PL219877B1 - Narzędzie do nagniatania ślizgowego diamentem - Google Patents

Abstract

Narzędzie charakteryzuje się tym, że element nagniatający (4) ma kształt wycinka bryły obrotowej, korzystnie czaszy kulistej i jest wykonany z kompozytu diamentowego z ceramiczną fazą wiążącą, przy czym kompozytowy element nagniatający (4) zespolony jest z końcówką roboczą za pomocą klejenia. Ceramiczną fazę wiążącą stanowi Ti3SiC2.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do nagniatania ślizgowego diamentem, służące do powierzchniowej obróbki plastycznej metali na obrabiarkach konwencjonalnych i obrabiarkach sterowanych numerycznie.

Obróbka nagniataniem jest jedną z metod obróbki wykończeniowej metali polegającą na wykorzystaniu miejscowego odkształcenia plastycznego wytwarzanego w warstwie wierzchniej przedmiotu wskutek określonego stykowego współdziałania twardego i gładkiego narzędzia.

Nagniatanie ślizgowe jest powierzchniową obróbką plastyczną i niesie ze sobą znane powszechnie zalety obróbki plastycznej, ale jednocześnie zapewnia gładkość i dokładność właściwą dla wykończeniowej obróbki mechanicznej. Podczas nagniatania ślizgowego twardy i gładki element nagniatający jest dociskany do powierzchni obrabianej z odpowiednią siłą i przemieszczając się po obrabianej powierzchni, powoduje jej wygładzenie.

Istotną zaletą nagniatania ślizgowego jest nie tylko samo wygładzenie powierzchni, ale również uzyskanie korzystnej z punktu widzenia tribologii struktury geometrycznej powierzchni. Nagniatanie ślizgowe daje w efekcie nie tylko małą chropowatość powierzchni, ale również duże promienie zaokrągleń wierzchołków i wrębów nierówności oraz mały kąt ich pochylenia, co w efekcie wspólnie z wytworzonym zgniotem, naprężeniami wewnętrznymi ściskającymi i zwiększeniem twardości powoduje zwiększenie odporności na działanie czynników eksploatacyjnych, jak ścieranie, zmęczenie powierzchniowe, korozja.

Z opisu PL 190 669 znane jest narzędzie do obróbki powierzchni nagniataniem, z osadzonym w korpusie narzędziem obrabiającym o regulowanym docisku, utrzymującym część roboczą, ślizgową. Narzędzie stanowi wrzeciono ślizgowo-obrotowe, zmieniające położenie osi za pomocą siły nagniatania lub przez wymuszenie z układu sterowania.

Ze względu na konieczność zminimalizowania oporów występujących w procesie nagniatania ślizgowego, końcówki narzędzi do jego realizacji wykonuje się z materiałów zapewniających mały współczynnik tarcia. Elementy nagniatające do wygładzania ślizgowego twardych materiałów wytwarza się zatem z syntetycznych kamieni, diamentów naturalnych i diamentów syntetycznych. Najlepszym materiałem narzędziowym spełniającym warunek minimalnego tarcia jest diament naturalny posiadający ponadto takie zalety jak duża twardość, duża przewodność cieplna, duża jednorodność strukturalna ułatwiająca uzyskanie najwyższych gładkości. Duża twardość diamentu pozwala obrabiać metodą nagniatania ślizgowego nawet najtwardsze metale i stopy, ale również materiały miękkie jak np. stopy aluminium.

Końcówki narzędzi do nagniatania ślizgowego wykonuje się najczęściej z kompozytów diamentowych (PCD). Dotychczas połączenie diamentu ze stalą odbywa się za pomocą procesu lutowania. Do tego celu używa się specjalnego lutowia zwilżającego diament.

Celem wynalazku jest zastosowanie nowego rodzaju kompozytu diamentowego dla elementu nagniatającego ukształtowanego w postaci bryły obrotowej oraz wyeliminowanie procesu lutowania.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że element nagniatający ma kształt wycinka bryły obrotowej, korzystnie czaszy kulistej i jest wykonany z kompozytu diamentowego z ceramiczną fazą wiążącą, przy czym kompozytowy element nagniatający zespolony jest z końcówką roboczą za pomocą klejenia. Ceramiczną fazę wiążącą stanowi Ti₃SiC₂.

Narzędzie ma kołek stanowiący wskaźnik wartości docisku sprężyny umieszczony w ustalającej nakrętce przemieszczającej się na regulacyjnej śrubie, przesuwający się wzdłuż skali znajdującej się na płytce przymocowanej do korpusu lub alternatywnie ma cyfrowy wskaźnik wartości docisku sprężyny uruchamiany przesuwem nakrętki.

Korpus ma kształt prostopadłościenny, przystosowany do mocowania w imaku narzędziowym lub na suporcie tokarki lub alternatywnie korpus ma kształt walcowy i zaopatrzony jest w kołnierz, przystosowany do mocowania w standardowym uchwycie HSK.

Zastosowanie narzędzi nagniatających w kształcie czaszy kulistej wykonanych z kompozytu diamentowego z ceramiczną fazą wiążącą Ti₃SiC₂ umożliwia osiągnięcie istotnej poprawy chropowatości powierzchni części wykonywanych ze stali tzw. miękkich (HRC<45) i stali tzw. twardych (HRC=45:64), jak również ze stopów metali lekkich i kolorowych, np. ze stopów aluminium. Narzędzia te pozwalają uzyskać wartości Ra nawet mniejsze od 0,10 ąm, a współczynnik zmniejszenia chropowatości K_Ra (określany jako stosunek chropowatości Ra przed nagniataniem do chropowatości po nagniataniu) może być większy od 10. Przeprowadzone próby nagniatania potwierdzają, że zastosowane rozPL 219 877 B1 wiązanie polegające na połączeniu diamentowego elementu nagniatającego z korpusem stalowym narzędzia za pomocą klejenia specjalnym klejem gwarantuje niezawodne działanie narzędzia.

Narzędzie pozwala na prowadzenie procesu nagniatania z dociskiem sprężystym. Siła procesu nagniatania regulowana jest w sposób bezstopniowy.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

fig. 1 - narzędzie dla tokarki, w widoku z boku, fig. 2 - narzędzie dla tokarki, w przekroju wzdłużnym, fig. 3 - narzędzie dla frezarki, w widoku z boku, osadzone w uchwycie HSK, fig. 4 - narzędzie dla frezarki, w przekroju wzdłużnym, osadzone w uchwycie HSK, fig. 5 - głowicę z elementem nagniatającym, w przekroju wzdłużnym.

Narzędzie według wynalazku składa się z oprawki, którą stanowi korpus 1 i prowadzący wałek 2, oraz osadzona w wałku 2 głowica 3 z elementem nagniatającym 4. Element nagn iatający 4 umieszczony jest na końcówce roboczej 5, podpartej wkrętem 6, osadzonej w otworze środkowym wewnętrznej tulei zaciskowej 7.

Element nagniatający 4 ma kształt wycinka bryły obrotowej, korzystnie czaszy kulistej o odpowiednim promieniu R i jest wykonany z kompozytu diamentowego z ceramiczną fazą wiążącą. Fazę wiążącą stanowi Ti₃SiC₂. Kompozytowy element nagniatający 4 zespolony jest z końcówką roboczą 5 za pomocą klejenia.

Tuleja zaciskowa 7 osadzona jest w zewnętrznej tulei mocującej 8 i blokowana jest nakrętką 9. Tuleja mocująca 8 zamocowana jest połączeniem gwintowym w wałku 2 i zabezpieczona jest przed zmianą położenia nakrętką kontrującą 10. Wałek 2 umieszczony jest w otworze korpusu 1 a jego położenie ustalane jest kołkiem oporowym 11, który pozwala mu tylko na ruch posuwisto-zwrotny. Rowek, w którym przesuwa się kołek oporowy 11 jest zabezpieczony przed dostawaniem się zanieczyszczeń płytką zaślepiającą 12 przykręcaną do korpusu 1. W otworze wałka 1 osadzona jest sprężyna 13 ściskana nakrętką 14 przesuwaną śrubą regulacyjną 15. Śruba regulacyjna 15 osadzona jest w płytce oporowej 16, zamykającej otwór korpusu 1.

Zasada działania narzędzia nagniatającego opiera się na sprężystym docisku kompozytowego elementu nagniatającego 4 do powierzchni przedmiotu obrabianego oraz przesuwie narzędzia i obrocie przedmiotu obrabianego - na tokarce - albo przesuwie lub obrocie narzędzia lub przedmiotu obrabianego - na frezarce. Docisk sprężysty uzyskiwany jest w wyniku ściskania sprężyny 13 przez przesuw nakrętki 14 realizowany poprzez obrót śruby regulacyjnej 15. Bezpośrednim elementem realizującym proces nagniatania jest element nagniatający 4 zamocowany w tulei 7 głowicy 3.

Ustalenie wielkości siły nagniatania realizuje się poprzez obrót śruby regulacyjnej 15, która powoduje przesuw nakrętki 14 znajdującej się w wałku 2. Do nakrętki 14 zamocowany jest kołek 17 stanowiący wskaźnik. Wartość przesunięcia odczytywana jest bezpośrednio ze skali znajdującej się na płytce 18 przymocowanej do korpusu 1 urządzenia nagniatającego.

W wariancie wykonania narzędzia wartość przesunięcia odczytywana jest ze wskaźnika cyfrowego uruchamianego przesuwem nakrętki 14.

W odmianie wykonania narzędzia przeznaczonego dla tokarki, z ruchem obrotowym przedmiotu obrabianego, korpus 1 ma kształt prostopadłościenny, przystosowany do mocowania w imaku narzędziowym lub na suporcie.

W odmianie wykonania narzędzia przeznaczonego dla frezarki, z ruchem obrotowym narzędzia lub przedmiotu oraz z ruchem posuwowym narzędzia lub przedmiotu, korpus 1 ma kształt walcowy i zaopatrzony jest w kołnierz 19, przystosowany do mocowania w standardowym uchwycie frezarskim, na przykład HSK.

Claims (6)

1. Narzędzie do nagniatania ślizgowego diamentem powierzchni przedmiotu, zwłaszcza powierzchni złożonych, zawierające korpus, w którym osadzony jest dociskany sprężyną za pośrednictwem śruby regulacyjnej i osadzonej na niej nakrętki ustalającej diamentowy element nagniatający, znamienne tym, że element nagniatający (4) ma kształt wycinka bryły obrotowej, korzystnie czaszy kulistej i jest wykonany z kompozytu diamentowego z ceramiczną fazą wiążącą, przy czym kompozytowy element nagniatający (4) zespolony jest z końcówką roboczą (5) za pomocą klejenia.

PL 219 877 B1

2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że ceramiczną fazę wiążącą stanowi Ti₃SiC₂.

3. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma kołek (17) stanowiący wskaźnik wartości docisku sprężyny (13) umieszczony w ustalającej nakrętce (14) przemieszczającej się na regulacyjnej śrubie (15), przesuwający się wzdłuż skali znajdującej się na płytce (18) przymocowanej do korpusu (1).

4. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma cyfrowy wskaźnik wartości docisku sprężyny (13) uruchamiany przesuwem nakrętki (14).

5. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że korpus (1) ma kształt prostopadłościenny, przystosowany do mocowania w imaku narzędziowym lub na suporcie.

6. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że korpus (1) ma kształt walcowy i zaopatrzony jest w kołnierz (19), przystosowany do mocowania w standardowym uchwycie HSK.