устройство для обкатывания винтов с круглым поперечным профилем
Классы МПК: | B24B39/04 для обработки наружных поверхностей вращения |
Автор(ы): | Степанов Юрий Сергеевич (RU), Киричек Андрей Викторович (RU), Тарапанов Александр Сергеевич (RU), Харламов Геннадий Андреевич (RU), Жуплов Михаил Васильевич (RU), Бородин Михаил Вячеславович (RU), Афанасьев Борис Иванович (RU), Фомин Дмитрий Сергеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-01-23 публикация патента:
10.11.2008 |
Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к отделочно-упрочняющей обработке поверхностным пластическим деформированием многоэлементным обкатывающим инструментом винтов с круглым поперечным профилем. Устройство содержит корпус с тремя деформирующими инструментами, винтовую цилиндрическую пружину, державки, две стойки, пружины сжатия и колонны. Винтовая цилиндрическая пружина выполнена с шагом, кратным шагу обрабатываемого винта, и охватывает последний. Державки установлены внутри винтовой цилиндрической пружины на расстоянии, равном шагу обрабатываемого винта. Две стойки выполнены с отверстиями и расположены в корпусе. Одна из упомянутых стоек выполнена подвижной, а другая - неподвижной. Колонны оперты на пружины сжатия и расположены в отверстиях стоек. Деформирующие инструменты закреплены в державках. Концы винтовой цилиндрической пружины закреплены на колоннах. Средний деформирующий инструмент установлен противоположно крайним деформирующим инструментам относительно обрабатываемой заготовки и выполнен с возможностью радиального перемещения для регулирования натяга и усилия обкатывания. В результате расширяются технологические возможности, уменьшается параметр шероховатости обработанной поверхности и увеличивается твердость последней. 3 ил.
Формула изобретения
Устройство для обкатывания винтов с круглым поперечным профилем, содержащее корпус с тремя деформирующими инструментами, отличающееся тем, что оно снабжено винтовой цилиндрической пружиной, шаг которой кратен шагу обрабатываемого винта, имеющей по меньшей мере один виток и выполненной с возможностью охватывания обрабатываемого винта для обеспечения радиальной подачи деформирующим инструментам, державками, установленными внутри винтовой цилиндрической пружины на расстоянии, равном шагу обрабатываемого винта, двумя стойками с отверстиями, расположенными в корпусе, одна из которых выполнена подвижной, а другая - неподвижной, пружинами сжатия и колоннами, опертыми на пружины сжатия и расположенными в отверстиях стоек, при этом упомянутые деформирующие инструменты закреплены в державках, концы винтовой цилиндрической пружины закреплены на колоннах, средний деформирующий инструмент установлен противоположно крайним деформирующим инструментам относительно обрабатываемой заготовки и выполнен с возможностью радиального перемещения для регулирования натяга и усилия обкатывания.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочно - упрочняющей обработке заготовок типа винтов с круглым поперечным профилем из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием многоэлементным обкатывающим инструментом.
Известно трехроликовое приспособление для обкатывания винтов, состоящее из державки с роликами, шарнирно-соединенной с корпусом, который крепят на суппорте станка [1].
Недостатком известного устройства является ограниченность применения, узкая специализация (только для цилиндрических поверхностей) и низкая производительность, при этом для получения высокого качества необходимо создание больших рабочих усилий, а это требует использование роликов с большим радиусом профиля, что отрицательно влияет на массогабаритные параметры и не всегда осуществимо.
Известен способ и устройство, реализующее его, для обкатывания винтов, предусматривающий сообщение обрабатываемой заготовке вращательного движения, а деформирующему инструменту, содержащему корпус и державку с деформирующими элементами, подвижно соединенную с корпусом, сообщение движения продольной подачи, при этом обкатывание осуществляется многими деформирующими элементами, кроме того, инструмент снабжен двумя дисками с центральными отверстиями, один из которых жестко соединен с корпусом, а другой диск жестко крепится к торцу первого диска с помощью распорных втулок и винтов, при этом между дисками свободно установлена с помощью трех растяжек в виде пружин растяжения державка, несущая деформирующие элементы, с кольцами, которые вставлены в торцовые пазы державки и ограничивают в осевом направлении деформирующие элементы, свободно расположенные в желобе отверстия державки, при этом для предотвращения вращения державки она снабжена рукояткой, расположенной на периферии, которая опирается на ролик с осью, закрепленной между дисками, кроме того, упомянутые растяжки-пружины закреплены на распорных втулках [2, 3].
Недостатком известного способа и устройства, реализующего его, является ограниченность применения из-за узкой специализации - только для винтов одного наименования, при смене объекта обработки необходимо другое устройство для обкатывания, а также невозможность регулирования натяга деформирующих элементов и регулирования усилия обкатывания, поэтому заготовка в большой партии деталей, обработанная на предыдущей операции с максимальным наружным диаметром в пределах допуска, будет обкатана с максимальным натягом, следовательно, с максимальным усилием обкатывания, а заготовка с минимальным наружным диаметром - с минимальным усилием обкатывания. У этих заготовок будет разная шероховатость, степень упрочнения и глубина упрочненного слоя, т.е. процесс отличается нестабильностью, что нежелательно.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, заключающееся в уменьшении погрешности предшествующей обработки и повышении точности путем разгрузки узлов станка от одностороннего приложения усилия обкатывания при обработке винтов, в уменьшении параметра шероховатости обработанной поверхности и увеличении ее твердости на значительную глубину благодаря выглаживающему действию нескольких деформирующих инструментов, повышении производительности за счет увеличения пятна контакта деформирующих инструментов с обрабатываемой поверхностью и возможности применения больших подач и регулирования рабочих усилий, а также обрабатывать винтовые поверхности винтов большой номенклатуры и быть универсальным.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для обкатывания винтов с круглым поперечным профилем, содержащего корпус с тремя деформирующими инструментами, причем оно снабжено винтовой цилиндрической пружиной, шаг которой кратен шагу обрабатываемого винта, имеющей по меньшей мере один виток и выполненной с возможностью охватывания обрабатываемого винта для обеспечения радиальной подачи деформирующим инструментам, державками, установленными внутри винтовой цилиндрической пружины на расстоянии, равном шагу обрабатываемого винта, двумя стойками с отверстиями, расположенными в корпусе, одна из которых выполнена подвижной, а другая - неподвижной, пружинами сжатия и колонами, опертыми на пружины сжатия и расположенными в отверстиях стоек, при этом упомянутые деформирующие инструменты закреплены в державках, концы винтовой цилиндрической пружины закреплены на колоннах, средний деформирующий инструмент установлен противоположно крайним деформирующим инструментам относительно обрабатываемой заготовки и выполнен с возможностью радиального перемещения для регулирования натяга и усилия обкатывания.
Особенности устройства поясняются чертежами.
На фиг.1 показана схема обкатывания винта с круглым поперечным профилем предлагаемым устройством, частичный продольный разрез; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2.
Предлагаемое устройство предназначено для обработки поверхностным пластическим деформированием наружных поверхностей вращения заготовок типа винтов преимущественно с большим шагом и круглым поперечным профилем, например винтов винтовых нефтяных насосов.
Обработку выполняют на токарных, карусельных станках с сообщением вращательного движения заготовке - V з, а устройству с деформирующими инструментами - движение продольной подачи Sпр.
Деформирующие инструменты, например шарики 1, закреплены в державках 2 и установлены внутри винтовой цилиндрической пружины 3.
Обработку обкатыванием осуществляют несколькими (например, тремя, как показано на фиг.1) деформирующими инструментами 1, закрепленными в державках 2.
Державки 2 установлены друг от друга на расстоянии шага t обрабатываемого винта 4 внутри винтовой цилиндрической пружины 3. Шаг пружины 3 кратен шагу обрабатываемого винта 4 и минимальное значение его равно двум шагам - 2t обрабатываемого винта (см. фиг.1). Пружина 3 длиной не менее одного витка с целью обеспечения радиальной подачи SР деформирующим инструментам 1 охватывает заготовку 4. Концы пружины 3 жестко закреплены на колоннах 5, которые подвижно по скользящей посадке установлены в отверстиях стоек 6. Колонны 5 опираются на пружины сжатия 7, последние также расположены в отверстиях стоек 6. Выдвижение колонн 5 из стоек 6 под действием пружин 7 в нерабочем состоянии инструмента ограничено накидными гайками 8.
Для настройки на определенный шаг, равный 2t, пружины 3 стойки 6 соединены между собой тягой 9, на резьбовых концах которой закручены гайки 10, при этом одна стойка установлена на корпусе 11 неподвижно, другая - подвижно, с возможностью регулирования расстояния между ними.
Средний деформирующий инструмент 1 установлен внутри пружины 3 противоположно крайним деформирующим инструментам и равно удален на расстоянии t шага обрабатываемой заготовки 4 в продольном направлении относительно крайних деформирующих инструментов.
Средний деформирующий инструмент 1, в отличии от крайних деформирующих инструментов, которые закреплены на пружине 3 жестко, имеет возможность радиального перемещения с целью регулирования натяга и усилия обкатывания с помощью хомута 12 и резьбовой державки 2 (см. фиг.3).
Сборку устройства осуществляют в следующей последовательности.
На корпус 11, подготовленный для установки, например, на поперечный суппорт токарного станка, устанавливают и жестко крепят неподвижную стойку 6. Подвижную стойку 6 устанавливают на «ласточкин хвост», имеющийся на корпусе 11. Обе стойки 6 соединяют тягой 9 с выдерживанием расстояния 2t между осями отверстий под колонны и фиксируют гайками 10. В отверстия под колонны стоек 6 вставляют пружины 7 и колонны 5, с предварительно смонтированными на силовой пружине 3, на которой также установлены державки 2 с деформирующими инструментами 1.
Колонны 5 фиксируются от выпадания из отверстий стоек гайками 8.
Заканчивается общая сборка устройства установкой среднего деформирующего инструмента 1 путем закрепления хомута 12 и ввертывания резьбовой державки 2 с предварительно закрепленным на ней деформирующим инструментом 1.
По окончании сборки производятся регулировка и настройка деформирующего инструмента на требуемый размер путем установки его на контрольный образец винта и введения в контакт деформирующих инструментов с поверхностью винта с необходимым усилием путем вывинчивания резьбовой державки 2 из хомута 12. Определенное положение державки фиксируется известными способами, например, контргайкой. Также необходимо отрегулировать положение деформирующих инструментов в продольном направлении, осуществляемое перемещением подвижной стойки путем закручивания или раскручивания гаек 10 на тяге 9.
Работа с предлагаемым устройством осуществляется в следующей последовательности.
При финишной обработке поверхностным пластическим деформированием - обкатыванием винта с круглым поперечным сечением, имеющим профиль и размеры D, D1, t, е (на фиг.1 показан винт Н41.1103.01.027 с размерами D=98 мм, D1 =70 мм, t=180±0,05 мм, е=14±0,1 и общей длиной 1655 мм) деформирующим инструментом заготовку винта, прошедшую предварительную, например, товарную обработку, закрепляют в патроне 13 шпинделя 14 передней бабки 15, подводят устройство и вводят свободный конец заготовки винта в отверстие устройства и поджимают центром 16 задней бабки 17. Обрабатываемой заготовки винта сообщают вращательное движение Vз. Скорость вращения заготовки задают в зависимости от требуемой производительности, конструктивных особенностей заготовки и оборудования. Обычно скорость составляет V3=30...150 м/мин. Деформирующему инструменту сообщают продольную подачу SПР в одну сторону не более 0,1...3,0 мм/об. Оптимальную подачу S О ПР определяют по формуле: S О ПР=k S, где k - число деформирующих инструментов; S - подача на один деформирующий инструмент, принимается для шариков не более - 0,01...0,05 мм/об.
При переходе на обработку другого типоразмера винта достаточно заменить пружину 3 в комплекте с державками 2 и деформирующими инструментами 1.
Пример. Обрабатывался обкатыванием винт Н41.1103.01.027 с размерами D=98 мм, D1=70 мм, t=180±0,05 мм, e=14±0,1 и общей длиной 1655 мм, шероховатость R a=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, правого направления; материал-сталь 12Х18Н9Т ГОСТ 5632-72, твердость НВ 207...228, масса - 50 кг. Предварительная обработка точением и финишная обработка обкатыванием проводилась на токарно-винторезном станке мод. 1М63БФ101, окружная скорость заготовки - V з=88 м/мин (1,47 м/с), nз=400 об/мин, продольную подачу Sпр о определяли по формуле Sпр о=k S мм/об и принимали Sпр о=3·0,3=0,9 мм/об, где k=3 - количество роликов в инструменте, диаметр роликов - 14,88 мм. Усилие обкатывания составляло около 1700 Н, глубина наклепанного слоя находилась в пределах 0,15...0,20 мм; величина, на которую изменился размер после обкатки - 0,01...0,02 мм; смазывающе - охлаждающей жидкостью при обкатывании служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).
Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т м=4,4 мин (против Тм баз 16,8 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании с помощью шлифовальной головки, с последующим полированием абразивной лентой ЛВТ 2200×55 Э4, 5-8-10 ГОСТ 12439-79 на токарном станке 1К62 на АО "Ливгидромаш"). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними 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.
Достоинствами предлагаемого устройства с плавающим многоэлементным инструментом для обкатывания винтов с круглым профилем торцевого сечения являются:
- возможность обкатывания винтов с повышением точности обработки (на 10...20%) за счет конструкции (вся неточность сводится к неточности одного элемента - пружины);
- позволяет вести обкатывание на максимальных подачах по сравнению с одноинструментальными устройствами;
- уменьшение погрешности предшествующей обработки;
- обеспечение постоянного усилия контакта деформирующих инструментов с обрабатываемой поверхностью;
- многоэлементность инструмента позволяет осуществить многопроходность обработки, за счет чего достигается более высокое качество обработки;
- позволяет разгрузить узлы станка от одностороннего приложения усилия и обрабатывать большую номеклатуру винтов;
- образование определенной макро- и микрогеометрической формы обработанной поверхности, уменьшение параметра шероховатости - сглаживание поверхности, изменение структуры материала - поверхностный наклеп и создание определенного напряженного состояния - все это благоприятно действует на износостойкость.
Предлагаемое устройство для обкатывания винтов с круглым поперечным сечением отличается простотой в реализации, а деформирующий инструмент - не сложный по конструкции и надежный в эксплуатации. Получаемый на поверхности заготовки структурный слой обладает повышенной твердостью и, соответственно, износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению.
Использование предлагаемого устройства позволяет повысить производительность обработки в 2...2,5 раза и обеспечить высокую точность.
Источники информации
1. Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т.Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. С.387, рис.6.
2. Патент РФ №2 268 134, МПК В24В 39/00. Плавающее устройство для обкатывания нежестких винтов. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Самойлов Н.Н., Афанасьев Б.И., Катунин А.А., Фомин Д.С. Заявка 2004128667/02, 27.09.2004; 20.01.2006. Бюл. №02.
3. Патент РФ №2268135, МПК В24В 39/00. Способ обкатывания нежестких винтов. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Самойлов Н.П., Афанасьев Б.И., Катунин А.А., Фомин Д.С. Заявка 2004128668/02, 27.09.2004; 20.01.2006. Бюл. №02 - прототип.
Класс B24B39/04 для обработки наружных поверхностей вращения