устройство для статико-импульсной обработки винтов методом протягивания

Формула изобретения

Устройство для статико-импульсной обработки винтов на станках методом протягивания, содержащее патрон, опорный фланец и деформирующий инструмент для обработки заготовки с натягом, отличающееся тем, что оно снабжено волноводом в виде ступенчатого стержня со ступенями малого и максимального диаметров, бойком в виде втулки для сообщения волноводу периодической импульсной нагрузки, который установлен на ступени малого диаметра ступенчатого стержня с возможностью продольного перемещения, и гидравлическим генератором импульсов для вырабатывания периодической импульсной нагрузки, деформирующий инструмент выполнен в виде кольца с профилем внутренней поверхности в продольном сечении, соответствующим профилю впадины заготовки, патрон выполнен с хвостовиком для захвата заготовки и установлен на волноводе, а опорный фланец выполнен с возможностью передвижения в поперечной плоскости заготовки, имеет центральное отверстие для обеспечения свободного прохождения заготовки и содержит три пластины: крайнюю неподвижную пластину для опоры опорного фланца на станину станка, крайнюю подвижную пластину для опоры деформирующего инструмента и среднюю пластину, упомянутые пластины выполнены с пазами, в которых расположены шарики с сепараторами, при этом упомянутые втулка и ступень максимального диаметра ступенчатого стержня выполнены с поперечными сечениями одинаковой площади для передачи периодической импульсной нагрузки, а соотношение длины втулки к длине ступени максимального диаметра ступенчатого стержня равно единице.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам и устройствам для калибрования, деформирующего протягивания и упрочнения металлических наружных винтовых поверхностей деталей из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием со статико-импульсным нагружением обрабатываемых деталей методом протягивания.

Известен способ и устройство для дорнования отверстий, при котором по методу протягивания к деформирующему инструменту вдоль обрабатываемой поверхности с натягом прикладывают статическую нагрузку [1].

Способ и устройство отличаются ограниченными возможностями и используются только для обработки отверстий, низким КПД, большой энергоемкостью, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой внутренней поверхности.

Известен двухрядный инструмент ударного действия для обработки наружных цилиндрических поверхностей, у которого первый ряд роликов установлен на упругую «плавающую» самоустанавливающуюся в радиальном направлении оправку [2]. Второй ряд роликов смонтирован на жесткой оправке.

Инструмент отличается ограниченными возможностями и используется только для обработки наружных цилиндрических поверхностей, низким КПД, небольшой глубиной упрочненного слоя и невысокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности, сложностью, большой энергоемкостью и металлоемкостью конструкции, а также массогабаритными показателями.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей поверхностного пластического деформирования за счет применения статико-импульсной обработки винтовых поверхностей винтов, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом наружных поверхностей отверстий путем использования охватывающего инструмента и устройства нагружения специальной формы.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для статико-импульсной обработки винтов на станках методом протягивания, содержащего патрон, опорный фланец и деформирующий инструмент для обработки заготовки с натягом, при этом оно снабжено волноводом в виде ступенчатого стержня со ступенями малого и максимального диаметров, бойком в виде втулки для сообщения волноводу периодической импульсной нагрузки, который установлен на ступени малого диаметра ступенчатого стержня с возможностью продольного перемещения, и гидравлическим генератором импульсов для вырабатывания периодической импульсной нагрузки, деформирующий инструмент выполнен в виде кольца с профилем внутренней поверхности в продольном сечении, соответствующим профилю впадины заготовки, патрон выполнен с хвостовиком для захвата заготовки и установлен на волноводе, а опорный фланец выполнен с возможностью передвижения в поперечной плоскости заготовки, имеет центральное отверстие для обеспечения свободного прохождения заготовки и содержит три пластины: крайнюю неподвижную пластину для опоры опорного фланца на станину станка, крайнюю подвижную пластину для опоры деформирующего инструмента и среднюю пластину, упомянутые пластины выполнены с пазами, в которых расположены шарики с сепараторами, при этом упомянутые втулка и ступень максимального диаметра ступенчатого стержня выполнены с поперечными сечениями одинаковой площади для передачи периодической импульсной нагрузки, а соотношение длины втулки к длине ступени максимального диаметра ступенчатого стержня равно единице.

Особенности конструкции предлагаемого устройства поясняются чертежами. На фиг.1 представлена схема калибрования, деформирующего протягивания с упрочнением винтовой поверхности винта методом протягивания со статико-импульсным нагружением деформирующего инструмента-кольца; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.2; на фиг.5 - элемент Г на фиг.3.

Предлагаемое устройство служит для калибрования, деформирующего протягивания с упрочнением винтовых поверхностей винтов методом протягивания и предназначено для чистовой операции по обработке поверхностным пластическим деформированием.

Предлагаемое устройство содержит патрон 1, опорный фланец 2 и деформирующий инструмент 3.

Патрон 1 известной конструкции, применяемый, например, на горизонтально-протяжных станках, в данном случае использован для захвата заготовки 4 с помощью хвостовика 5, последний является деталью-посредником, которой придают удобную форму для захвата и соединения с обрабатываемой заготовкой и для захвата патроном.

Патрон 1 установлен на волноводе 6, выполненном в виде ступенчатого стержня, на малой ступени которого с возможностью продольного перемещения установлен боек 7. Выполненный в виде втулки боек 7 сообщает волноводу 6 периодическую импульсную нагрузку Р_им, действующую вдоль его продольной оси и вырабатываемую гидравлическим генератором импульсов (ГГИ) (не показан) [3, 4]. Соотношение длины L₁ бойка 7 к длине L ₂ ступени максимального диаметра волновода 6 равно единице, т.е. L₁/L₂=1, а площади контакта их в поперечном сечении, по которым передается ударный импульс, одинаковы.

Опорный фланец 2 выполнен с центральным отверстием для свободного прохождения заготовки 4, подвижным в поперечной плоскости относительно заготовки, и состоит из трех пластин 8, 9 и 10. Одна крайняя пластина 8 служит для опоры фланца 2 на станину 11 станка и является неподвижной. Другая крайняя пластина 9 служит опорой для деформирующего инструмента-кольца 3 и является подвижной. Средняя пластина 10 контактирует посредством шариков 12, расположенных в пазах, с неподвижной 8 и подвижной 9 пластинами. Для поддержания равного расстояния между опорными шариками 12 используется сепаратор 13. Пазы под опорные шарики 12 в неподвижной 8 и средней 10 пластинах выполнены, например, вертикальными (согласно фиг.1 и 2), а в подвижной 9 и средней 10 пластинах выполнены горизонтальными. Для поддержания пластин 8, 9 и 10 в общем пакете использована резиновая обечайка 14, позволяющая смещаться средней и подвижной пластинам и не рассыпаться сборной конструкции фланца 2. Обечайка 14 приклеена к торцам пластин 8, 9 и 10.

В предлагаемом устройстве деформирующим инструментом является кольцо 3, играющее роль волоки при волочении проволоки или фильеры при калибровании проволоки. Деформирующий инструмент - кольцо 3 имеет профиль в продольном сечении внутренней поверхности отверстия, соответствующий профилю впадины обрабатываемой заготовки 4 винта, а диаметральный размер d_ик меньше чем диаметр D₁ заготовки на величину двойного натяга h (см. фиг.5), т.е. d_ик =D₁-2h.

Способ обработки с применением предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Деформирующий инструмент - кольцо 3 устанавливают на фланец 2 и заготовку 4 с хвостовиком 5, вводят до захватывания хвостовика патроном 6, который закреплен на волноводе 5.

Обработку начинают с включения продольной подачи S_пр и под действием основной статической нагрузки Р _ст, развиваемой основным приводом станка, начинается процесс протягивания.

Одновременно с включением основной статической нагрузки Р_ст включается дополнительная периодическая импульная нагрузка Р_им, которая осуществляется с помощью бойка 7, воздействующего на торец волновода 6. В качестве механизма импульсного нагружения инструмента применяют ГГИ (не показан) [3, 4], который соединен с корпусом гидроцилиндра 15.

Исходный импульс, сформированный в бойке в момент удара по волноводу, отражаясь от свободного торца бойка с противоположным знаком, доходит до волновода, одна его часть вновь отражается в боек, а другая переходит в волновод и распространяется в направлении нагружаемой поверхности. Дойдя до нагружаемой поверхности, последняя часть импульса распределяется на проходящий и отраженный. Проходящие волны деформации при соотношении L₁/L ₂=1 не накладываются и не разрываются, а следуют друг за другом, кроме того, при равенстве площадей контакта поперечных сечений бойка и волновода энергия удара наиболее полно реализуется в контакте с нагружаемой средой.

Глубина упрочненного слоя предлагаемым устройством достигает 1,5...2,5 мм, что значительно (в 3...4 раза) больше, чем при традиционном статическом упрочнении. Наибольшая степень упрочнения составляет 15...30%. В результате статико-импульсной обработки по сравнению с традиционным обкатыванием эффективная глубина слоя, упрочненного на 20% и более, возрастает в 1,8...2,7 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более, - в 1,7...2,2 раза.

Пример. Обрабатывали предлагаемым устройством заготовки винта левого Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, которые имели следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта -D ₁= 27^-0,05 мм, D=30,3 мм, эксцентриситет e₁=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=28 ^±0,01 мм, шероховатость R_a=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Обработку вели на модернизированном горизонтально-протяжном станке мод. 7Б57 с использованием специального ГГИ. Модернизация касалась установки на станке, на тяговом штоке волновода, бойка и корпуса гидроцилиндра, осуществляющих дополнительное периодическое импульсное нагружение заготовок. Смазочно-охлаждающая жидкость - сульфофрезол. Скорость протягивания S_пр =4 м/мин. Наибольшее значение энергии ударов, развиваемое ГГИ, А=280 Дж (сила удара 260 кН, скорость удара 7,2 м/с), при частоте ударов f=5...15 Гц. Натяг инструмента составлял h=0,2...0,5 мм на сторону, ширина деформирующей ленточки - 5...15 мм. Статическое нагружение осуществлялось силой до Р_ст=40 кН.

Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных поверхностей винтов уменьшился до значения R_a =0,5...0,065 мкм при исходном - R_a=5...6,5 мкм, производительность повысилась более чем в три раза по сравнению с обкатыванием трехроликовым приспособлением, используемым на базовом предприятии в АО "Ливгидромаш". Энергоемкость процесса уменьшилась в 2,2 раза. Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл.1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми несоседними 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.

Предлагаемое устройство расширяет технологические возможности поверхностного пластического деформирования за счет применения статико-импульсной обработки, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом наружных поверхностей винтов путем использования инструмента-кольца и устройства нагружения специальной формы.

Источники информации

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.397, рис.16, в, г.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.392, рис.14, 6 - прототип.

3. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

4. Патент РФ №2090342. МПК⁶ В24В 39/04. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей ППД. 95122309/02. 21.12.95. 20.09.97. Бюл. №26.