,5 с расположенной между ними втулкой 6 так, что боковая поверхность втулки является боковой поверхностью паза 3. Глубина 7 паза 3 больше одного, но меньше 1,2 диаметра шара. Диски 4 и 5 установлены относительно торцов втулки с зазором 8, при котором обеспечивается свободное прохождение шара. Втулка 6 крепится на хвостовике посредством ступицы 9 и спиц 10 и в результате такого крепления ее внутренняя полость 11 сообщена с полостями 12 и 13 дисков 4, 5. Боковая поверхность втулки 6 образована чередующимися выступами и впадинами, т.е. имеет ребра 14, продольные оси которых составляют с образующими боковой поверхности втулки 6 угол (фиг.4), величина которого больше 0^о, но меньше 30^о. В полости 13 диска 5 расположены шары 15.

Для обработки цилиндрических отверстий используется цилиндрическая втулка (фиг.1), а для обработки конических отверстий коническая втулка (фиг. 2).

Для цилиндрических втулок наклон продольных осей ребер 14 к образующей боковой поверхности втулки выполняется в сторону, противоположную направлению вращения корпуса (фиг.4). Для конических втулок при малом угле конусности втулки направление наклона ребер 14 противоположно направлению вращения корпуса 1, а при большем угле конусности втулки направление наклона ребер 14 совпадает с направлением вращения корпуса 1. В последнем случае это делается с целью уменьшения скорости циркуляции шаров 15.

Ступица 9 цилиндрической втулки 6 выполнена таким образом, что ее торцы расположены на равном расстоянии от торцов втулки 6 (фиг.1). Это позволяет переустанавливать цилиндрическую втулку 6 с разворотом на 180^о, что повышает ресурс работы втулки.

Многорядный раскатник работает следующим образом.

Обрабатываемую деталь устанавливают неподвижно, посредством осевого перемещения инструмент вводят в отверстие детали. При вращении хвостовика шары 15 из полости 13 диска 5 под действием центробежных сил перемещаются через зазор 8 в полость кольцевого паза 3. На входе в кольцевой паз 3, в зазоре между деталью и боковой поверхностью втулки 6 происходит ударное взаимодействие ребер 14 с контактирующими шарами. После такого взаимодействия шары перемещаются в радиальном направлении к детали, в осевом направлении вверх, в окружном направлении в сторону вращения корпуса.

При осевом движении вверх шары 15 в кольцевом зазоре между деталью и втулкой 6 располагаются в один слой в радиальном направлении и в многорядную укладку в осевом направлении. Такое расположение шаров устраняет возможность заклинивания шаровой загрузки и обеспечивает в равной степени для каждого шара передачу энергии от втулки 6 через шар к поверхности детали. Постоянный подвод энергии к шарам осуществляется за счет разности скоростей втулки 6 и шаровой загрузки.

В процессе осевого движения вверх шары 15 из кольцевого паза 3 перемещаются в зазор 8 между диском 4 и втулкой, поступая в полость 11 втулки. Опускаясь под действием собственного веса, шары поступают через зазор между спицами 10 в полость 13 диска 5, откуда процесс движения шаров продолжается описанным способом.

За счет непрерывного осевого перемещения шаров вверх вдоль боковой поверхности втулки обеспечивается в процессе взаимодействия шаров с ребрами 14 равномерный износ боковой поверхности паза 3.

Принцип работы раскатника при обработке конических отверстий аналогичен.

Раскатник может быть использован для обработки цилиндрических или конических отверстий за одну установку, т.е. без осевого перемещения инструмента или детали.

Многорядный раскатник с цилиндрической втулкой может быть использован для обработки протяженных цилиндрических отверстий посредством осевого перемещения инструмента или детали.