головка для обработки сферических поверхностей

Формула изобретения

Головка для обработки сферических поверхностей, содержащая индивидуальный привод со шпинделем и корпус с деформирующими элементами, выполненный с возможностью приложения к нему статической нагрузки, отличающаяся тем, что она снабжена винтовой цилиндрической пружиной для обеспечения самоцентрирования деформирующих элементов, корпус содержит по меньшей мере три деформирующих элемента, выполнен с хвостовиком и установлен на шпинделе посредством упомянутой винтовой цилиндрической пружины, один конец которой навернут на хвостовик корпуса, а другой - на шпиндель, деформирующие элементы выполнены в виде цилиндрических вставок, на которых эксцентрично закреплены сферические рабочие части для обеспечения контакта с обрабатываемой сферической поверхностью, при этом деформирующие элементы выполнены с возможностью регулирования в продольном и радиальном направлениях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам и способам отделочно-упрочняющей обработки сферических поверхностей деталей, например автомобильных шаровых пальцев из сталей и сплавов, поверхностным пластическим деформированием (ППД) со статическим нагружением деформирующих элементов.

Известен способ и устройство для обработки неполных сферических поверхностей деталей ППД, при котором обрабатываемой заготовке и деформирующим элементам сообщают вращательное движение, причем деформирующим элементам сообщают вращение по окружности, лежащей в плоскости, смещенной относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, при этом угловая скорость деформирующих элементов связана с угловой скоростью обрабатываемой заготовки соотношением _ин>> _д, кроме того, дано математическое соотношение между усилием нагружения и усилием ППД [1].

Устройство и способ отличается низким КПД, большой энергоемкостью, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и не высокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности, при этом примененные не самоустанавливающиеся деформирующие элементы не позволяют получать качественную обрабатываемую поверхность.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей ППД благодаря использованию статического нагружения деформирующих элементов, позволяющее управлять глубиной упрочненного слоя, степенью упрочнения и микрорельефом поверхности, а также повышение качества и точности обработки путем самоустановки деформирующих элементов на сферической поверхности обрабатываемой заготовки.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой головки для обработки сферических поверхностей, содержащей индивидуальный привод со шпинделем и корпус с деформирующими элементами, выполненный с возможностью приложения к нему статической нагрузки, при этом она снабжена винтовой цилиндрической пружиной для обеспечения самоцентрирования деформирующих элементов, корпус содержит по меньшей мере три деформирующих элемента, выполнен с хвостовиком и установлен на шпинделе посредством упомянутой винтовой цилиндрической пружины, один конец которой навернут на хвостовик корпуса, а другой - на шпиндель, деформирующие элементы выполнены в виде цилиндрических вставок, на которых эксцентрично закреплены сферические рабочие части для обеспечения контакта с обрабатываемой сферической поверхностью, при этом деформирующие элементы выполнены с возможностью регулирования в продольном и радиальном направлениях.

Сущность устройства головки поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема обработки ППД заготовки автомобильного шарового пальца, установленного в специальном приспособлении с базированием по конической поверхности, предлагаемой головкой со статическим нагружением деформирующих инструментов; на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1; на фиг.3 - элемент Б на фиг.1.

Предлагаемая головка служит для поверхностного пластического деформирования ППД сферических поверхностей 1 с нагруженном постоянной статической нагрузкой деформирующих элементов 2, при этом обрабатываемой заготовке 3, например, типа автомобильного шарового пальца сообщают вращательное движение V_з, деформирующим элементам - вращательное движение V_и и продольную подачу S_пр к центру О сферической поверхности.

Головка содержит индивидуальный привод (не показан) со шпинделем 4, который гибко соединен с корпусом 5 с деформирующими элементами 2 в количестве не менее трех.

Корпус 5 установлен на шпинделе 4 головки с возможностью самоцентрирования деформирующих элементов 2 посредством винтовой цилиндрической пружины 6, которая одним концом навернута на хвостовик 7 корпуса 5, а другим концом - на шпиндель 4. На хвостовиках корпуса и шпинделя нарезана специальная винтовая канавка под закрепляемую пружину 6.

Давая продольную подачу S_пр головке, обеспечивают статическую нагрузку деформирующим элементам 2. Таким образом, пружина 6 одновременно передает вращательное движение от шпинделя 4 и статическую нагрузку деформирующим элементам 2.

Деформирующие элементы 2 состоят из цилиндрических вставок 8 и сферических рабочих частей 9, непосредственно контактирующих с обрабатываемой сферической поверхностью 1 заготовки. Деформирующие элементы 2 совершают вращательное движение по окружности диаметром d, лежащей в плоскости, которая смещена относительно центра О обрабатываемой сферической поверхности на величину, зависящую от конструктивных особенностей обрабатываемой заготовки. С этой целью деформирующие элементы 2 имеют возможность регулирования в продольном направлении с помощью винта 10 и в радиальном направлении благодаря эксцентричной с эксцентриситетом установке сферических рабочих частей 9 на цилиндрических вставках 8.

Неполная сферическая поверхность обрабатываемой заготовки вынуждает устанавливать продольную ось головки под углом относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси заготовки, величина которого также зависит от конструктивных особенностей обрабатываемой заготовки.

Пружинное соединение 6 шпинделя 4 с деформирующими элементами 2 позволяет осуществить самоцентрирование и самоустановку деформирующих элементов 2 на обрабатываемой заготовке 3 при случайном отклонении продольной оси шпинделя 4 от центра О обрабатываемой сферической поверхности 1. Величина статической силы деформирования зависит от свойств пружины 6, а именно от материала проволоки, из которой навита пружина, ее диаметра, диаметра витков пружины и количества рабочих витков, расположенных между торцами шпинделя 4 и хвостовика 7 корпуса 5, т.е. от расстояния l.

Величина статической силы деформирования выбирается наибольшей из обеспечивающих упругие контактные деформации обрабатываемого материала.

Точность формы обрабатываемой сферической поверхности заготовки предлагаемой деформирующей головкой повышается и снижается величина шероховатости благодаря самоцентрированию и самоустановке деформирующих элементов на обрабатываемой заготовке при ее биении и вибрации.

Глубина упрочненного слоя обработанного предлагаемой головкой достигает 0,5...1,5 мм, что значительно (в 1,5...2 раза) больше, чем при традиционном упрочнении шариком. Наибольшая степень упрочнения составляет 15...25%. В результате обработки предлагаемой головкой по сравнению с традиционным накатыванием эффективная глубина слоя, упрочненного на 20% и более, возрастает в 1,5...2,2 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более, - в 1,3...1,6 раза.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, упрочненного предлагаемой головкой, проведены экспериментальные исследования обработки автомобильного шарового пальца с использованием предлагаемой головки. Заготовку пальца шарового верхнего 2101-2904187, установленную в специальном электромеханическом приспособлении, обрабатывали на станке мод. 16К20 предлагаемой головкой. Заготовка изготовлена из стали 20Х ГОСТ 1050-74. Обрабатывали сферу диаметром 32,7±0,1; исходный параметр шероховатости Ra=3,2 мкм, достигнутый Ra=0,63; деформирующие элементы в виде цилиндрических вставок с эксцентричной установкой сферических (радиус сферы 7 мм) рабочих частей, изготовленных из эльбора, на следующих режимах: скорость вращения заготовки V_з=10 м/мин (n _з=100 мин^-1); скорость ППД V _и=50 м/мин (n_з=500 мин ^-1); продольная подача S_пр=0,1 мм ^-1 деформирующих элементов осуществлялась до создания величины силы статического поджатия элементов к обрабатываемой поверхности Р_ст 25...40 кН; глубина слоя повышенной твердости составляла 0,15...0,20 мм; смазывающе-охлаждающей жидкостью служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).

Требуемая шероховатость и точность сферической поверхности была достигнута за Т_м=0,7 мин (против Т_м ^баз=2,75 мин по базовому варианту при традиционной обработке обкатыванием шариком на Орловском сталепрокатном заводе ОСПАЗ). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68 и на профилометре мод. 283 тип АН ГОСТ 19300-86. В обработанной партии (равной 100 штук) бракованных деталей не обнаружено. Отклонение обработанной поверхности от сферичности составило не более 0,02 мм, что допустимо ТУ.

Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных сферических поверхностей уменьшился до значения Ra=0,32...0,63 мкм при исходном Ra=3,2...6,3 мкм, производительность повысилась более чем в три раз по сравнению с традиционным обкатыванием. Энергоемкость процесса уменьшилась в 2,2 раза.

Исследования напряженного состояния упрочненного поверхностного слоя показали, что максимальные остаточные напряжения находятся близко к поверхности, как при чеканке, что благоприятно для большинства сопрягаемых деталей механизмов и машин. Сравнение глубины напряженного и упрочненного слоев, градиента напряжений и градиента наклепа показывает, что глубина напряженного слоя в 1,1...1,3 раза больше, чем глубина наклепанного слоя, что согласуется с теорией поверхностного пластического деформирования.

Достигаемая в процессе обработки предлагаемой головкой предельная величина шероховатости составляет Ra=0,08 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 4 раза.

Статическая нагрузка, создаваемая головкой, благоприятно сказывается на условиях работы деформирующих элементов 2. Самоцентрирование деформирующих элементов приводит к более равномерному распределению нагрузки на деформирующие элементы, облегчает формирование упрочняемой поверхности.

При наложении статической нагрузки деформирующая поверхность всех деформирующих элементов изнашивается одинаково, что способствует увеличению общей стойкости головки.

Статическая нагрузка способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки. Обработка в условиях статических нагрузок увеличивает эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта инструмента и заготовки.

Предлагаемая головка расширяет технологические возможности ППД благодаря использованию самоцентрирующего статического нагружения на деформирующие элементы, позволяет весьма просто управлять глубиной упрочненного слоя, степенью упрочнения и микрорельефом поверхности, а также повышает качество и точность обработки путем самоустановки деформирующих элементов на сферической поверхности обрабатываемой заготовки.

Источник информации

1. Патент РФ 2031770, МКП⁶ В24В 39/04, 39/00. Способ обработки неполных сферических поверхностей деталей поверхностным деформированием. Гаврилин А.М., Самойлов Н.Н. 5045958/27; 14.04.92; 27.03.95. Бюл. №9 - прототип.