Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: обработка металлов давлением, в частности упрочняющая обработка различных деталей машин. Сущность изобретения: в процессе обработки в обрабатываемом материале создают дополнительные напряжения кручения, направление которых противоположно направлению тангенциальной составляющей силы обкатки. В результате такого воздействия уменьшается температура в зоне деформации, повышаются износостойкость и усталостная прочность. 2 ил. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2047469
Класс(ы) патента: B24B39/00, B24B39/04
Номер заявки: 93005421/08
Дата подачи заявки: 01.02.1993
Дата публикации: 10.11.1995
Заявитель(и): Таганрогский радиотехнический институт
Автор(ы): Бутенко В.И.
Патентообладатель(и): Таганрогский государственный радиотехнический университет
Описание изобретения: Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к процессам финишной обработки поверхностей деталей машин.
Известен способ обработки детали поверхностным пластическим деформированием, при котором обрабатываемой детали сообщается вращение, а деформирующий инструмент прижимают к обрабатываемой поверхности с определенным усилием, сообщая ему продольную подачу [1]
Недостатком известного способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием является низкое качество обработанной поверхности, которое выражается в неравномерном распределении физико-механических свойств материала поверхностного слоя и его неоднородном микрорельефе.
Известен способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием, при котором инструменту сообщают ультразвуковые колебания с изменяющейся амплитудой и перемещают его эквидистантно обрабатываемой поверхности, а детали вращение с образованием на ней регулярного микрорельефа, причем амплитуду ультразвуковых колебаний изменяют ступенчато в зависимости от требуемого параметра микрорельефа, размеров детали и угловой скорости ее вращения [2]
Недостатком известного способа упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием является низкая стойкость инструмента при высокой энергоемкости процесса обработки.
Известен способ обработки поверхностным пластическим деформированием, при котором детали сообщают вращение, а цилиндрический инструмент прижимают к обрабатываемой поверхности с постоянным усилием деформирования и осуществляют его покачивание вокруг оси, проходящей по нормали к обрабатываемой поверхности через центр пятна контакта инструмента с деталью, причем для образования регулярного рельефа в виде наклонных канавок осуществляют поворот цилиндрического инструмента в сторону канавок, а угол поворота выбирают больше предельного угла покачивания инструмента в другую сторону [3]
Указанный способ обработки детали поверхностным пластическим деформированием принят за прототип.
Недостатком известного способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием является невысокая эффективность процесса, которая выражается низкой производительностью обработки и низкой стойкостью инструмента, обусловленной поворотом его и принудительным покачиванием при пластическом деформировании металла.
Задачей изобретения является повышение эффективности способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием.
Для достижения технического результата в поверхностном слое вала в процессе обкатки в направлении, противоположном тангенциальной составляющей силы обкатывания, создают напряжения кручения, максимальную величину которых определяют по формуле
τмакс= (0,35.0,60) e0,1ν·Kρ K
где σm предел текучести обрабатываемого материала, кг/мм2;
R приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей, мм;
ΔН толщина упрочненного слоя поверхности обработанной детали, мм;
ν коэффициент Пуассона;
Kρ показатель дислокационной насыщенности обрабатываемого материала, равный отношению текущего значения плотности дислокаций материала ρ, полученной на предыдущей операции, к ее исходному значению ρисх.
Kρ ρ / ρисх. К коэффициент компактности элементарной ячейки кристаллической решетки обрабатываемого материала;
D диаметр обрабатываемой детали, мм.
Сущность способа состоит в том, что в обрабатываемом материале в процессе поверхностной пластической деформации создают дополнительные напряжения кручения, направление которых противоположно направлению возникающей тангенциальной составляющей силы обкатки. Создаваемые напряжения кручения снижают величину тангенциальной составляющей силы обкатки, в результате чего уменьшается температура в зоне пластических деформаций, так как тепло деформации при отделочно-упрочняющей обработке деталей пропорционально тангенциальной силе (с. 18). Уменьшаются потери работы деформации на трение; происходит перераспределение дислокации кристаллической решетки металла, приводящее к повышению статистической однородности качественных показателей поверхностного слоя обработанной детали. Уменьшается высота неровностей обработанной поверхности. В результате повышаются износостойкость и усталостная прочность металлов и стойкость упрочняющего инструмента.
Создаваемые напряжения кручения не должны вызывать в обрабатываемом материале лавинного образования и перемещения дислокаций по плоскостям скольжения, что привело бы к резкому возрастанию тангенциальной составляющей силы обкатки и снижению эффективности отделочно-упрочняющей обработки. Поэтому величина создаваемых в обрабатываемом материале максимальных напряжений кручения должна назначаться с учетом типа кристаллической решетки материала, характеризуемой коэффициентом компактности элементарной ячейки, состояния дислокационной структуры материала, полученного на предыдущей операции механической обработки и выражаемого через показатель дислокационной насыщенности обрабатываемого материала Kρ равного отношению текущего значения плотности дислокации ρ к ее исходному значению ρисх.Kρ ρ / ρисх. а также подвижности дислокации, которая для кручения определяется экспоненциальной зависимостью e0,1 ν Kρ и обусловлена энергией упругих искажений ядра дислокации, где ν коэффициент Пуассона.
Максимальная величина напряжений кручения в поперечном сечении цилиндрической детали определяется по формуле
τмакс= где Мкр прикладываемый к обрабатываемой детали дополнительный крутящий момент;
Wр полярный момент сопротивления; для сплошного сечения обрабатываемого вала диаметром D Wp ≈ 0,2D3;
Максимальная величина прикладываемого к обрабатываемому валу крутящего момента Мкр равна
Mкр= Pт· где Рт тангенциальная составляющая силы откатки;
Ртн 0,07-0,12, где Рн нормальная составляющая силы обкатки (I, с. 12-13).
Но Рн 2 σm (1 + 0,07R)2 ˙ ΔH2, где σm предел текучести обрабатываемого материала;
R приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей;
Δ Н толщина упрочненного слоя обработанной поверхности детали (I, с. 48).
Тогда максимальная величина прикладываемого к обрабатываемому валу крутящего момента Мкр равна
Мкр (0,07-0,12) σm (1+0,07R)2˙ Δ H2˙ D, а максимальная величина напряжений кручения в поперечном сечении детали с учетом особенностей кристаллического строения материала определяется по формуле
τмакс= (0,35.0,60) e0,1ν·Kρ ·K
Практическое осуществление способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием сводится к закреплению детали в приспособлении (например, трехкулачковом патроне передней бабки токарного станка); создании при помощи дополнительного устройства в обрабатываемом материале напряжения кручения (например, в результате создания крутящего момента на противоположном конце обрабатываемого вала, закрепленном в трехкулачковом патроне специального устройства, установленном на месте задней бабки токарного станка); подводе к обрабатываемому валу отделочно-упрочняющего инструмента; создании необходимого усилия деформирования, обусловленного требуемой толщиной упрочненного слоя ΔН; включении на станке вращения детали и движения продольной подачи инструмента.
На фиг.1 представлена схема практического осуществления способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием, где 1 обрабатываемая деталь, 2 инструмент, 3 патрон передней бабки станка, 4 патрон задней бабки станка, 5 задняя бабка, в которой помещается устройство для создания напряжения кручения в обрабатываемом материале. На фиг.2 приведена принципиальная схема устройства создания напряжения кручения в обрабатываемом материале, где 1 шкив, 2 тормозная лента, 3 пружина, 4 натяжная поворотная шайба, 5 опорный стакан, 6 измерительная шкала.
Для сравнения выполнена обработка партий деталей поверхностным пластическим деформированием двумя способами по прототипу и по предлагаемому способу. Обработке поверхностным пластическим деформированием подвергались валики из стали 20ХН ( σm 65 кг/мм2) длиной 480 мм и диаметром 40 мм, которые устанавливались и закреплялись на токарно-винторезном станке мод. 1И611П, имеющем устройство для создания напряжения кручения в обрабатываемом материале. Предварительно валики подвергались шлифованию на круглошлифовальном станке мод. 3А151, в результате чего средний показатель дислокационной насыщенности составил Kρ 120. В качестве инструмента использовался роликовый обкатник из закаленной быстрорежущей стадии Р6М5 диаметром 48 мм и радиусом рабочего профиля R 12 мм. Усилие деформирования составляло 1,5 кН, что должно обеспечить толщину упрочненного слоя обработанной поверхности детали ΔН 0,6 мм. Условия поверхностного пластического деформирования по прототипу: амплитуда покачивания инструмента 5,6 мм; угол поворота инструмента 10о. Условие поверхностного пластического деформирования по предлагаемому способу; τмакс 0,35 кг/мм2 3,5 МПа, что достигалось созданием в устройстве, расположенном в задней бабке токарного станка, тормозящего момента, равного 4,48 кг ˙м.
Полученные средние значения показателей эффективности способов обработки деталей поверхностным пластическим деформированием по прототипу и предлагаемому приведены в таблице. Анализ представленных данных показывает, что предлагаемый способ обработки детали поверхностным пластическим деформированием металла позволяет в 1,2-1,3 раза повысить производительность обработки, в 1,5-1,8 раза повысить стойкость используемого инструмента, на 15-20% улучшить однородность показателей качества обработанной поверхности детали.
Формула изобретения: СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ, включающий деформирующее воздействие упрочняющего инструмента на обрабатываемую поверхность вращающейся цилиндрической детали, отличающийся тем, что в поверхностном слое обрабатываемой детали в процессе обработки в направлении, противоположном тангенциальной составляющей силы обкатывания, создают напряжения кручения, максимальная величина которых равна
τмакс= (0,35...0,60)·

где Gм предел текучести обрабатываемого материала, кг/мм2;
R приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей, мм;
ΔH толщина упрочненного слоя поверхности детали, мм.
ν коэффициент Пуассона,
Kρ показатель дислокационной насыщенности обрабатываемого материала, равный отношению текущего значения плотности дислокации материала r, полученной на предыдущей операции, к ее исходному значению ρисх.
Kρ=ρ/ρисх;
K -коэффициент компактности элементарной ячейки кристаллической решетки обрабатываемого материала;
D диаметр обрабатываемой детали, мм.