RU155751U1 - Устройство для дорнования отверстий с наложением ультразвуковых колебаний - Google Patents

Abstract

Устройство для дорнования отверстий заготовок с наложением ультразвуковых колебаний, содержащее установленное на столе станка приспособление для закрепления заготовки, ванну с СОЖ, генератор ультразвуковых колебаний, вибратор, который выполнен подвижным по оси вертикального перемещения инструмента для дорнования, и следящую систему, поддерживающую постоянным расстояние от торца вибратора до середины заходной части инструмента для дорнования и включающую золотник с копировальным пальцем, взаимодействующим с планкой, гидравлически связанный с надпоршневой и подпоршневой полостями гидроцилиндра, причем шток поршня жестко связан с вибратором и корпусом золотника, отличающееся тем, что инструмент для дорнования выполнен в виде дорна с синусоидальными канавками на его заборной и выглаживающей частях.

Description

Устройство для дорнования отверстий с наложением ультразвуковых колебаний

Решение относится к технологии машиностроения, в частности, к поверхностно пластической деформации точных отверстий деталей из сталей и сплавов дорнованием с применением источника ультразвукового воздействия.

Известно устройство (патент РФ № 2382692 В24В 37/02 опубл. 10.02.10) для обработки отверстий с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК), включающее источник УЗК, содержащий стержень с опорным торцом, деформирующий и промежуточный элементы и стержень источника УЗК скреплены нежестко между собой и центрированы по оси обрабатываемого отверстия посредством выполненных по центру на контактных поверхностях их торцов выступов или отверстий для последовательного свободного размещения выступа одного из элементов в отверстии другого, причем деформирующий элемент выполнен с максимальным поперечным сечением большим, а промежуточный элемент - меньшим, чем обрабатываемое отверстие, при этом площадь поперечного сечения контактной поверхности торца деформирующего элемента соответствует площади поперечного сечения контактной поверхности торца промежуточного элемента, а деформирующий элемент выполнен сферической, коническо-цилиндрической, конической формы и с удлинителем в виде стержня, по центру торца которого выполнено отверстие и выступы.

Однако конструкция устройства не предусматривает подачу смазки или иной технологической среды в зону контактирования дорна с поверхностью отверстия заготовки, что снижает качество поверхностного слоя, в частности снижается равномерность распределения остаточных напряжений сжатия и шероховатости, а эффективность воздействия УЗК достигается деформирующим элементом с максимальным поперечным сечением большим чем обрабатываемое отверстие через промежуточный элемент от стержня источника УЗК, которые нежестко скреплены между собой, что снижает точность обработанного отверстия.

Известен способ (патент РФ № 2221665 B21D 26/02 опубл. 10.01.04) обработки отверстий с использованием давления текучей среды, включающий размещение заготовки с отверстием в матрице, обработку отверстия путем проталкивания в него дорна посредством пуансона, взаимодействующего с источником проталкивающей силы, подачу текучей среды, образующей между дорном и поверхностью отверстия изолирующий жидкостный слой, передающий деформирующее усилие, регулирование давления текучей среды, а в качестве источника проталкивающей силы используют гидропресс, воздействующий на пуансон, который производит проталкивание дорна за счет усилия гидропресса, при этом отверстие в заготовке заранее заполняют текучей средой, давление которой в заготовке регулируют при помощи гидродросселя, соединенного с полостью матрицы, и производят извлечение обработанной заготовки при помощи выталкивателя, кинематически связанного с пуансоном, а в качестве текучей среды используют вязкую смазку, а также содержащее основание с матрицей для заготовки, пуансон для проталкивания дорна через отверстие в заготовке, механизм регулирования давления текучей среды в заготовке и на пуансоне, установленном с возможностью взаимодействия с рабочим органом гидропресса, при помощи упругого элемента закреплен с возможностью взаимодействия с заготовкой кольцевой упор, при этом устройство оборудовано выталкивателем заготовки, который содержит упор, размещенный внутри матрицы, и хвостовик, кинематически связанный с пуансоном, причем упор имеет глухое аксиальное отверстие, соосное отверстию в заготовке, и сквозной радиальный канал, а механизм регулирования давления содержит гидродроссель, соединенный с полостью матрицы через выполненный в ней сквозной радиальный канал, а хвостовик выталкивателя связан с пуансоном посредством коромысла и тяг.

Однако пластическая деформация отверстия в заготовке, заранее заполняемого текучей средой в виде вязкой смазки, осуществляется ее давлением в виде изолирующего жидкостного слоя, который передает деформирующее усилие от дорна к поверхности отверстия, а не непосредственно деформирующим инструментом - дорном, что снижает эффективность процесса деформирования заготовки, не обеспечивает заданную шероховатость поверхности, снижает величину и глубину распространения остаточных напряжений сжатия.

Известен дорн для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя (патент РФ № 132750 В24В39/02 опубл. 27.09.13), включающий корпус с заборной частью, радиальные каналы и канавку для подвода суспензии из антифрикционного порошка и связующего, а канавка выполнена синусоидальной.

Однако конструкция дорна для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя не предусматривает воздействия УЗК, которые обеспечивают гарантированное проникновение технологической жидкости (СОЖ, суспензии) под воздействием УЗК и возникающих при этом эффектов (кавитационные, тепловые, механические, химические, акустические течения и др.) в зоне обработки.

В качестве прототипа принято устройство для обработки деталей металлорежущим инструментом (свидетельство на полезную модель РФ № 11115 6В23В37/00, В24В 1/00 опубл. 16.09.99. Бюл. № 9), содержащее установленное на столе станка приспособление для закрепления заготовки, ванну с СОЖ, генератор УЗК и вибратор, который выполнен подвижным по оси вертикального перемещения инструмента, при этом устройство снабжено следящей системой, поддерживающей постоянным расстояние от торца вибратора до середины заходной части инструмента, включающей золотник с копировальным пальцем, взаимодействующим с планкой, укрепленной на шпинделе станка, гидравлически связанный с надпоршневой и подпоршневой полостями гидроцилиндра, а шток поршня жестко связан с вибратором и корпусом золотника.

Недостатком устройства по прототипу является обеспечение им только процесса формирования внутренних резьб в заготовках и исключает применение отделочной упрочняющей обработки внутренних цилиндрических поверхностей поверхностно-пластической деформацией (ППД).

Задачей предлагаемого решения является повышение качества и производительности процесса отделочно-упрочняющей обработки внутренних цилиндрических поверхностей дорнованием в глубоких отверстиях различных диаметров (до 100 мм) в изделиях из труднообрабатываемых материалов (титановые, нержавеющие сплавы и др.) благодаря силовому воздействию элементов дорна и гарантированному проникновению технологической жидкости (СОЖ, суспензии) под воздействием УЗК.

Технический результат - повышение качества и производительности процесса поверхностно пластической деформации дорнованием отверстий.

Этот технический результат достигается тем, что предложено устройство для дорнования отверстий с наложением ультразвуковых колебаний, содержащее установленное на столе станка приспособление для закрепления заготовки, ванну с СОЖ, генератор ультразвуковых колебаний и вибратор, который выполнен подвижным по оси вертикального перемещения инструмента, при этом устройство снабжено следящей системой, поддерживающей постоянным расстояние от торца вибратора до середины заходной части инструмента, включающей золотник с копировальным пальцем, взаимодействующим с планкой, гидравлически связанный с надпоршневой и подпоршневой полостями гидроцилиндра, а шток поршня жестко связан с вибратором и корпусом золотника, а инструмент выполнен в виде дорна с синусоидальными канавками на заборной и выглаживающей его частях.

При воздействии УЗК на технологическую жидкость (СОЖ, суспензию) в ней возникают различные эффекты: кавитационные, тепловые, механические, химические, акустические течения и др., которые в значительной мере усиливают проникающую способность, образующейся при этом в результате высоких локальных температур (до 1000 ºС) и давлений (более 100МПа) газожидкостной технологической среды в зону контакта инструмент (дорн) - обрабатываемый материал отверстия.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство.

Обрабатываемая деталь 1 жестко закреплена прижимами 2 в корпусе 3, который закреплен на специальном неподвижном столе 4 пазовыми болтами 5. Верхняя часть корпуса 3 с деталью и обрабатывающим ППД инструментом - дорном 6 помещена в подвижную ванну 7, наполненную технологической жидкостью (СОЖ, суспензия).

Для возбуждения УЗК технологической жидкости в конструкции устройства предусмотрен ультразвуковой генератор УЗГ-2.5М (на фигуре не показан), обеспечивающий постоянные максимальные по амплитуде УЗК в жидкости ванны 7 в процессе обработки ППД, а также предусмотрена следящая система (аналогично гидрокопировальному станку), благодаря которой выдерживается постоянным расстояние (зазор L) между торцем обрабатывающего инструмента - дорна 6 и вибратором 8 ультразвуковой головки 9.

Следящая система включает золотниковый узел 10, соединенный с обрабатывающим инструментом - дорном 6 через планку 11 и копировальный палец 12, гидроцилиндр 13 с штоком 14, соединенные с золотниковым узлом 10 жестко с помощью сварной трубы 15, бак 16 с технологической жидкостью (СОЖ, суспензией), насос 17, предохранительный клапан 18, дроссель 19.

Узлы и детали конструкции устройства объединены между собой системой гибких трубопроводов 20, 21, 22, 23 с каналами, соединяющими: 20 - бак 16 с маслом, насос 17, дроссель 19 с подпоршневой полостью гидроцилиндра 13; 21 - бак с маслом 16, предохранительный клапан 18 с подпоршневой полостью гидроцилиндра 13; 22 - золотниковый узел 10 с подпоршневой полостью гидроцилиндра 13; 23 - золотниковый узел 10 с баком 16 для слива технологической жидкости (СОЖ, суспензии).

На штоке 14 гидроцилиндра 13 через плиту крепится ультразвуковая головка 9, вибратор 8, которой вводится через отверстие стола 4 в отверстие корпуса 3 устройства, образуя замкнутый объем, наполненный технологической жидкостью (СОЖ, суспензия), в котором возбуждаются УЗК.

Для охлаждения магнитострикционного вибратора в корпусе ультразвуковой головки 9 через штуцеры 24 и 25 циркулирует охлаждающая жидкость (вода).

Обрабатывающий ППД инструмент, выполненный в виде дорна 6, на котором для повышения эффективности процесса обработки дорнованием имеются две синусоидальных канавки, одна из которых 26 расположена на заборной (деформирующей) конической части дорна, а вторая 27 на выглаживающем цилиндрическом пояске дорна 6. Наличие второй синусоидальной канавки 27 на выглаживающей части дорна 6 позволяет увеличить площадь контактирования технологической жидкости (суспензии, СОЖ) за счет затекания ее по синусоидальной канавке в зону ППД обрабатываемой поверхности детали 1 и уменьшить усилие дорнования Q(P).

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При подводе дорна 6 к обрабатываемой детали 1 в момент касания планки 11 копировального пальца 12 золотниковый узел 10 находится в нейтральном положении, а силы от давления технологической жидкости (СОЖ, суспензии), создаваемые насосом 17 в надпоршневой и подпоршневой полостях гидроцилиндра 13, благодаря дросселю 19, установленному на трубопроводе 20, и предохранительному клапану 18 уравновешивают и удерживают шток 14 поршня гидроцилиндра 13 и ультразвуковой головкой 9 с вибратором 8 в заданном нейтральном положении, создавая тем самым необходимое оптимальное расстояние (зазор L) между обрабатываемым изделием 1 и вибратором 8 УЗК.

При дальнейшем движении дорна 6 происходит нажатие планки 11 на копировальный палец 12, при этом сферическая часть (шарик) копировального пальца 12 заскакивает в гнездо золотникового узла 10, смещая его в осевом направлении и открывая канал 23 трубопровода для слива технологической жидкости (СОЖ, суспензии) в бак 16.

С этого момента следящая система будет отслеживать перемещение дорна 6, сохраняя постоянным зазор L. Это происходит следующим образом: слив СОЖ через золотник 10 и канал 23 в бак 16 вызовет падение давления в подпоршневой полости гидроцилиндра 13 и, следовательно, перемещение штока 14 с ультразвуковой головкой 9 и вибратором 8 вниз ровно на величину перемещения дорна 6, связанного с перемещением планки 11. При этом давление в надпоршневой полости гидроцилиндра 13 благодаря дросселю 19 сохранится постоянным.

По окончании дорнования и вывода дорна 6 из отверстия детали 1 планка 11 перестает оказывать давление на палец 12 и под действием пружины (не указана) золотник 10 возвращается в нейтральное положение, перекрывая каналы 22 и 23. В нижней полости цилиндра давление начинает восстанавливаться, а шток с УЗК головкой перемещается вверх, занимая исходное (заданное) положение для обработки следующей заготовки детали. Давление в системе выравнивается, СОЖ будет циркулировать через предохранительный клапан по каналу 21.

Предлагаемое устройство позволяет осуществлять ППД дорнованием глубоких отверстий различных диаметров (до 100 мм) в изделиях из труднообрабатываемых материалов (титановые, нержавеющие сплавы и др.) благодаря гарантированному проникновению технологической жидкости (СОЖ, суспензии) под воздействием УЗК и возникающих при этом эффектов в зоне обработки.

В результате формируется упрочненный поверхностный слой отверстия с остаточными напряжениями сжатия σ_ост=400÷700 МПа и шероховатостью поверхности R_а=0,16÷0,32 мкм.

Claims (1)

1. Устройство для дорнования отверстий заготовок с наложением ультразвуковых колебаний, содержащее установленное на столе станка приспособление для закрепления заготовки, ванну с СОЖ, генератор ультразвуковых колебаний, вибратор, который выполнен подвижным по оси вертикального перемещения инструмента для дорнования, и следящую систему, поддерживающую постоянным расстояние от торца вибратора до середины заходной части инструмента для дорнования и включающую золотник с копировальным пальцем, взаимодействующим с планкой, гидравлически связанный с надпоршневой и подпоршневой полостями гидроцилиндра, причем шток поршня жестко связан с вибратором и корпусом золотника, отличающееся тем, что инструмент для дорнования выполнен в виде дорна с синусоидальными канавками на его заборной и выглаживающей частях.

   

Images