PL244636B1

PL244636B1 - Hydraulic disc for dynamic burnishing of machine elements with adjustable intensity of surface work

Info

Publication number: PL244636B1
Application number: PL437079A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Peczkis; Jarosław Mikuła; Stanisław Mikuła
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2024-02-19
Also published as: PL437079A1

Abstract

Tarcza hydrauliczna do dynamicznego nagniatania elementów maszyn charakteryzuje się tym, że wyposażona jest w wirnik pompy odśrodkowej (3), który w kadłubie (2) ma umieszczone na obwodzie ruchome bijaki (4), osadzone w oprawie oraz umieszczone w gniazdach zawory kulowe mocowane do wirnika pompy odśrodkowej znajdującej się w przestrzeni pod bijakami (4), wypełnionej cieczą chłodząco - smarującą podawaną przez kanały hydrauliczne za pomocą obracającego się wirnika pompy.The hydraulic disc for dynamic burnishing of machine elements is characterized by the fact that it is equipped with a centrifugal pump rotor (3), which in the casing (2) has movable beaters (4) placed on the circumference, embedded in the housing, and ball valves mounted to the rotor placed in seats. a centrifugal pump located in the space under the beaters (4), filled with cooling and lubricating liquid fed through hydraulic channels using the rotating pump impeller.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest tarcza hydrauliczna do dynamicznego nagniatania elementów maszyn z regulacją intensywności zgniotu powierzchniowego, mająca zastosowanie do umacniania zgniotem powierzchni elementów maszyn narażonych na szczególnie duże obciążenia zmienne, zwłaszcza elementów wykonywanych ze stali poddanych obróbce cieplnej i cieplno-chemicznej dla uzyskania dużej wytrzymałości i twardości powierzchni. W takich sytuacjach zastosowanie znanych urządzeń do nagniatania jest mało skuteczne i nie pozwala na wykorzystanie pełnych efektów, jakie można uzyskać w wyniku umacniającej obróbki zgniotem powierzchniowym. Maksymalizacja korzystnych efektów umocnienia zgniotem ma miejsce wtedy, gdy głębokość umocnienia zgniotowego jest większa, wyższa jest średnia wielkość wywołanych zabiegiem naprężeń własnych ściskających w warstwie powierzchniowej oraz ograniczony jest wzrost temperatury elementów umacnianych w czasie wykonywania rozbiegów. Wymagania te spełnione są przy zastosowaniu urządzenia według wynalazku w odróżnieniu do znanych rozwiązań technicznych w tym zakresie, które dają jedynie ograniczone efekty.The subject of the invention is a hydraulic disc for dynamic burnishing of machine elements with regulation of the intensity of surface crushing, applicable to hardening the surfaces of machine elements exposed to particularly high variable loads, especially elements made of steel subjected to heat and thermo-chemical treatment to obtain high strength and surface hardness. . In such situations, the use of known burnishing devices is not very effective and does not allow the full effects that can be obtained as a result of surface crushing strengthening treatment. The beneficial effects of strain hardening are maximized when the depth of strain hardening is greater, the average value of the compressive residual stresses induced by the treatment in the surface layer is higher, and the increase in temperature of the elements strengthened during the run-ups is limited. These requirements are met when using the device according to the invention, unlike known technical solutions in this area, which provide only limited effects.

Znane urządzenia do realizacji nagniatania dynamicznego opisuje książka W. Przybylski „Obróbka nagniataniem, technologie i oprzyrządowanie” WNT Warszawa 1979 na stronie 112-126. Ponadto na str. 395-396 opisana została tam głowica tarczowa do nagniatania dynamicznego. Urządzenia te bazują na wykorzystaniu kulek stalowych jako elementów czynnych, co stanowi ograniczenie fizykalne w dążeniu do wzrostu głębokości umocnienia. Polepszenie efektów poprzez wzrost masy kulek stalowych, a więc ich średnicy powoduje spadek lokalnych nacisków stykowych, gdyż rośnie powierzchnia styku.Known devices for dynamic burnishing are described in the book by W. Przybylski "Burning burnishing, technologies and instrumentation" WNT Warszawa 1979 on pages 112-126. In addition, a disc head for dynamic burnishing is described on pages 395-396. These devices are based on the use of steel balls as active elements, which constitutes a physical limitation in increasing the depth of reinforcement. Improving the effects by increasing the mass of steel balls, and therefore their diameter, causes a decrease in local contact pressures because the contact surface increases.

Urządzenia opisane w pracy: „Umocnienie warstwy wierzchniej nagniataniem i innymi metodami obróbki powierzchniowej” z. 14 - Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1987 rok, wykorzystują strumień sprężonego powietrza do miotania kulek padających na umacniane powierzchnie w celu dynamicznego nagniatania elementów maszyn. Nie pozwala to na osiągnięcie dużych efektów w przypadku elementów wykonanych ze stali o dużej twardości, gdyż wówczas ograniczona fizykalnie jest głębokość umocnienia. Inny przegląd rozwiązań urządzeń do nagniatania, w tym udarowego i oscylacyjnego zawiera praca A. Parol: „Badanie wpływu obróbki umacniającej i gładkościowej na własności warstwy wierzchniej”, Prace Naukowe Politechniki Lubelskiej, 173, seria Mechanika 41, Lublin 1988, strona 31-46. We wszystkich reprezentowanych urządzeniach wykorzystywane są kulki jako elementy nagniatające, co nie pozwala na uzyskanie dużej skuteczności w przypadku umacniania materiałów o dużej twardości z opisanych wcześniej powodów.The devices described in the work: "Strengthening the surface layer by burnishing and other surface treatment methods" z. 14 - Scientific Journals of the Rzeszów University of Technology, Rzeszów 1987, use a stream of compressed air to throw balls falling on the strengthened surfaces in order to dynamically burnish machine elements. This does not allow achieving large effects in the case of elements made of high-hardness steel, because then the depth of strengthening is physically limited. Another review of burnishing device solutions, including impact and oscillating burnishing, is included in the work of A. Parol: "Research on the influence of strengthening and smoothing treatment on the properties of the surface layer", Scientific Works of the Lublin University of Technology, 173, series Mechanika 41, Lublin 1988, pages 31-46. All presented devices use balls as burnishing elements, which does not allow for high effectiveness in strengthening high-hardness materials for the reasons described earlier.

Z polskich opisów patentowych PL139508 i PL150864 znane są urządzenia do nagniatania dynamicznego powierzchni zewnętrznych przedmiotów walcowych oraz do umacniania metodą pneumokulowania przedmiotów metalowych, w których stalowe kulki wyrzucane są strumieniem sprężonego powietrza. Urządzenia oparte na sprężonym powietrzu mają fizykalne ograniczenia co do maksymalnej prędkości strumienia wyrzucanych kulek, nie umożliwiają więc uzyskania dużych energii uderzeń i uzyskania dostatecznie dużych nacisków stykowych powodujących zgniot powierzchniowy na większych głębokościach.Polish patent descriptions PL139508 and PL150864 provide devices for dynamic burnishing of the external surfaces of cylindrical objects and for strengthening metal objects using the pneumococulation method, in which steel balls are thrown out with a stream of compressed air. Devices based on compressed air have physical limitations as to the maximum speed of the stream of ejected balls, so they do not enable obtaining high impact energies and obtaining sufficiently high contact pressures to cause surface crushing at greater depths.

Ponadto z polskiego opisu patentowego PL234360 znany jest agregat do dynamicznego nagniatania elementów maszyn, który pozwala na intensywne nagniatanie elementów maszynowych z jednoczesnym efektywnym chłodzeniem strefy nagniatanej i elementów nagniatających. Skuteczne chłodzenie jest niezbędne, gdyż praca odkształcania plastycznego warstwy nagniatanej powoduje lokalnie duży wzrost temperatury, co skutkuje rekrystalizacją struktury poddanej zgniotowi i relaksacji naprężeń własnych.Moreover, from the Polish patent description PL234360 there is known an aggregate for dynamic burnishing of machine elements, which allows for intensive burnishing of machine elements with simultaneous effective cooling of the burnishing zone and burnishing elements. Effective cooling is necessary because the work of plastic deformation of the burnished layer causes a locally large increase in temperature, which results in recrystallization of the crushed structure and relaxation of residual stresses.

Niedogodnością powyższych rozwiązań jest brak zapewnienia efektywnego chłodzenia elementów umacnianych i roboczych stref urządzeń realizujących plastyczne odkształcenie warstwy wierzchniej materiałów. Praca odkształcenia plastycznego zamienia się na ciepło, co prowadzi do silnego lokalnego wzrostu temperatury strefy umacnianej zgniotem. Wzrost temperatury powoduje niekorzystne zjawiska w postaci przemian strukturalnych umacnianych materiałów, rekrystalizację strefy odkształcanej plastycznie oraz relaksację naprężeń własnych ściskających będących głównym celem zabiegu umacniania zgniotem powierzchniowym. Wspomniane niekorzystne zjawiska ograniczają uzyskiwanie większych efektów nagniatania, mogą też prowadzić do pogorszenia właściwości użytkowych elementów maszyn, zwłaszcza własności zmęczeniowych i odporności na zużycie ścierne. Tarcza hydrauliczna do dynamicznego nagniatania elementów maszyn według wynalazku wykorzystuje odwrócony efekt uderzenia hydraulicznego do intensyfikacji procesów nagniatania. Zapewnia efektywne chłodzenie i smarowanie stref obrabianych, możliwości w zakresie regulacji parametrów w zabiegu umacniania umożliwiając optymalne dostosowanie ich do potrzeb na etapie projektowania i szeroką modyfikację tarczy w trakcie jej eksploatacji.The disadvantage of the above solutions is the lack of effective cooling of the reinforced elements and working zones of devices that perform plastic deformation of the surface layer of materials. The work of plastic deformation is converted into heat, which leads to a strong local increase in the temperature of the strain-strengthened zone. The increase in temperature causes unfavorable phenomena in the form of structural changes in the strengthened materials, recrystallization of the plastically deformed zone and relaxation of compressive residual stresses, which are the main goal of the surface strain hardening treatment. The above-mentioned unfavorable phenomena limit the achievement of greater burnishing effects and may also lead to deterioration of the functional properties of machine elements, especially fatigue properties and resistance to abrasive wear. The hydraulic disc for dynamic burnishing of machine elements according to the invention uses the reverse hydraulic shock effect to intensify the burnishing processes. It ensures effective cooling and lubrication of the machined zones, as well as the possibility of adjusting parameters during the strengthening procedure, enabling their optimal adaptation to the needs at the design stage and extensive modification of the disc during its operation.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie tarczy umacniającej cechującej się wyższą skutecznością umacniania zgniotem powierzchniowym.The technical issue that needs to be solved is the development of a strengthening disc with higher surface crush strengthening efficiency.

Tarcza hydrauliczna do dynamicznego nagniatania elementów maszyn charakteryzuje się tym, że wyposażona jest w wirnik pompy odśrodkowej, który w kadłubie ma umieszczone na obwodzie ruchome bijaki, osadzone w oprawie oraz umieszczone w gniazdach zawory kulowe mocowane do wirnika pompy odśrodkowej znajdującej się w przestrzeni pod bijakami, wypełnionej cieczą chłodząco-smarującą podawaną przez kanały hydrauliczne za pomocą obracającego się wirnika pompy.The hydraulic disc for dynamic burnishing of machine elements is characterized by the fact that it is equipped with a centrifugal pump rotor, which in the body has movable beaters placed on the circumference, embedded in the housing, and ball valves placed in sockets, attached to the centrifugal pump rotor located in the space under the beaters, filled with cooling and lubricating liquid fed through hydraulic channels using a rotating pump impeller.

Korzystnie tarcza hydrauliczna według wynalazku ma wirnik pompy odśrodkowej zbudowany z osadzonego na wale napędowym kadłuba wirnika zamkniętego od czoła pokrywą mocowaną śrubami i zabezpieczoną uszczelką.Preferably, the hydraulic disc according to the invention has a centrifugal pump rotor composed of a rotor body mounted on the drive shaft, closed at the front with a cover fastened with screws and secured with a gasket.

Korzystnie w tarczy hydraulicznej według wynalazku bijaki wyposażone są w przelotowe otwory o usytuowaniu wichrowatym względem osi bijaków i przechodzące od podstawy bijaków do ich stożkowej części uszczelniającej.Preferably, in the hydraulic disc according to the invention, the beaters are equipped with through holes with a twisted position relative to the axis of the beaters and passing from the base of the beaters to their conical sealing part.

Korzystnie w tarczy hydraulicznej według wynalazku bijaki posiadają część roboczą trwale zespoloną z tulejami.Preferably, in the hydraulic disc according to the invention, the impactors have a working part permanently connected to the sleeves.

Korzystnie tarcza hydrauliczna według wynalazku wyposażona jest w kanał osiowy, z którego promieniowo rozchodzą się kanały o jednakowych objętościach.Preferably, the hydraulic disc according to the invention is equipped with an axial channel from which channels of equal volumes extend radially.

Korzystnie tarcza hydrauliczna według wynalazku posiada harmonijkowy zasobnik cieczy chłodząco-smarującej umieszczony na wlocie do wirnika pompy odśrodkowej.Preferably, the hydraulic disc according to the invention has a pleated reservoir of the cooling and lubricating liquid located at the inlet to the centrifugal pump rotor.

Przedmiot wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia półprzekrój wzdłużny tarczy, Fig. 2 przedstawia przekrój bijaka umacniającego, Fig. 3 przedstawia położenie bijaka i zaworu kulowego w pozycji wyjściowej, Fig. 4 przedstawia położenie bijaka i zaworu kulowego bezpośrednio po uderzeniu bijaka w obrabiany element, Fig. 5 przedstawia alternatywne zasilanie tarczy w ciecz chodząco-smarującą, natomiast Fig. 6 przedstawia alternatywną budowę bijaka o polepszonych właściwościach użytkowych, zaś Fig. 7 przedstawia tarczę hydrauliczną z promieniowymi kanałami.The subject of the invention is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a longitudinal half-section of the disc, Fig. 2 shows a cross-section of the strengthening beater, Fig. 3 shows the position of the beater and the ball valve in the initial position, Fig. 4 shows the position of the beater and ball valve immediately after the impact of the beater into the workpiece, Fig. 5 shows an alternative supply of the disc with a cooling and lubricating liquid, while Fig. 6 shows an alternative construction of the beater with improved operational properties, and Fig. 7 shows a hydraulic disc with radial channels.

Na wale napędowym 1 osadzony jest kadłub wirnika 2 zamknięty od czoła pokrywą 3 mocowaną śrubami 12 i zabezpieczoną uszczelką 11. Elementy te stanowią wirnik pompy odśrodkowej cieczy chłodząco-smarującej. Na obwodzie wirnika w kadłubie 2 rozmieszczone są ruchome bijaki 4 osadzone w oprawie 6. Pod bijakami 4 w gniazdach zaworowych 5 luźno osadzone są zawory 7. Gniazda zaworowe 5 zamknięte są tulejami 9 ustalonymi przeciwnakrętkami 8. Pod bijakami 4 znajduje się przestrzeń 10 wypełniona cieczą chłodząco-smarującą, która podawana jest przez kanały hydrauliczne 14 za pomocą obracającego się wirnika pompy. Położenie bijaków 4 w kadłubie wirnika 2 regulowane jest za pomocą opraw 6, a blokowane przeciwnakrętkami 15. Bijaki 4 wyposażone są w przelotowe otwory 4c zorientowane wichrowato w stosunku do osi bijaków 4 i przechodzące od podstawy bijaków 4 do ich stożkowej części uszczelniającej 4a.The rotor casing 2 is mounted on the drive shaft 1, closed at the front with a cover 3 fastened with screws 12 and secured with a seal 11. These elements constitute the rotor of the centrifugal pump of the cooling and lubricating liquid. On the circumference of the rotor, in the casing 2, there are movable beaters 4 mounted in the housing 6. Under the beaters 4, in the valve seats 5, valves 7 are loosely mounted. The valve seats 5 are closed with sleeves 9 fixed with locknuts 8. Under the beaters 4 there is a space 10 filled with a cooling liquid. - lubrication, which is fed through hydraulic channels 14 by means of a rotating pump impeller. The position of the beaters 4 in the rotor casing 2 is adjusted by means of housings 6 and locked with locknuts 15. The beaters 4 are equipped with through holes 4c, oriented in a twisted manner in relation to the axis of the beaters 4 and passing from the base of the beaters 4 to their conical sealing part 4a.

Podczas wirowania tarczy następuje uderzenie kulistej części roboczej 4b bijaka 4 w obrabiany element, siła uderzenia wywołuje lokalny odcisk plastyczny. Uderzenie bijaka 4 powoduje jego szybkie przemieszczanie się w głąb oprawy 6, co powoduje chwilowy gwałtowny wzrost ciśnienia w przestrzeni 10, powodujący zamknięcie zaworu kulowego 7, co uniemożliwia cofanie się cieczy do wnętrza wirnika. Ciśnienie wypycha ciecz, która poprzez otwory przelotowe 4c bijaka 4 wypływa na zewnątrz chłodząc i smarując strefę obróbki zgniotem powierzchniowym i kulistą część roboczą 4b bijaka 4. W wyniku dalszego obrotu tarczy bijak 4 wychodzi z kontaktu z obrabianym elementem, natomiast siła odśrodkowa oraz sprężyna 16 przemieszczają bijak 4 na zewnętrz tarczy do pozycji wyjściowej, a wypływ cieczy zostaje zatrzymany. Ciśnienie w przestrzeni 10 spada, a kulka zaworu 7 pod działaniem siły odśrodkowej i ciśnienia wytwarzanego poprzez wirnik pompy odśrodkowej przemieszcza się w kierunku tulei 9. Odsłonięty otwór gniazda zaworowego 5 oraz odsłonięte otwory 5a umożliwiają uzupełnienie przestrzeni 10 nową porcją cieczy chłodząco-smarującej. W ten sposób dany bijak 4 jest przygotowany do ponownego uderzenia po pełnym obrocie tarczy, a do pracy wchodzi kolejny bijak 4, dla którego cały cykl pracy powtarza się.While the disc is spinning, the spherical working part 4b of the beater 4 hits the workpiece, and the impact force causes a local plastic imprint. The impact of the impactor 4 causes it to move quickly into the housing 6, which causes a momentary sudden increase in pressure in the space 10, closing the ball valve 7, which prevents the liquid from flowing back into the impeller. The pressure pushes the liquid, which flows out through the through holes 4c of the beater 4, cooling and lubricating the surface deformation processing zone and the spherical working part 4b of the beater 4. As a result of further rotation of the disc, the beater 4 comes out of contact with the workpiece, while the centrifugal force and the spring 16 move the beater 4 outside the disc to its starting position and the flow of liquid is stopped. The pressure in the space 10 drops and the valve ball 7, under the action of the centrifugal force and the pressure generated by the centrifugal pump rotor, moves towards the sleeve 9. The exposed valve seat opening 5 and the exposed holes 5a allow the space 10 to be filled with a new portion of the cooling and lubricating liquid. In this way, a given beater 4 is prepared to strike again after a full revolution of the disc, and another beater 4 comes into operation, for which the entire work cycle is repeated.

Na Fig. 3 i Fig. 4 przedstawiono za pomocą strzałek kierunki chwilowego przepływu cieczy w obu fazach cyklu pracy bijaka 4. Chwilowy przepływ cieczy pod ciśnieniem w zakresie 0,5 do 5 MPa przez przelotowe otwory 4c w bijakach 4 powoduje powstanie momentu reakcyjnego względem osi bijaków 4, ich obrót wokół osi, dzięki czemu zapewniona jest równomierność zużycia kulistych części roboczychFig. 3 and Fig. 4 show the directions of instantaneous liquid flow in both phases of the operating cycle of the beater 4 with arrows. The instantaneous flow of liquid under pressure in the range of 0.5 to 5 MPa through the through holes 4c in the beaters 4 creates a reaction torque about the axis beaters 4, their rotation around the axis, which ensures uniform wear of the spherical working parts

4b oraz wzmożone ich chłodzenie i smarowanie. Tarcze według wynalazku i sposób jej pracy powodują, że chłodzenie i smarowanie odbywa się w miejscu i chwili, w których generowane jest ciepło odkształcenia plastycznego obrabianej warstwy wierzchniej elementów maszyn. Dzięki temu uzyskuje się dużą efektywność chłodzenia przy niewielkim zużyciu cieczy chłodząco-smarującej, natomiast nieduże zużycie cieczy umożliwia zastosowanie zasilania przedstawionego na Fig. 5.4b and their increased cooling and lubrication. The discs according to the invention and the method of its operation cause cooling and lubrication to take place in the place and moment where the heat of plastic deformation of the processed surface layer of machine elements is generated. Thanks to this, high cooling efficiency is achieved with low consumption of cooling and lubricating liquid, while low liquid consumption allows the use of the power supply shown in Fig. 5.

Przed niekontrolowanym wypływem cieczy z tarczy zabezpieczają w czasie postoju sprężyny 16, a w czasie wirowania następuje dodatkowe doszczelnienie bijaków 4 siłą odśrodkową. Alternatywnie do pokrywy 3 wyposażonej w centralny otwór 3b mocowany jest elastyczny zasobnik 18 wykonany korzystnie z gumy. Zasobnik 18 wypełniony jest cieczą chłodząco-smarującą, zamknięty korkiem 19. Z zasobnika 18 zasysana jest stroną ssawną wirnika pompy odśrodkowej ciecz chłodząco-smarującą powodująca, że zasobnik 18 składa się samoczynnie w ciasną harmonijkę. Wówczas należy go uzupełnić nowym ładunkiem cieczy po wykręceniu korka 19. Przed utratą stateczności zasobnik 18 zabezpiecza tuleja 17. Napełniony zasobnik 18 wraz z tuleją 17 i tarczą powodują wzrost masowego momentu bezwładności całego układu, co wpływa na zmniejszenie oscylacji skrętnych tarczy wywoływany ich następującymi po sobie kolejnymi uderzeniami bijaków 4 w obrabiany element.The springs 16 protect against uncontrolled flow of liquid from the disc during standstill, and during centrifugation, the beaters 4 are additionally sealed by centrifugal force. Alternatively, a flexible container 18, preferably made of rubber, is attached to the cover 3 equipped with a central hole 3b. The container 18 is filled with cooling and lubricating liquid, closed with a plug 19. The cooling and lubricating liquid is sucked from the container 18 through the suction side of the centrifugal pump rotor, causing the container 18 to automatically fold into a tight accordion. Then it should be refilled with a new charge of liquid after unscrewing the cap 19. The container 18 is protected against loss of stability by the sleeve 17. The filled container 18 together with the sleeve 17 and the disc cause an increase in the mass moment of inertia of the entire system, which reduces the torsional oscillations of the disc caused by their successive successive impacts of the beaters 4 on the workpiece.

W przypadku tarczy hydraulicznej wyposażonej w promieniowe kanały 21 (Fig. 8) zespoły bijakowe mocowane są do wylotów kanałów 20, a ich działanie jest analogiczne. Efekt umocnienia zgniotem uzyskuje się poprzez pełne pokrycie obrabianej powierzchni elementarnymi odciskami od uderzeń bijaków 4 w taki sposób, aby odciski zachodziły na siebie w stopniu optymalnym, który może być określony metodą prób dla danego materiału umacnianego elementu i jego przeznaczenia. Nadmierny stopień wielokrotnych uderzeń w to samo miejsce powoduje obniżenie własności użytkowych, skutkując łuszczeniem się części umocnionej zgniotem warstwy, co powoduje wzrost zużycia ściernego towarzyszącego obróbce zgniotem powierzchniowym. Szczególnie duży wpływ na efekty obróbki zgniotem ma budowa i własności bijaków 4, zwłaszcza ich masa i ukształtowanie części roboczej. Bijaki 4 wykonane są z materiału o dużej twardości i dużej gęstości, przy czym chcąc nadać części roboczej bijaków, korzystnie kulistej wysokiej gładkości - należy wypolerować powierzchnię części roboczej bijaków. Materiał na bijaki 4 powinien charakteryzować się dużą odpornością na zużycie. W przypadku bijaków 4 stalowych korzystnie jest użycie stali stopowej wysoko manganowej tzw. stali Hadfielda poddawanej obróbce nadającej jej wysoką twardość.In the case of a hydraulic disc equipped with radial channels 21 (Fig. 8), the beater assemblies are attached to the outlets of the channels 20, and their operation is analogous. The crush hardening effect is achieved by fully covering the treated surface with elementary impressions from the impacts of the beaters 4 in such a way that the impressions overlap each other to an optimal extent, which can be determined by testing for a given material of the strengthened element and its purpose. An excessive degree of repeated impacts in the same place reduces the functional properties, resulting in peeling of the work-hardened layer, which causes an increase in abrasive wear associated with surface cold treatment. The structure and properties of the beaters 4, especially their mass and the shape of the working part, have a particularly significant impact on the effects of crushing. The beaters 4 are made of a material of high hardness and high density. In order to make the working part of the beaters, preferably spherical, highly smooth, the surface of the working part of the beaters must be polished. The material for the beaters 4 should be highly wear-resistant. In the case of steel beaters, it is preferable to use high-manganese alloy steel, the so-called Hadfield steel processed to give it high hardness.

Na Fig. 6 ukazano alternatywną postać bijaka 4 wykonanego z węglika wolframu w osnowie kobaltowej 4d, połączonego z wykonaną z brązu tuleją 4e przez twarde lutowanie. Duża wypadkowa średnia gęstość bijaka 4 o powyższej budowie zapewnia korzystniejsze efekty uderzeń bijaka. Część robocza wykonana z węglika wolframu zapewnia wysoką twardość i odporność na zużycie ścierne, zaś tuleja 4e wykonana z brązu ułatwia wykonanie wichrowatych otworów 4c oraz zapewnia korzystne własności tribologiczne we współpracy ze stalową oprawą bijaków 4.Fig. 6 shows an alternative form of a beater 4 made of tungsten carbide in a cobalt matrix 4d, connected to a sleeve made of bronze 4e by hard soldering. The high resultant average density of the ram 4 with the above structure ensures more favorable effects of the ram impacts. The working part made of tungsten carbide ensures high hardness and resistance to abrasive wear, while the sleeve 4e made of bronze facilitates the creation of crooked holes 4c and ensures favorable tribological properties in cooperation with the steel frame of the beaters 4.

Konstrukcja tarczy umacniającej według wynalazku stwarza szczególnie duże możliwości regulacji efektu umacniania zarówno na etapie projektowania oraz w toku eksploatacji tarczy.The design of the strengthening disc according to the invention creates particularly large possibilities of adjusting the strengthening effect both at the design stage and during the use of the disc.

Na etapie projektowania regulację efektów osiąga się poprzez dobór optymalnej średnicy tarczy, jej prędkości obrotowej, dobór liczby bijaków i ich wielkości (masy), promieni części roboczej, zakresu regulacji położenia bijaków w tarczy, zakresu regulacji zaworu kulowego, postaci łopatek wirnika oraz ewentualnie przez zastosowanie dodatkowego ciśnienia zasilania w ciecz chłodząco-smarującą. Masę bijaków można kształtować przez dobór średnicy bijaków D, długości L i rodzaj materiału (Fig. 2).At the design stage, the regulation of effects is achieved by selecting the optimal diameter of the disc, its rotational speed, selecting the number of beaters and their size (mass), the radius of the working part, the range of adjustment of the position of the beaters in the disc, the range of adjustment of the ball valve, the shape of the rotor blades and possibly by using additional supply pressure of the cooling and lubricating liquid. The mass of the beaters can be shaped by selecting the diameter of the beaters D, the length L and the type of material (Fig. 2).

W toku eksploatacji tarczy umacniającej według wynalazku można modyfikować własności tarczy przez dobór prędkości wirowania, regulację zaworów kulowych oraz zmianę położenia bijaków w tarczy. Bardzo istotny jest dobór dosunięcia tarczy do obrabianej powierzchni, rodzaj i prędkość ruchów posuwowych oraz krotność przejść obróbczych. Parametry te należy dobrać w zależności od materiału obrabianych elementów, ich przeznaczenia i oczekiwanych efektów.During the operation of the reinforcing disc according to the invention, the properties of the disc can be modified by selecting the rotation speed, adjusting ball valves and changing the position of the beaters in the disc. The selection of the disc approach to the processed surface, the type and speed of feed movements and the number of machining passes are very important. These parameters should be selected depending on the material of the processed elements, their purpose and expected effects.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest wysoka efektywność wynikająca ze sposobu działania. Duży opór nieściśliwej cieczy chłodząco-smarującej stawiany bijakom po uderzeniu w obrabianą powierzchnię powoduje uzyskiwanie dużego wzrostu siły oddziaływania wskutek odwróconego efektu uderzenia hydraulicznego. Wydatnemu wydłużeniu ulega również czas działania siły nagniatającej bijaków. Wzrost czasu oddziaływania siły ma szczególne praktyczne znaczenie, gdyż wtedy proces odkształcenia plastycznego się wydłuża, co zbliża go do odkształcenia quasistatycznego. Metale techniczne mają zdecydowanie niższą wytrzymałość i wyższą plastyczność przy zmniejszonej prędkości odkształcenia w porównaniu z tzw. wytrzymałością dynamiczną. W opisywanej sytuacji ułatwione jest uzyskiwanie większych deformacji plastycznych na większej głębokości zalegania. Większa głębokość zgniotu powierzchniowego prowadzi do osiągnięcia naprężeń własnych ściskających zalegających na większej głębokości. Powoduje to wzrost właściwości zmęczeniowych elementów maszyn. Jednocześnie wzrost twardości warstwy umocnionej zgniotem powoduje wzrost odporności na zużycie ścierne. Dodatkowymi efektami obróbki są eliminacja rys po obróbce skrawaniem oraz nadanie powierzchni korzystnego reliefu. Mikroodciski w warstwie wierzchniej tworzą mikrokieszenie smarne polepszające efekt smarowania i służą lepszej przyczepności środków smarnych, zwłaszcza smarów plastycznych do powierzchni. W przypadku powierzchni szlifowanych uzyskuje się wykruszanie twardych ziaren zainkludowanych w procesie szlifowania ze ściernic, co zmniejsza oddziaływanie ścierne powierzchni umacnianych zgniotem. Efektywne chłodzenie pozwala na pełne wykorzystanie korzystnych efektów obróbki zgniotowej. Zawarty w cieczy chodząco-smarującej olej smarowy zmniejsza zużycie współpracujących elementów oraz służy uzyskaniu powierzchni obrabianej o korzystniejszej mikrogładkości elementarnych odcisków plastycznych.The advantage of the solution according to the invention is high efficiency resulting from the method of operation. The high resistance of the incompressible cooling and lubricating liquid to the beaters after hitting the processed surface results in a large increase in the impact force due to the reverse effect of hydraulic shock. The time of operation of the burnishing force of the beaters is also significantly extended. The increase in the force exposure time is of particular practical importance because then the plastic deformation process is prolonged, which brings it closer to quasi-static deformation. Technical metals have significantly lower strength and higher plasticity at a reduced strain rate compared to the so-called dynamic strength. In the described situation, it is easier to obtain larger plastic deformations at greater depths. A greater depth of surface deformation leads to compressive residual stresses occurring at a greater depth. This increases the fatigue properties of machine elements. At the same time, an increase in the hardness of the work-hardened layer results in an increase in resistance to abrasive wear. Additional effects of processing include eliminating scratches after machining and giving the surface a favorable relief. Micro-impressions in the surface layer create lubricant micro-pockets that improve the lubrication effect and serve for better adhesion of lubricants, especially greases, to the surface. In the case of ground surfaces, hard grains incorporated in the grinding process are crushed from grinding wheels, which reduces the abrasive effect of work-hardened surfaces. Effective cooling allows full use of the beneficial effects of cold forming. The lubricating oil contained in the cutting fluid reduces the wear of interacting elements and serves to obtain a machined surface with a more favorable micro-smoothness of elementary plastic impressions.

Tarcza obróbcza według wynalazku jest predysponowana szczególnie dla elementów wykonanych ze stopów żelaza o zwiększonej twardości, w tym stali i staliwa po hartowaniu, nawęglaniu, węgloazotowaniu i naborowaniu. Obróbce poddawane mogą być powierzchnie obrotowe i płaskie takich elementów jak wały, osie, sworznie tłokowe, obrotowe noże skrawające kombajnów, zawory, prowadnice i powierzchnie osadcze. Elementy obrabiane mogą być z wykorzystaniem np. tokarki nadającej ruch obrotowy obrabianemu elementowi. Tarcza obróbcza oraz jej napęd mocowana może być do suportu tokarki z wykorzystaniem ruchów posuwowych suportu. Obróbce zgniotem powierzchniowym tarczą hydrauliczną według wynalazku zaleca się poddawać w szczególności strefy, karbów geometrycznych w postaci odsadzeń, rowków i innych miejsc spiętrzania naprężeń.The machining disc according to the invention is particularly suitable for elements made of iron alloys with increased hardness, including steel and cast steel after hardening, carburizing, carbonitriding and carbonizing. Rotary and flat surfaces of elements such as shafts, axles, piston pins, rotary cutting knives of combine harvesters, valves, guides and seating surfaces can be processed. Elements can be machined using, for example, a lathe that imparts rotational movement to the processed element. The machining disc and its drive can be attached to the lathe support using the feed movements of the support. It is recommended to subject, in particular, zones, geometric notches in the form of shoulders, grooves and other places of stress accumulation to surface deformation treatment with a hydraulic disc according to the invention.

Celowym jest stosowanie tarczy do obróbki połączeń spawanych i zgrzewanych oraz stref karbów strukturalnych powstających np. przy hartowaniu powierzchniowym czopów łożyskowych wałów napędowych, zębów kół zębatych i łańcuchowych, zwłaszcza większych rozmiarów. Wielostronne, dobre efekty uzyskiwane mogą być przy niewielkim zużyciu energii i materiałów oraz małym nakładem robocizny przy zachowaniu warunków pełnej ochrony środowiska naturalnego. Głównym uzyskiwanym efektem obróbki tarczą według wynalazku jest wydatny wzrost trwałości elementów maszyn narażonych na obciążenia zmienne i zużycie ścierne. Zwiększa to poziom bezpieczeństwa użytkowania maszyn i urządzeń oraz zmniejsza koszty eksploatacyjne.It is advisable to use the disc for machining welded and welded joints as well as structural notch zones formed, for example, during surface hardening of bearing journals of drive shafts, teeth of gears and chain wheels, especially larger sizes. Versatile, good effects can be achieved with low energy and material consumption and low labor input, while maintaining full environmental protection. The main effect of machining with the disc according to the invention is a significant increase in the durability of machine elements exposed to variable loads and abrasive wear. This increases the level of safety in the use of machines and devices and reduces operating costs.

Claims

1. Hydraulic disc for dynamic burnishing of machine elements, characterized in that it is equipped with a centrifugal pump rotor, which in the casing (2) has movable beaters (4) placed on the circumference, embedded in the housing (6) and placed in sockets (5). ball valves (7) attached to the centrifugal pump rotor located in the space (10) under the beaters (4), filled with cooling and lubricating liquid fed through hydraulic channels (14) by means of the rotating pump rotor.

2. Hydraulic disc according to claim 1, characterized in that the centrifugal pump rotor (3) is composed of a rotor casing (2) mounted on the drive shaft (1), closed at the front with a cover (3) fastened with screws (12) and secured with a gasket (11).

3. Hydraulic disc according to claim 1, characterized in that the beaters (4) are equipped with through holes (4c) with a twisted position relative to the axis of the beaters (4) and extending from the base of the beaters (4) to their conical sealing part (4a).

4. Hydraulic disc according to claim. 1, characterized in that the beaters (4) have a working part (4d) permanently connected to the sleeves (4e).

5. Hydraulic disc according to claim. 1, characterized in that it is equipped with an axial channel from which channels (20) and (21) with equal volumes extend radially.

6. Hydraulic disc according to claim 1, characterized in that it has a pleated reservoir (18) of the cooling and lubricating liquid located at the inlet to the centrifugal pump rotor (3).