Патент на изобретение №2371300

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБКАТЫВАНИЯ С РЕГУЛИРУЕМОЙ НАГРУЗКОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке поверхностным пластическим деформированием. Устройство содержит корпус и по меньшей мере три державки с деформирующими элементами, шарнирно соединенные с корпусом, и устройства нагружения. Каждый деформирующий элемент шарнирно закреплен в устройстве нагружения, выполненном в виде рычага, с обеспечением нагружения посредством цилиндрической винтовой пружины сжатия, воздействующей на один конец рычага, и упертой в регулировочную гайку. Регулировочная гайка ввинчена в кронштейн, жестко закрепленный на корпусе. Другим концом рычаг шарнирно с помощью оси закреплен в корпусе и щеке, прикрепленной к корпусу на расстоянии, контролируемом распорными втулками. При этом для настройки на обрабатываемый диаметр и необходимый натяг в каждый кронштейн ввинчен упорный винт. В результате упрощается конструкция устройства, повышается его надежность и производительность обработки, а также обеспечивается высокая точность обработки. 6 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке поверхностным пластическим деформированием (ППД) цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых поверхностей с регулируемой нагрузкой на каждом деформирующем элементе инструмента.

Известно трехроликовое приспособление для обкатывания нежестких валов, состоящее из державки с роликами, шарнирно соединенной с корпусом, который крепят на суппорте станка [1].

Недостатком известного приспособления 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 использования роликов с большим радиусом профиля, что отрицательно влияет на массогабаритные параметры и не всегда осуществимо. При этом устройство не имеет возможности регулирования расположения деформирующих элементов относительно друг друга в продольном направлении, а также регулирования нагрузки на каждом деформирующем элементе в отдельности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей оснастки путем обеспечения обработки обкатыванием цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых наружных поверхностей, а также снижение себестоимости, повышение производительности и улучшение качества изготовления.

Поставленная задача решается путем использования предлагаемого устройства для обкатывания цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых наружных поверхностей валов с регулируемой нагрузкой, содержащего корпус и державки не менее трех с деформирующими элементами, шарнирно соединенные с корпусом, причем каждый деформирующий элемент снабжен устройством нагружения, выполненным в виде рычага, с шарнирно закрепленным в нем деформирующим элементом, при этом нагружение осуществляется цилиндрической винтовой пружиной сжатия, воздействующей на один конец рычага, и упирающейся в регулировочную гайку, которая ввинчена в кронштейн, жестко закрепленный на корпусе, а другим концом рычаг шарнирно с помощью оси закреплен в корпусе и щеке, прикрепленной к корпусу на расстоянии, контролируемом распорными втулками, причем настройка на обрабатываемый диаметр и необходимый натяг производится упорным винтом, который ввинчен в свой кронштейн.

Сущность устройства поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема обкатывания винта винтового насоса предлагаемым устройством, общий вид; на фиг.2 – конструкция устройства, поперечный частичный разрез; на фиг.3 – продольное сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 – вариант расположения деформирующих роликов одинакового профиля с одинаковым усилием нагружения и сдвинутых в продольном направлении относительно друг друга; на фиг.5 – вариант расположения деформирующих роликов одинакового профиля с различным усилием нагружения и сдвинутых в продольном направлении относительно друг друга; на фиг.6 – вариант расположения деформирующих роликов с различным профилем и с одинаковым усилием нагружения, сдвинутых в продольном направлении относительно друг друга.

Предлагаемое устройство относится к многоэлементному деформирующему инструменту с регулируемой нагрузкой на деформирующие элементы – ролики и служит для обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД) – обкатыванием и упрочнением цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых наружных поверхностей валов 1, которым сообщают вращательное движение V_з относительно собственной продольной оси и продольную подачу S_пр устройству 2.

Устройство 2 содержит корпус, состоящий из вертикальной стойки и горизонтального основания, объединенных в Г-образную форму. Стойка корпуса имеет центральное отверстие для свободного прохождения через нее обрабатываемой заготовки. К стойке корпуса винтами 3 прикреплена щека 4 на расстоянии, контролируемом распорными втулками 5.

Между щекой 4 и стойкой корпуса расположены деформирующие элементы, например, в виде роликов 6, в количестве не менее трех. Деформирующие элементы 6 шарнирно соединены со стойкой корпуса и каждый из них снабжен устройством нагружения.

Устройство нагружения выполнено в виде рычага 7, в средней части которого шарнирно на оси 8 установлен с возможностью вращения деформирующий элемент 6. Нагружение деформирующего элемента 6 осуществляется цилиндрической винтовой пружиной сжатия 9, воздействующей на один конец рычага 7. Пружина 9 смонтирована между рычагом 7 и регулировочной гайкой 10, которая ввинчена в кронштейн 11, жестко закрепленный на стойке корпуса. Для предотвращения продольного прогиба пружины 9 внутри нее шарнирно установлен шток 12.

Другим концом рычаг 7 шарнирно с помощью оси 13 закреплен в стойке корпуса и щеке 4.

Настройка деформирующего элемента 6 на обрабатываемый диаметр и необходимый натяг производится упорным винтом 14, который ввинчен в свой кронштейн 15, жестко закрепленный на стойке корпуса.

Работа устройства заключается в следующем.

При финишной обработке поверхностным пластическим деформированием – обкатыванием заготовки вала 1 с переменным сечением (например, винта винтового насоса, имеющего профиль и размеры D, D₁, t, показанного на фиг.1) предлагаемым устройством ее закрепляют в патроне 16 шпинделя 17 передней бабки 18, подводят устройство и вводят свободный конец заготовки винта в отверстие стойки и поджимают центром 19 задней бабки 20. Обрабатываемой заготовке сообщают вращательное движение V_з. Скорость вращения заготовки задают в зависимости от требуемой производительности, конструктивных особенностей заготовки и оборудования. Обычно скорость составляет 30150 м/мин.

Устройству сообщают продольную подачу S_пр в одну сторону не более 0,13,0 мм/об. Оптимальную подачу S_пр° определяют по формуле:

S_пр°=kS_э,

где k – число деформирующих элементов;

S_э – подача на один деформирующий элемент, принимается для роликов не более – 0,020,10 мм/об.

При переходе на обработку другого типоразмера вала в устройстве достаточно заменить деформирующие элементы.

Благодаря реализованным в предлагаемом устройстве возможностям регулирования расположения деформирующих элементов относительно друг друга в продольном направлении, а также регулирования нагрузки на каждом рычаге с деформирующим элементом в отдельности, расширились технологические возможности ППД. Представляют интерес следующие варианты наладок.

1. Три деформирующих элемента – ролика одинакового профиля (r₁=r₂=r₃) установлены в одной поперечной плоскости (см. фиг.2, 3) и всем роликам сообщается одинаковая нагрузка (P₁=Р₂=Р₃).

2. Три деформирующих элемента – ролика одинакового профиля (r₁=r₂=r₃) установлены в разных поперечных плоскостях (см. фиг.4), т.е. ролики сдвинуты в продольном направлении друг относительно друга, и всем роликам сообщается одинаковая нагрузка (P₁=Р₂=Р₃).

3. Три деформирующих элемента – ролика одинакового профиля (r₁=r₂=r₃) установлены в разных поперечных плоскостях (см. фиг.5), т.е. ролики сдвинуты в продольном направлении друг относительно друга, и ролики нагружены различным усилием (P₁Р₂Р₃; например, P₁<Р₂<Р₃).

4. Три деформирующих элемента – ролика различного профиля (r₁r₂r₃; например,

r₁23) установлены в разных поперечных плоскостях (см. фиг.6), т.е. ролики сдвинуты в продольном направлении друг относительно друга, и всем роликам сообщается одинаковая нагрузка (P₁=Р₂=Р₃).

5. Три деформирующих элемента – ролика различного профиля (r₁r₂r₃; например,

r₁23) установлены в разных поперечных плоскостях (не показаны), т.е. ролики сдвинуты в продольном направлении друг относительно друга, и всем роликам сообщается разная нагрузка (P₁Р₂Р₃; P₁<Р₂<Р₃).

Изменение положения деформирующих элементов – роликов относительно друг друга в продольном направлении позволяет увеличить производительность обработки заготовок, а различная степень нагружения деформирующих элементов позволяет изменить, уменьшить высоту микронеровностей обрабатываемой поверхности. Изменяя эти параметры устройства, добиваются требуемых параметров обрабатываемой поверхности.

Пример. Обрабатывался обкатыванием винт левый Н41.1016.01.001 винтового нефтедобывающего насоса ЭВН5-25-1500, который имел следующие размеры: общая длина – 1282 мм, длина винтовой части – 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта – D₁=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 207228, масса – 5,8 кг. Предварительная обработка точением и финишная обработка обкатыванием проводилась на токарно-винторезном станке мод. 16К20, окружная скорость заготовки – v_з=84,78 м/мин (1,41 м/с), n_з=1000 об/мин, продольную подачу S_пр° определяли по формуле S_пр°=kS_э мм/об и принимали S_пр°=3·0,03=0,39 мм/об, где k=3 – количество роликов в устройстве, диаметр рабочей части роликов – 7,94 мм. Усилие обкатывания составляло около 1700 Н, глубина наклепанного слоя находилась в пределах 0,150,20 мм; величина, на которую изменился размер после обкатки – 0,010,02 мм; смазывающе-охлаждающей жидкостью при обкатывании служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).

Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=3,15 мин (против Т_м^баз=16,80 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 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.

Достоинствами предлагаемого многоэлементного устройства являются:

– возможность обкатывания нежестких валов с повышением точности обработки (на 1020%) за счет конструкции, позволяющей независимое нагружение каждого деформирующего элемента (отклонение формы не более 1030 мкм);

– обеспечение постоянного усилия контакта при различных профилях деформирующих элементов;

– уменьшает погрешность предшествующей обработки;

– многоэлементность устройства позволяет осуществить многопроходность обработки, за счет чего достигается более высокое качество обработки;

– позволяет разгрузить узлы станка от одностороннего приложения усилия и обрабатывать нежесткие валы;

– 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 несложное по конструкции и надежное в эксплуатации, а способ обкатывания цилиндрических, эксцентриковых, кулачковых, винтовых поверхностей устройством отличается простотой в реализации. Получаемые на поверхности упрочняемой заготовки структуры слоев обладают повышенной твердостью, а соответственно, износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить производительность обработки в 1,52,0 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 – прототип.

Формула изобретения

Устройство для обкатывания с регулируемой нагрузкой, содержащее корпус и по меньшей мере три державки с деформирующими элементами, шарнирно соединенные с корпусом, отличающееся тем, что оно снабжено устройствами нагружения, каждый деформирующий элемент шарнирно закреплен в устройстве нагружения, выполненном в виде рычага, с обеспечением нагружения посредством цилиндрической винтовой пружины сжатия, воздействующей на один конец рычага и упертой в регулировочную гайку, которая ввинчена в кронштейн, жестко закрепленный на корпусе, а другим концом рычаг шарнирно с помощью оси закреплен в корпусе и щеке, прикрепленной к корпусу на расстоянии, контролируемом распорными втулками, при этом для настройки на обрабатываемый диаметр и необходимый натяг в каждый кронштейн ввинчен упорный винт.

РИСУНКИ