RU154327U1

RU154327U1 - DEVICE FOR STRENGTHENING-CLEAN ROLLING OF SURFACE OF PARTS

Info

Publication number: RU154327U1
Application number: RU2015100834/02U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Бутенко
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, вилку с установленным на неподвижной оси с возможностью вращения деформирующим роликом, ползун, связанный с шаговым приводом и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, блок управления, выполненный в виде задатчика сигналов частоты и амплитуды шагового привода, зубчатую передачу с рейкой, установленной с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами, при этом вилка кинематически связана с рейкой зубчатой передачей, а пружины установлены с возможностью регулировки усилия воздействия, отличающееся тем, что вилка выполнена съёмной с возможностью установки оси деформирующего ролика на расстоянии L=(2,0-2,5)D от оси ползуна, а рабочий профиль ролика имеет фаску b=(0,10-0,15)В, где D - диаметр деформирующего ролика, В - высота ролика.A device for hardening and finishing wrapping surfaces of parts with surface plastic deformation, comprising a housing, a fork mounted on a fixed axis, rotatable by a deforming roller, a slider associated with a step drive and mounted with the possibility of reciprocating movement, a control unit made in the form of a signal generator the frequency and amplitude of the stepper drive, a gear transmission with a rack mounted with the possibility of longitudinal movement between two springs, while in the can is kinematically connected with the rack by a gear transmission, and the springs are mounted with the possibility of adjusting the impact force, characterized in that the fork is removable with the possibility of setting the axis of the deforming roller at a distance L = (2.0-2.5) D from the axis of the slide, and the working the profile of the roller has a chamfer b = (0.10-0.15) B, where D is the diameter of the deforming roller, B is the height of the roller.

Description

Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к упрочняюще-чистовой обработке поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием и может быть использована в различных отраслях машиностроения.The utility model relates to the field of mechanical processing of materials, namely to hardening-finishing processing of surfaces of parts by surface plastic deformation and can be used in various branches of mechanical engineering.

Известен инструмент для поверхностного пластического деформирования, содержащий корпус, подпружиненную вилку, в которой размещен в подшипниковых опорах вал с установленным на нем деформирующим роликом со ступицей и рабочим участком, а при накатывании профильных канавок за счет равномерного распределения усилий деформирования деформирующий ролик установлен в вилке с зазором с возможностью перемещения по валу, при этом инструмент снабжен уравновешивающим элементом, выполненным в виде двух пружин, расположенных на валу с каждой стороны между ступицами и боковыми поверхностями вилки, причем зазор - не более половины ширины рабочего участка деформирующего ролика (см. авторское свидетельство №1532279, МКИ B24B 39/044, бюл. №48, 1989 г.).A known tool for surface plastic deformation, comprising a housing, a spring-loaded fork, in which a shaft with a deforming roller with a hub and a working section mounted on it is mounted in the bearings, and when rolling the profile grooves due to the uniform distribution of deformation forces, the deforming roller is installed in the fork with a gap with the ability to move along the shaft, while the tool is equipped with a balancing element made in the form of two springs located on the shaft on each side between the hubs and lateral surfaces of the fork, and the gap is not more than half the width of the working section of the deforming roller (see copyright certificate No. 1532279, MKI B24B 39/044, bull. No. 48, 1989).

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются корпус, установленный в подшипниковых опорах деформирующий ролик, уравновешивающий элемент и деформирующий ролик установлен с возможностью перемещения по валу.Signs of an analogue that coincide with the essential features of the claimed utility model are a housing, a deformation roller installed in the bearings, a balancing element and a deformation roller mounted to move along the shaft.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: конструкция устройства позволяет создавать лишь малые нагрузки на обрабатываемую поверхность, нет возможности формировать регулярный микрорельеф в виде кольцевых канавок пересекающихся волн заданной амплитуды, низкое качество обработанной поверхности.The reasons hindering the achievement of the technical result are: the design of the device allows you to create only small loads on the treated surface, it is not possible to form a regular microrelief in the form of annular grooves of intersecting waves of a given amplitude, and the poor quality of the processed surface.

Известно устройство для упрочняюще-чистового обкатывания деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, в сепараторе которого установлены деформирующие элементы, опирающиеся на нажимной корпус, механизм его подачи и привод. Устройство снабжено установленным на механизме подачи и связанным с приводом механизмом определения поверхностной пористости материала детали, выполненным в виде охватывающего деталь кожуха с отверстиями, механизмами вращения сепаратора, коррекции подачи и блоком автоматического управления, при этом привод выполнен в виде втулки, установленной на корпусе и кинематически связанной с валом двигателя, причем сепаратор расположен на упомянутой втулке, а механизм коррекции подачи выполнен в виде регулировочного привода с винтом, передаточным механизмом и гайкой, при этом последняя связана с корпусом, а он установлен с возможностью осевого перемещения относительно механизма подачи; дополнительно блок автоматического управления выполнен в виде блоков преобразования и сравнения с усилиями и задатчика сигналов (см. авторское свидетельство №1286393, МКИ B24B 39/04, бюл. №4, 1987 г.).A device is known for hardening-finishing the parts by surface plastic deformation, comprising a housing, in the separator of which deforming elements are mounted, which are supported by a pressure housing, its feeding mechanism and drive. The device is equipped with a mechanism for determining the surface porosity of the material of the part mounted on the feed mechanism and connected to the drive, made in the form of a casing covering the part with holes, separator rotation mechanisms, feed correction and an automatic control unit, while the drive is made in the form of a sleeve mounted on the housing and kinematically associated with the motor shaft, and the separator is located on the said sleeve, and the feed correction mechanism is made in the form of an adjusting drive with a screw, transmitted full-time mechanism and nut, while the latter is connected with the body, and it is installed with the possibility of axial movement relative to the feed mechanism; in addition, the automatic control unit is made in the form of conversion and comparison units with efforts and a signal setter (see copyright certificate No. 1286393, MKI B24B 39/04, bull. No. 4, 1987).

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: наличие корпуса, деформирующего элемента и механизма его подачи, привод выполнен в виде шагового двигателя, наличие блока управления.Signs of an analogue that coincide with the essential features of the claimed utility model are: the presence of a housing, a deforming element and its feeding mechanism, the drive is made in the form of a stepper motor, the presence of a control unit.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: устройство при большой сложности конструкции не позволяет сформировать на обрабатываемой поверхности детали регулярный микрорельеф в виде кольцевых канавок пересекающихся волн заданной амплитуды и его изменения в процессе работы, низкое качество обработанной поверхности детали.The reasons that impede the achievement of the technical result are: the device, with the great complexity of the design, does not allow forming a regular microrelief on the workpiece surface in the form of annular grooves of intersecting waves of a given amplitude and its changes during operation, low quality of the workpiece surface.

За прототип принято устройство для упрочняюще-чистового обкатывания деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, шаговый привод, блок управления в виде задатчика сигналов, деформирующий ролик, ползун, связанный с шаговым приводом и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, вилку, смонтированную в ползуне с возможностью вращения и предназначенную для установки деформирующего ролика, зубчатую передачу с рейкой, установленную с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами, при этом вилка кинематически связана с рейкой зубчатой передачей, а пружины установлены с возможностью регулировки усилия воздействия (см. патент РФ №2201323, МПК B24B 30/00, Бюл. №9, 2003 г.).A prototype is a device for hardening and finishing rolling parts by surface plastic deformation, comprising a housing, a stepper drive, a control unit in the form of a signal generator, a deforming roller, a slider associated with a stepper drive and mounted with the possibility of reciprocating movement, a plug mounted in the slider with the possibility of rotation and intended for installation of the deforming roller, a gear transmission with a rack mounted with the possibility of longitudinal movement between two springs us, while the fork is kinematically connected to the rack by a gear transmission, and the springs are installed with the possibility of adjusting the impact force (see RF patent No. 2201323, IPC B24B 30/00, Bull. No. 9, 2003).

Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус, вилка с установленным на неподвижной оси с возможностью вращения деформирующим роликом, блок управления в виде задатчика сигналов, ползун, связанный с шаговым приводом и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, зубчатая передача с рейкой, установленной с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами, при этом вилка кинематически связана с рейкой зубчатой передачей, а пружины установлены с возможностью регулировки усилия воздействия.Signs of the prototype that match the features of the claimed utility model are: a housing, a fork mounted on a fixed axis with the possibility of rotation by a deforming roller, a control unit in the form of a signal generator, a slider associated with a step drive and mounted with the possibility of reciprocating movement, gear with a rack mounted with the possibility of longitudinal movement between two springs, while the fork is kinematically connected to the rack by a gear transmission, and the springs are installed with the possibility of force adjustment effects.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: низкая вибрационная устойчивость устройства из-за нерегулируемого вылета рабочего профиля деформирующего ролика, низкое качество обработанной поверхности детали по параметрам шероховатости.The reasons hindering the achievement of the technical result are: low vibration stability of the device due to unregulated overhang of the working profile of the deformation roller, poor quality of the machined surface of the part according to roughness parameters.

Задачей полезной модели является повышение вибрационной устойчивости устройства и качества обработанной поверхности детали по параметрам шероховатости.The objective of the utility model is to increase the vibrational stability of the device and the quality of the machined surface of the part according to roughness parameters.

Технический результат достигается тем, что вилка выполнена съемной с возможностью установки оси деформирующего ролика на расстоянии L=(2,0-2,5)D от оси ползуна, а рабочий профиль ролика имеет фаску b=(0,10-0,15)B, где D - диаметр деформирующего ролика, B - высота ролика.The technical result is achieved by the fact that the fork is removable with the ability to set the axis of the deforming roller at a distance L = (2.0-2.5) D from the axis of the slide, and the working profile of the roller has a chamfer b = (0.10-0.15) B, where D is the diameter of the deforming roller, B is the height of the roller.

Для достижения поставленной цели устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, вилку с установленным на неподвижной оси с возможностью вращения деформирующим роликом, блок управления в виде задатчика сигналов, ползун, связанный с шаговым приводом и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, зубчатую передачу с рейкой, установленной с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами, при этом вилка кинематически связана с рейкой зубчатой передачей, а пружины установлены с возможностью регулировки усилия воздействия, имеет вилку, выполненную съемной с возможностью установки оси деформирующего ролика на расстоянии L=(2,0-2,5)D от оси ползуна, а рабочий профиль ролика имеет фаску b=(0,10-0,15)B, где D - диаметр деформирующего ролика, B - высота ролика.To achieve this goal, a device for hardening and finishing rolling surfaces of parts by surface plastic deformation, comprising a housing, a fork mounted on a fixed axis with the possibility of rotation of the deforming roller, a control unit in the form of a signal generator, a slider associated with a step drive and mounted with the possibility of return translational movement, gear with a rack mounted with the possibility of longitudinal movement between two springs, while the fork is kinematically and is connected with the rack by a gear transmission, and the springs are mounted with the possibility of adjusting the impact force, has a plug made detachable with the possibility of setting the axis of the deformation roller at a distance L = (2.0-2.5) D from the axis of the slide, and the working profile of the roller chamfer b = (0.10-0.15) B, where D is the diameter of the deforming roller, B is the height of the roller.

Предлагаемое устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием поясняется чертежами.The proposed device for hardening-finishing rolling surfaces of parts with surface plastic deformation is illustrated by drawings.

Устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием (фиг. 1) содержит корпус 1, шаговый привод 2, блок управления 3 в виде задатчика сигналов, ползун 4, соединенный с шаговым приводом 2, деформирующий ролик 5, который установлен на оси 6 в вилке 7, вмонтированной в стойку 8, соединенную через зубчатую передачу 9 с рейкой 10, установленной с возможностью продольного перемещения между двумя пружинами 11, регулирующими усилие их воздействия. При этом вилка 7 с деформирующим роликом 5 вмонтирована в стойку 8 с помощью резьбового соединения таким образом, что расстояние между осью деформирующего ролика 5 и осью ползуна 4 составляет L=(2,0-2,5)D, а рабочий профиль деформирующего ролика 5 (фиг. 2) имеет фаску b=(0,10 -0,15)B, где D - диаметр деформирующего ролика, B - высота ролика.A device for hardening and finishing rolling surfaces of parts with surface plastic deformation (Fig. 1) comprises a housing 1, a step drive 2, a control unit 3 in the form of a signal setter, a slider 4 connected to a step drive 2, a deformation roller 5, which is mounted on axis 6 in the fork 7, mounted in a rack 8, connected through a gear 9 with a rack 10, mounted with the possibility of longitudinal movement between two springs 11, regulating the force of their impact. In this case, the plug 7 with the deforming roller 5 is mounted in the rack 8 by means of a threaded connection so that the distance between the axis of the deforming roller 5 and the axis of the slider 4 is L = (2.0-2.5) D, and the working profile of the deforming roller 5 (Fig. 2) has a chamfer b = (0.10 -0.15) B, where D is the diameter of the deforming roller, B is the height of the roller.

Устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием, представленное на чертежах, работает следующим образом.A device for hardening and finishing rolling surfaces of parts with surface plastic deformation, presented in the drawings, works as follows.

Устройство монтируется, например, на суппорте токарного станка, которым задаются подача и усилие воздействия деформирующего ролика на обрабатываемую деталь. Предварительно вилка 7 с деформирующим роликом 5 монтируется в стойке 8 за счет резьбового соединения таким образом, что расстояние между осью деформирующего ролика 5 и осью ползуна 4 составляет L=(2,0-2,5)D, где D - диаметр деформирующего ролика. Посредством блока управления 3 в виде задатчика сигналов задается частота и амплитуда перемещения шагового привода линейного перемещения 2, связанного с ползуном 4, который совершает возвратно-поступательные перемещения. Установленная на ползуне 4 и кинематически связанная с рейкой 10 зубчатая передача 9, поворачивается в сторону воздействия привода, и ролик 5 совершает колебательные перемещения относительно плоскости, перпендикулярной оси детали, при этом происходит периодическое смещение зоны контакта рабочей поверхности ролика 5 с поверхностью детали. Вследствие возможности возвратно-поступательных перемещений рейки 10 под воздействием двух пружин 11, имеющих регулировку усилия воздействия, ролик 5 совершает дополнительные колебательные перемещения относительно оси детали, параллельные его основным, что приводит к дополнительным микровибрациям в направлении перемещения деформирующего ролика 5, а за счет фаски на рабочем профиле деформирующего ролика размером b=(0,10-0,15)B, где B - ширина деформирующего ролика, происходит перекрытие следов ролика на поверхности обрабатываемой детали, что улучшает качество поверхности детали по параметрам шероховатости Ra, R_max, S_m.The device is mounted, for example, on a support of a lathe, which sets the feed and the force of the deforming roller on the workpiece. Pre-fork 7 with the deforming roller 5 is mounted in the rack 8 due to the threaded connection so that the distance between the axis of the deforming roller 5 and the axis of the slider 4 is L = (2.0-2.5) D, where D is the diameter of the deforming roller. By means of the control unit 3, in the form of a signal setter, the frequency and the amplitude of the movement of the step drive of linear displacement 2, associated with the slider 4, which performs reciprocating movements, are set. The gear 9 mounted on the slider 4 and kinematically connected with the rail 10 rotates in the direction of the drive action, and the roller 5 oscillates relative to the plane perpendicular to the part axis, and the contact area of the working surface of the roller 5 periodically shifts with the part surface. Due to the possibility of reciprocating movements of the rack 10 under the influence of two springs 11 having an adjustable force of action, the roller 5 makes additional oscillatory movements relative to the axis of the part parallel to its main, which leads to additional micro-vibrations in the direction of movement of the deforming roller 5, and due to the chamfer the working profile of the deforming roller of size b = (0.10-0.15) B, where B is the width of the deforming roller, the traces of the roller overlap on the surface of the workpiece, which luchshaet quality of the workpiece surface roughness parameters _{_{R a, R max, S m}} .

Для определения оптимального расстояния L между установочной осью деформирующего ролика и осью ползуна, а также размера фаски b на рабочем профиле деформирующего ролика были проведены испытания предлагаемого устройства для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей, конструктивно имеющие разные значения L и b. Обкатке подвергались цилиндрические валики из стали 12Х3Н диаметром 30 мм и длиной 250 мм, предварительно подвергнутые шлифованию. Устройство для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей устанавливалось на суппорте токарно-винторезного станка мод. 1А620. Были приняты следующие режимы обкатки: усилие давления ролика на обрабатываемую поверхность P=1000H, продольная подача деформирующего ролика S_пр=0,02 мм/с, частота вращения обрабатываемой детали n=160 об/мин. В качестве оценочных характеристик процесса обкатывания были приняты параметры шероховатости обработанной поверхности Ra, R_max, S_m и вибрационные параметры: амплитуда a и частота f колебания деформирующего ролика, которые определялись при помощи автономного микропроцессорного виброанализатора AU 014. Результаты испытаний приведены в таблице 1, из анализа которой видно, что по контролируемым параметрам Ra, R_max, S_m, A и f достигаются в случае, когда L=(2,0-2,5)D, а b=(0,10-0,15)5, где D - диаметр деформирующего ролика, b - ширина ролика. Конструктивно выполнить в предлагаемом устройстве расстояние L меньше 2D не представляется возможным.To determine the optimal distance L between the mounting axis of the deforming roller and the axis of the slider, as well as the size of the chamfer b on the working profile of the deforming roller, we tested the proposed device for hardening-finishing rolling of the surfaces of parts, structurally having different values of L and b. Cylindrical rolls made of 12Kh3N steel with a diameter of 30 mm and a length of 250 mm, previously subjected to grinding, were tested. A device for hardening-finishing rolling of surfaces of parts was installed on the support of a mod screw-cutting machine. 1A620. Running modes were adopted: the roller pressure force to the work surface P = 1000H, longitudinal feed roller deforming S _ave = 0.02 mm / s, rotational speed of the workpiece n = 160 r / min. The roughness parameters of the treated surface R a , R _max , S _m and vibration parameters: amplitude a and frequency f of deformation of the deformation roller, which were determined using an autonomous microprocessor vibration analyzer AU 014, were taken as the estimated characteristics of the rolling process. The test results are shown in table 1, from the analysis of which it is clear that according to the controlled parameters, R a , R _max , S _m , A and f are achieved in the case when L = (2.0-2.5) D, and b = (0.10-0.15 ) 5, where D is the diameter of the deforming roller, b is the width of the roller. Structurally, in the proposed device, a distance L less than 2D is not possible.

Выполнены исследования, подтвердившие преимущество предлагаемого устройства для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ №2201323, МПК B24B 30/00, Бюл. №9, 2003 г.). Испытаниям подвергались цилиндрические бесступенчатые валики диаметром 30 мм и длиной 250 мм из сталей 12ХЗН, 30ХГСА, Х18Н9Т, подвергнутые предварительному шлифованию. Устройства для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей устанавливались на суппорте токарно-винторезного станка мод. 1А620. Были приняты следующие режимы обкатки: усилие давления ролика на обрабатываемую поверхность Р=1000Н, продольная подача деформирующего ролика S_пр=0,02 мм/с, частота вращения обрабатываемой детали n=160 об/мин. Оценка эффективности обкатывания осуществлялась по параметрам шероховатости обработанной поверхности Ra, R_max, S_m и вибрационным параметрам: амплитуде A и частоте f колебания деформирующего ролика. Результаты сравнительных испытаний устройств для упрочняюще-чистового обкатывания деталей приведены в таблице 2, из анализа которой видно, что использование предлагаемого устройства для упрочняюще-чистового обкатывания поверхностей деталей по сравнению с прототипом (см. патент РФ №2201323, МПК B24B 30/00, Бюл. №9, 2003 г.). позволяет в 1,4-1,6 раза уменьшить амплитуду A и в 1,3-1,7 раза частоту f колебания деформирующего ролика, а также уменьшить параметры шероховатости обработанной поверхности: Ra на 15-20%, R_max на 30-40%, S_m в 1,3-1,4 раза.Studies have been carried out that have confirmed the advantage of the proposed device for hardening-finishing rolling of surfaces of parts in comparison with the prototype (see RF patent No. 2201323, IPC B24B 30/00, Bull. No. 9, 2003). Tests were performed on cylindrical stepless rollers with a diameter of 30 mm and a length of 250 mm from 12KhZN, 30KhGSA, Kh18N9T steels subjected to preliminary grinding. Devices for hardening-finishing rolling of surfaces of parts were installed on the support of a mod screw-cutting machine. 1A620. The following break-in modes were adopted: the pressure of the roller on the work surface P = 1000N, the longitudinal feed of the deforming roller S _CR = 0.02 mm / s, the rotational speed of the workpiece n = 160 rpm. The evaluation of the efficiency of rolling was carried out according to the roughness parameters of the treated surface R a , R _max , S _m and vibration parameters: amplitude A and frequency f of the vibration of the deforming roller. The results of comparative tests of devices for hardening and finishing rolling parts are shown in table 2, the analysis of which shows that the use of the proposed device for hardening and finishing rolling surfaces of parts in comparison with the prototype (see RF patent No. 2201323, IPC B24B 30/00, Bull No. 9, 2003). allows to reduce the amplitude A and 1.3-1.7 times the frequency f of the oscillation of the deforming roller by 1.4-1.6 times, and also reduce the roughness parameters of the processed surface: R a by 15-20%, R _max by 30- 40%, S _m 1.3-1.4 times.

Claims

A device for hardening and finishing wrapping surfaces of parts with surface plastic deformation, comprising a housing, a fork mounted on a fixed axis, rotatable by a deforming roller, a slider associated with a step drive and mounted with reciprocating movement, a control unit made in the form of a signal generator the frequency and amplitude of the stepper drive, a gear transmission with a rack mounted with the possibility of longitudinal movement between two springs, while the can is kinematically connected with the rack by a gear transmission, and the springs are mounted with the possibility of adjusting the impact force, characterized in that the fork is removable with the possibility of setting the axis of the deforming roller at a distance L = (2.0-2.5) D from the axis of the slide, and the working the profile of the roller has a chamfer b = (0.10-0.15) B, where D is the diameter of the deforming roller, B is the height of the roller.