PL249203B1

PL249203B1 - A device for burnishing holes, especially after drilling

Info

Publication number: PL249203B1
Application number: PL442723A
Authority: PL
Inventors: Agnieszka Skoczylas; Krzysztof Ciecieląg
Original assignee: Politechnika Lubelska
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2026-03-09
Also published as: PL442723A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do nagniatania otworów, zwłaszcza po wierceniu, posiadająca ramę. Charakteryzuje się ono tym, że składa się z ramy (1), do której zamocowana jest tuleja (2) z gwintem (2.1) znajdującym się na jej wewnętrznej powierzchni, w który wkręcony jest częścią gwintowaną (3.1) trzpień (3). Trzpień (3) posiada na swoim pierwszym końcu znajdującym się wewnątrz tulei (2) część składającą się z szeregu elementów (3.2, 3.3, 3.4, 3.5) w postaci odcinków kuli połączonych ze sobą szeregowo w swoich osiach. Średnica (d2, d3, d4, d5) kolejnych elementów (3.2, 3.3, 3.4, 3.5) zmniejsza się od strony części gwintowanej (3.1) w kierunku końca pręta tudzież do drugiego końca trzpienia (3) zamocowany jest urządzenie do pomiaru momentu obrotowego (4), do którego zamocowane jest uchwyt (5).The subject of the application is a device for burnishing holes, especially after drilling, having a frame. It is characterized in that it consists of a frame (1), to which a sleeve (2) with a thread (2.1) located on its inner surface is attached, into which a mandrel (3) is screwed through a threaded part (3.1). The mandrel (3) has, at its first end located inside the sleeve (2), a part consisting of a series of elements (3.2, 3.3, 3.4, 3.5) in the form of spherical segments connected in series along their axes. The diameter (d2, d3, d4, d5) of the successive elements (3.2, 3.3, 3.4, 3.5) decreases from the threaded part (3.1) towards the end of the rod, and a torque measuring device (4) is attached to the other end of the mandrel (3), to which a handle (5) is attached.

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do nagniatania otworów, zwłaszcza po wierceniu.The subject of the invention is a device for burnishing holes, especially after drilling.

Wybór sposobu obróbki wykończeniowej otworu zależy od: materiału obrabianego, kształtu i wymiaru otworu, wymaganej dokładności oraz chropowatości, pożądanych właściwości fizycznych warstwy wierzchniej. Obróbka wykończeniowa otworów może być realizowana jako: wytaczanie, rozwiercanie, przeciąganie i przepychanie, szlifowanie, honowanie, dogładzanie oscylacyjne, docieranie oraz nagniatanie.The choice of hole finishing method depends on: the material being machined, the hole shape and size, the required accuracy and roughness, and the desired physical properties of the surface layer. Hole finishing can be performed by: boring, reaming, broaching and broaching, grinding, honing, oscillatory polishing, lapping, and burnishing.

Nagniatanie otworów może odbywać się metodami statycznymi jak i dynamicznymi. Ze względu na charakter współpracy elementu nagniatającego z powierzchnią obrabianego otworu, nagniatanie statyczne dzieli się na toczne i ślizgowe. Nagniatanie ślizgowe można podzielić na wygładzanie ślizgowe oraz przetłaczanie ślizgowe.Burnishing of holes can be performed using both static and dynamic methods. Based on the interaction between the burnishing element and the surface of the hole being machined, static burnishing is divided into rolling and sliding. Sliding burnishing can be further subdivided into sliding smoothing and sliding redrawing.

Przetłaczanie ślizgowe, nazywane kalibrowaniem otworów, polega na wprowadzeniu do obrabianego otworu narzędzia nagniatającego, którego średnica jest większa od średnicy otworu, a następnie przemieszczeniu, z poślizgiem narzędzia wzdłuż osi otworu. W zależności od sposobu przyłożenia siły do narzędzia przetłaczanie dzieli się na: przepychanie nagniatające oraz przeciąganie nagniatające.Sliding redrawing, also known as hole calibration, involves inserting a burnishing tool whose diameter is larger than the hole diameter into the hole being machined and then moving the tool along the hole axis with sliding motion. Depending on how force is applied to the tool, redrawing is divided into: push-burnishing and broaching.

Przepychanie zalecane jest do obróbki otworów, dla których stosunek długości do średnicy jest mniejszy od 6. Do przepychania jako narzędzia stosowane są kulki lub przepychacze trzpieniowe. Podczas zastosowania kulki, konieczne użycie jest trzpienia, który z odpowiednią siłą oddziałuje na kulkę. Przepychanie jest najczęściej wykonywane na prasach lub na tokarkach, wtedy przedmiot obrabiany może wykonywać ruch obrotowy. Przepychanie ślizgowe za pomocą kulek oraz narzędzi trzpieniowych opisane jest w książkach: Przybylski W., Technologia obróbki nagniataniem, WNT Warszawa 1987 i Zaleski K., Skoczylas A., Bławucki S., Obróbka gładkościowa i umacniająca. Ćwiczenia laboratoryjne, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2018.Broaching is recommended for machining holes with a length-to-diameter ratio less than 6. Ball or pin broaches are used for broaching. When using a ball broach, a pin must be used to apply the appropriate force to the ball. Broaching is most often performed on presses or lathes, allowing the workpiece to rotate. Sliding broaching using balls and pin tools is described in the books: Przybylski W., "Burn-finishing Technology," WNT Warszawa 1987, and Zaleski K., Skoczylas A., Bławucki S., "Smooth and Strengthening Machining. Laboratory Exercises," Lublin University of Technology Publishing House, Lublin 2018.

Z opisu patentowego PL232340B1 znane jest narzędzie do nagniatania otworów w blachach. Narzędzie to może być wykorzystane do umacniania powierzchni otworów z jednostronnym dostępem w elementach o małej sztywności w sposób ślizgowy lub toczny. Narzędzie zbudowane jest z tulei z umieszczonym w jej przestrzeni wewnętrznej trzpieniem z końcówką stożka, na powierzchni której umieszczone są elementy dogniatające, usytuowane równocześnie w wycięciach w ścianie tulei. Trzpień połączony jest z tuleją poprzez element sprzęgający, którego końcówki są usytuowane we wzdłużnych wycięciach tulei. Od strony uchwytu na tulei umieszczona jest obudowa połączona z nią poprzez osiowo-promieniowe łożysko oraz łożysko oporowe, pomiędzy którymi znajduje się sprężyna. Poza tym obudowa jest wyposażona w dźwignię przesuwu trzpienia względem elementów nagniatających. Narzędzie również charakteryzuje się tym, że elementy nagniatające stanowią stożkowe rolki o kącie zbieżności równym kątowi zbieżności stożka trzpienia.Patent description PL232340B1 describes a tool for burnishing holes in sheet metal. This tool can be used to strengthen the surfaces of holes with one-sided access in low-rigidity components using a sliding or rolling action. The tool consists of a sleeve with a mandrel with a cone-shaped tip located within its interior. The surface of the sleeve contains burnishing elements, which are simultaneously positioned in recesses in the sleeve wall. The mandrel is connected to the sleeve via a coupling element, the ends of which are positioned in the sleeve's longitudinal recesses. A housing is located on the sleeve's handle side, connected to it by an axial-radial bearing and a thrust bearing, with a spring between them. Furthermore, the housing is equipped with a lever for moving the mandrel relative to the burnishing elements. The tool is also characterized by the fact that the burnishing elements are conical rollers with a taper angle equal to the taper angle of the mandrel.

Z opisu patentowego PL227391B1 znane jest zespolone narzędzie do wykonywania otworów i ich nagniatania. Narzędzie posiada uchwyt i integralnie z nim sprzężone narzędzia do wykonania i obróbki otworów. Charakteryzuje się ono tym, że na uchwycie ponad elementami przeznaczonymi do wykonywania otworów, suwliwie usytuowany jest nagniatak, który stanowi tuleja rozprężna z kołnierzem i otworem stożkowym, posiadająca na obwodzie osiowe rozcięcia, natomiast na kołnierzu co najmniej dwa kły, przy czym jej średnica zewnętrzna, w stanie nierozprężonym jest mniejsza do 0,1 mm od średnicy narzędzia bezpośrednio za nią usytuowanego. Powyżej nagniataka, na uchwycie, usytuowany jest stożek rozprężający sprzężony z nim na stałe, wymiarowo dostosowany do otworu nagniataka, posiadający kołnierz z rowkami na kły nagniataka.Patent description PL227391B1 describes a combined tool for making and burnishing holes. The tool has a holder and integrally coupled tools for making and machining holes. It is characterized by a slidable burnisher located on the holder above the elements intended for making holes. This tool is an expansion sleeve with a collar and a conical bore, having axial slits on its circumference, and at least two centers on the collar, wherein its outer diameter, when unexpanded, is less than 0.1 mm smaller than the diameter of the tool directly behind it. Above the burnisher, on the holder, is an expansion cone permanently coupled to it, dimensionally adapted to the burnisher bore and having a collar with grooves for the burnisher centers.

Z opisu wzoru użytkowego PL068863Y1 znane jest narzędzie do nagniatania otworów, zwłaszcza w elementach o małej sztywności. Narzędzie posiada trzpień do mocowania w uchwycie obrabiarki, na którym na stałe osadzony jest stożek rozprężający oraz suwliwie nagniatak w postaci tulei rozprężnej z kołnierzem i otworem stożkowym posiadającej na obwodzie osiowe rozcięcia a na kołnierzu co najmniej dwa kły, przy czym stożek rozprężający wymiarowo jest dostosowany do stożkowego otworu nagniataka, charakteryzuje się tym, że dolne czoło nagniataka połączone jest na stałe z łożyskiem oporowym.The description of utility model PL068863Y1 describes a tool for burnishing holes, particularly in components with low rigidity. The tool has a mandrel for mounting in the machine tool holder, on which an expansion cone is permanently mounted, and a slidable burnisher in the form of an expansion sleeve with a collar and a conical bore having axial slits on its circumference and at least two centers on the collar, wherein the expansion cone is dimensionally adapted to the conical bore of the burnisher. It is characterized in that the lower face of the burnisher is permanently connected to a thrust bearing.

Z opisu patentowego US7770276B2 znane jest narzędzie do jednoczesnego rozwiercania i nagniatania otworów. Część nagniatająca to, podobnie jak skrawająca, również rozwiertak, ale o ost rzach skierowanych przeciwnie, które ślizgając się po uprzednio rozwiercanej powierzchni powodują jej umocnienie.Patent description US7770276B2 describes a tool for simultaneously reaming and burnishing holes. The burnishing part, like the cutting part, is also a reamer, but with oppositely directed cutting edges that slide over the previously reamed surface, strengthening it.

Problemem technicznym do rozwiązania jest potrzeba wykonania obróbki wykończeniowej otworu ze znanym momentem. Zastosowanie proponowanego rozwiązania pozwoli na uniknięcie powstawania wad powierzchniowych oraz uszkodzenia otworu.The technical problem to be solved is the need to perform hole finishing with a known torque. Applying the proposed solution will prevent surface defects and hole damage.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do nagniatania otworów, zwłaszcza po wierceniu, posiadająca ramę. Jego istotą jest to, że składa się z ramy, do której zamocowana jest tuleja z gwintem znajdującym się na jej wewnętrznej powierzchni, w który wkręcony jest częścią gwintowaną trzpień. Trzpień posiada na swoim pierwszym końcu znajdującym się wewnątrz tulei część składającą się z szeregu elementów w postaci odcinków kuli połączonych ze sobą szeregowo w swoich osiach. Średnica kolejnych elementów zmniejsza się od strony części gwintowanej w kierunku końca pręta tudzież do drugiego końca trzpienia zamocowane jest urządzenie do pomiaru momentu obrotowego, do którego zamocowany jest uchwyt.The invention concerns a device for burnishing holes, particularly after drilling, comprising a frame. It comprises a frame to which a sleeve with a thread located on its inner surface is attached, into which a threaded pin is screwed. The pin has a first end, located inside the sleeve, consisting of a series of elements in the form of spherical segments connected in series along their axes. The diameter of the successive elements decreases from the threaded end towards the rod end, and a torque measuring device is attached to the other end of the shaft, to which a handle is attached.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest to, że następuje umocnienie powierzchni nagniatanego otworu, wygładzenie mikronierówności oraz powstanie korzystnego stanu naprężeń własnych warstwy wierzchniej. Korzystne jest również to, że można mierzyć moment obrotowy. Ponadto korzystne jest to, że nagniatanie zastępuje drogie i pracochłonne metody obróbki wykończeniowej otworu.The beneficial effect of using this invention is that the burnished hole surface is strengthened, micro-irregularities are smoothed, and a favorable residual stress state is created in the surface layer. It also allows torque to be measured. Furthermore, burnishing replaces expensive and labor-intensive methods of hole finishing.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na schematycznym rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:The subject of the invention in an embodiment is shown in a schematic drawing, in which the individual figures represent:

fig. 1 - urządzenie do nagniatania otworów, zwłaszcza po wierceniu w widoku perspektywicznym od czoła, fig. 2 - urządzenie do nagniatania otworów, zwłaszcza po wierceniu w widoku z góry, fig. 3 - przekrój urządzenia do nagniatania otworów, zwłaszcza po wierceniu w płaszczyźnie A - A z fig. 2.Fig. 1 - a device for burnishing holes, especially after drilling in a perspective view from the front, Fig. 2 - a device for burnishing holes, especially after drilling in a top view, Fig. 3 - a cross-section of a device for burnishing holes, especially after drilling in the plane A - A of Fig. 2.

Urządzenie do nagniatania otworów, zwłaszcza po wierceniu, w przykładzie wykonania, składa się z ramy 1, do której zamocowana jest tuleja 2 z gwintem 2.1 znajdującym się na jej wewnętrznej powierzchni, w który wkręcony jest częścią gwintowaną 3.1 trzpień 3, posiadający na swoim pierwszym końcu znajdującym się wewnątrz tulei 2 część składającą się z szeregu elementów 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 w postaci odcinków kuli połączonych ze sobą szeregowo w swoich osiach, przy czym średnica d2, d3, d4, d5 kolejnych elementów 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 zmniejsza się od strony części gwintowanej 3.1 w kierunku końca pręta do drugiego końca trzpienia 3, gdzie zamocowane jest urządzenie do pomiaru momentu obrotowego 4, do którego zamocowany jest uchwyt 5.The device for burnishing holes, especially after drilling, in the embodiment example, consists of a frame 1 to which a sleeve 2 is attached with a thread 2.1 located on its inner surface, into which a mandrel 3 is screwed through a threaded part 3.1, having at its first end located inside the sleeve 2 a part consisting of a series of elements 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 in the form of sphere segments connected to each other in series along their axes, wherein the diameter d2, d3, d4, d5 of the subsequent elements 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 decreases from the side of the threaded part 3.1 towards the end of the rod to the other end of the mandrel 3, where a torque measuring device 4 is attached, to which a handle 5 is attached.

Przedstawiony przykład wykonania nie ogranicza jego istoty i pomaga jedynie zobrazować niektóre rozwiązania konstrukcyjne.The presented example of implementation does not limit its essence and only helps to illustrate some of the design solutions.

Proces obróbki wykończeniowej otworu polega na tym, że na trzpień 3 oddziałuje się znanym momentem, którego wartość jest mierzona za pomocą urządzenia do pomiaru momentu 4. Na skutek tego trzpień przemieszcza się ruchem posuwisto obrotowym obracając się poprzez gwint znajdujące się wewnątrz tulei 2. Każdy z szeregu elementów 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 w postaci odcinków kul połączonych ze sobą szeregowo w swoich osiach przemieszcza się ślizgowo poprzez przepychany otwór nagniatając go. Przejście elementów nagniatających przez otwór powoduje jego odkształcenie plastyczne.The hole finishing process involves applying a known torque to the mandrel 3, the value of which is measured using a torque measuring device 4. As a result, the mandrel moves in a reciprocating motion, rotating through the threads located inside the sleeve 2. Each of the series of elements 3.2, 3.3, 3.4, and 3.5, in the form of spherical segments connected in series along their axes, slides through the pushed hole, burnishing it. The passage of the burnishing elements through the hole causes its plastic deformation.

Wykaz oznaczeń:List of markings:

1. rama,1. frame,

2. tuleja,2. sleeve,

2.1. gwint,2.1. thread,

3. trzpień,3. pin,

3.1. część gwintowana,3.1. threaded part,

3.2. pierwszy element w postaci odcinka kuli,3.2. the first element in the form of a spherical segment,

3.3. drugi element w postaci odcinka kuli,3.3. the second element in the form of a spherical segment,

3.4. trzeci element w postaci odcinka kuli,3.4. the third element in the form of a spherical segment,

3.5. czwarty element w postaci odcinka kuli,3.5. the fourth element in the form of a spherical segment,

4. urządzenie do pomiaru momentu obrotowego,4. torque measuring device,

5. uchwyt.5. handle.

Claims

1. A device for burnishing holes, especially after drilling, having a frame, characterized in that it consists of a frame (1), to which a sleeve (2) with a thread (2.1) located on its inner surface is attached, into which a mandrel (3) is screwed through a threaded part (3.1), having at its first end located inside the sleeve (2) a part consisting of a series of elements (3.2, 3.3, 3.4, 3.5) in the form of sphere segments connected in series along their axes, wherein the diameter (d2, d3, d4, d5) of the subsequent elements (3.2, 3.3, 3.4, 3.5) decreases from the side of the threaded part (3.1) towards the end of the rod, and to the other end of the mandrel (3) a torque measuring device (4) is attached, to which a handle (5) is attached.