устройство для электромеханической обработки деталей

Формула изобретения

Устройство для электромеханической обработки деталей, выполненное в виде динамометрического корпуса с рабочей головкой, в опорах скольжения которой на оси, имеющей привод вращения, установлен жестко связанный с осью деформирующий инструмент, отличающееся тем, что одна из опор скольжения рабочей головки выполнена в виде винтовой пары с шагом винта, выбранным из условия



а ось рабочей головки кинематически связана гибким валом с установленным на динамометрическом корпусе приводом ее вращения в виде низкооборотного двигателя, имеющего частоту вращения



где S_в шаг винта, м;

R_z шероховатость обрабатываемой поверхности, м;

D_д диаметр обрабатываемой детали, м;

n_дв частота вращения двигателя, с^-1;

D_р диаметр деформирующего инструмента, м;

t_н нормативная стойкость деформирующего инструмента при неподвижном контакте, с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к упрочняюще-чистовой обработке поверхностей деталей пластическим деформированием и может быть использовано в машиностроении наружных цилиндрических поверхностей деталей, работающих в качестве подвижных сопряжений, с целью увеличения их долговечности.

Первый уровень развития данной обработки создание устройства для электромеханической обработки (ЭМО), выполненного в виде пружинной державки с неподвижно закрепленной на ней деформирующей пластиной [1]

Данный тип устройства имеет низкую долговечность деформирующего инструмента, так как вследствие постоянства точки контакта пластины с изделием она быстро изнашивается и выходит из строя.

Второй уровень развития данной обработки создание устройства для ЭМО, содержащего динамометрический корпус с установленным в нем деформирующим инструментом, выполненным в виде свободно вращающегося ролика [2]

Данный тип устройства имеет низкую долговечность деформирующего инструмента, так как в контакте с изделием периодически находятся одни и те же точки рабочего профиля роликов, а высокая частота вращения роликов приводит к их преждевременному износу термоусталости, поскольку каждая точка рабочего профиля за один оборот ролика проходит цикл: нагрев охлаждения. При этом качество упрочнения обрабатываемой поверхности оказывается ниже, чем при выглаживании неподвижной пластиной, так как отсутствует сдвиговая составляющая деформации поверхностного слоя металла.

К этому уровню относится также устройство для ЭМО, выполненное в виде динамометрического корпуса с установленной на его штоке рабочей головкой, в опорах скольжения которой на оси установлен свободно вращающийся ролик, при этом ось вращения ролика наклонена под определенным углом к оси вращения детали [3]

Данный тип устройства имеет малую долговечность деформирующего инструмента вследствие его износа по замкнутой кольцевой поверхности шириной, не превышающей ширину инструмента с поверхностью изделия, в то время как большая часть рабочего профиля ролика в контакт с обрабатываемой поверхностью не входит. Изменением угла наклона оси ролика к оси вращения деталей увеличить долговечность работы инструмента нельзя, так как новая кольцевая поверхность контакта деформирующего ролика с обрабатываемой поверхностью будет пересекаться с уже изношенной, что приводит к нарушению качества обработки. Кроме того, изменение угла наклона оси ролика к оси вращения детали приводит к изменению базовой составляющей деформации и ухудшению качества упрочнения поверхности.

Третий уровень развития данной обработки создание устройства для ЭМО, выполненного в виде динамометрического корпуса с рабочей головкой, в опорах скольжения которой на оси неподвижно закреплен деформирующий ролик, а сама ось имеет возможность медленного вращения от специального привода [4]

Данный тип устройства имеет малую долговечность деформирующего инструмента, поскольку в контакте с обрабатываемой поверхностью изделия находятся периодически одни и те же точки рабочего профиля ролика, лежащие на замкнутой кольцевой поверхности шириной, равной ширине контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали.

Задача изобретения создание устройства для ЭМО, обеспечивающего наиболее полное использование всей поверхности рабочего профиля деформирующего инструмента путем последовательного введения в контакт с обрабатываемой поверхностью изделия новых неизношенных участков рабочего профиля деформирующего инструмента.

Технический результат повышение долговечности деформирующего инструмента с сохранением качества упрочнения обрабатываемой поверхности.

Технический результат достигается тем, что устройство для электромеханической обработки выполнено в виде динамометрического корпуса с рабочей головкой, в опорах скольжения которой на оси установлен деформирующий инструмент, при этом одна из опор скольжения рабочей головки выполнена в виде пары с шагом винта S_b, определяемым из соотношения



где R_z шероховатость поверхности;

D_д диаметр обрабатываемого изделия,

а ось с неподвижно закрепленным на ней деформирующим инструментом кинематически связана гибким валом с установленным на динамометрическом корпусе низкооборотным двигателем, имеющем частоту вращения, определяемую из соотношения



где R_z шероховатость обрабатываемой поверхности;

D_p диаметр деформирующего инструмента;

t_н нормативная стойкость инструмента (с) при неподвижном контакте.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 и 3 проекции поверхности контакта деформирующего инструмента с обрабатываемым изделием соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Верхняя опора 6 образует с осью 8 винтовую пару с шагом винта, определяемым из условия



Данное условие обеспечивает величину шага винта большую, чем длина контакта А деформирующего инструмента с поверхностью обрабатываемой детали (фиг. 2).

Из соотношения между хордой а и стрелой h сегмента радиуса r имеет



откуда



где r= D_д/2, а h из условия оптимального сглаживания микронеровностей поверхности принимается равной 0,85R_z [Аскинази В.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. М. Машиностроение, 1977, с. 38] Тогда, учитывая, что R_z < и R_z <, имеем



и, учитывая, что должно выполняться условие A <S, получаем условие для величины шага винта



Нижний конец оси кинематически связан гибким валом с установленным на динамометрическом корпусе низкооборотным двигателем, обеспечивающим вращение оси с жестко закрепленным на ней деформирующим инструментом с частотой, определяемой условием



Частота вращения деформирующего инструмента обеспечивает скорость перемещения каждой точки рабочего профиля деформирующего инструмента такой, чтобы время нахождения каждой точки деформирующего инструмента в контакте с обрабатываемой поверхностью было меньше, чем нормативная стойкость данного материала инструмента при работе с неподвижным контактом.

Скорость поверхности рабочего профиля деформирующего инструмента в этом случае должна удовлетворять условию

V=B/t_н, (6)

где B ширина поверхности контакта деформирующего инструмента с обрабатываемой деталью (фиг.3).

Из соотношения между хордой сегмента и его стрелой (3) следует



Тогда, учитывая, что V=ПD_pn, имеем, подставив (7) в (6),



Устройство состоит (фиг. 1) из динамометрического корпуса 1, в котором находятся тарированная пружина 2 и шток 3, связанный с нагружающей гайкой 4. На штоке закреплена рабочая головка 5, в опорах скольжения которой 6 и 7 установлена ось 8 с жестко закрепленным на ней деформирующим инструментом 9, представляющим собой цилиндрический ролик диаметром D_p. При этом верхняя опора 6 образует с осью 8 винтовую пару с шагом винта, определяемым из условия



где D_д диаметр обрабатываемой детали;

R_z шероховатость поверхности детали.

Нижний конец оси 8 кинематически связан гибким валом 10 с установленным на динамометрическом корпусе 1 низкооборотным двигателем 11, обеспечивающим вращение оси с жестко закрепленным на ней деформирующим инструментом с частотой из условия



где D_p диаметр деформирующего инструмента;

t_н нормативная стойкость деформирующего инструмента (с) при неподвижном контакте.

Устройство работает следующим образом. Нагружающей гайкой 4 пружина 2 сжимается до необходимой степени, обеспечивающей требуемое деформирующее усилие. Деформирующий ролик 9 вводится в контакт с обрабатываемой поверхностью изделия, которому сообщается вращение. К клемме 12 и изделию 13 подводится рабочее напряжение от силового понижающего трансформатора. Через зону контакта деформирующего инструмента 9 с поверхностью изделия 13 проходит рабочий ток большой силы, обеспечивая упрочнение. Низкооборотный двигатель, вращаясь с частотой n_дв, обеспечивает медленный поворот деформирующего инструмента вокруг вертикальной оси, обеспечивая ввод в контакт с обрабатываемой поверхностью новых участков рабочего профиля ролика по мере износа.

Выполнение условия, отраженного в (2), обеспечивает, что время нахождения каждой точки рабочего профиля деформирующего инструмента в контакте с обрабатываемой поверхностью изделия будет меньше, чем нормативная стойкость инструмента при неподвижном контакте.

За каждый оборот деформирующий инструмент переместится в вертикальном направлении на величину шага винта



а поскольку шаг винта превышает высоту А контакта деформирующего инструмента с обрабатываемой поверхностью, то на каждом следующем обороте в контакт будут вступать новые участки рабочего профиля деформирующего инструмента.

Таким образом, достигается наиболее полное использование всего рабочего профиля деформирующего инструмента и его максимальная долговечность.

В таблице представлены результаты испытаний на стойкость инструментов для ЭМО, изготовленных в виде неподвижных пластин; в виде свободно вращающихся роликов; в виде тороидальных роликов с принудительным вращением; в виде цилиндрических роликов с вертикальной осью вращения, устанавливаемых в предлагаемом устройстве для ЭМО деталей.

Инструменты выполнялись из следующих марок твердого сплава: карбидовольфрамовые ВК8, ВК6М, ВК4; вольфрамовые Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10.

С целью получения сопоставимых результатов по стойкости рабочий профиль инструментов различного типа выбирался таким образом, чтобы обеспечивалась одинаковая площадь контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью.

Испытания стойкости инструмента проводились при ЭМО образцов из стали 45, предварительно обработанных чистовым точением до диаметра 45 мм и шероховатостью R_z 20 мкм.

Режимы ЭМО соответствовали оптимальному упрочнению стали 45: деформирующее удельное давление 350 МПа; сила тока 500 А; скорость обработки 0,2 м/с; продольная подача 0,05 мм/об. Обработка проводилась в один проход с охлаждением 10%-ным раствором эмульсии.

За критерий выхода инструмента из строя принималось нарушение качества обработки поверхности, проявляющееся в увеличении шероховатости и появлении задиров. Стойкость инструмента оценивалась по времени его непрерывной работы до выхода из строя в каждом случае как среднее из результатов трех испытаний.

Предлагаемое устройство позволяет значительно увеличить долговечность работы деформирующего инструмента за счет наиболее полного использования всей поверхности рабочего профиля деформирующего инструмента. При этом обеспечивается высокое качество упрочнения поверхности, свойственное ЭМО, неподвижными выглаживающими пластинами за счет максимальной сдвиговой составляющей пластической деформации.

Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является использование деформирующего инструмента, имеющего форму цилиндрического ролика, что снижает себестоимость его изготовления и последующих переточек по сравнению с роликами тороидальной формы, которые применяются в известных устройствах

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:

средство, воплощающее изобретение при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, а именно в области машиностроения и ремонтного производства, при изготовлении и ремонте деталей, имеющих форму цилиндрической наружной поверхности;

для изобретения подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных или известных до даты приоритета средств и методов;

средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение указанного выше технического результата.