RU2089372C1

RU2089372C1 - Strengthening tool

Info

Publication number: RU2089372C1
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Довгалев
Original assignee: Александр Михайлович Довгалев
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1997-09-10

Abstract

FIELD: plastic metal working, namely deforming and strengthening low-rigidity parts of machines. SUBSTANCE: tool includes body of non-magnetic material, two steel jaws with identical profiles restricted by periodic closed curve whose recesses are filled by inserts of non-magnetic material forming annular chamber opened from axis of tool to its periphery; annular axially magnetized permanent magnet placed on bottom of said annular chamber; deforming members. Said deforming members are mounted in annular chamber with possibility of three-dimensional motion. Said jaws are shifted one relative to another in plane normal relative to axis of body by angle α=180 degrees/n, where n - number of apexes of periodical curve restricting profile of jaws. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области поверхностного пластического деформирования и может быть использовано для упрочняющей обработки маложестких деталей машин. The invention relates to the field of surface plastic deformation and can be used for hardening processing of low-rigidity machine parts.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является инструмент для упрочняющей обработки, содержащий корпус, изготовленный из немагнитного материала, две стальные щечки, имеющие идентичный фасонный профиль в виде периодической замкнутой кривой, впадины которого заполнены вставками из немагнитного материала, образующие кольцевую камеру, открытую от оси инструмента к его периферии, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных перемещений (авт. св. по заявке N 4730821/27 (111366). The closest in technical essence and the achieved positive effect to the invention is a tool for hardening processing, comprising a body made of non-magnetic material, two steel cheeks having an identical shaped profile in the form of a periodic closed curve, the troughs of which are filled with inserts of non-magnetic material, forming an annular chamber open from the axis of the tool to its periphery, an annular permanent magnet with axial magnetization mounted on the bottom of the annular chamber, deform elements located in an annular chamber with the possibility of spatial movement (ed. St. on the application N 4730821/27 (111366).

К недостаткам указанного инструмента следует отнести то, что деформирующие элементы осуществляют периодические (упорядоченные) колебательные перемещения только в плоскости симметрии кольцевой камеры. В результате деформирующие элементы воздействуют на микровыступы поверхности детали в одном направлении. Это затрудняет процесс поверхностного пластического деформирования, так как не способствует "разглаживанию" микровыступов на поверхности детали. В связи с этим возрастает (увеличивается) шероховатость и волнистость обработанной поверхности детали. The disadvantages of this tool include the fact that the deforming elements carry out periodic (ordered) oscillatory movements only in the plane of symmetry of the annular chamber. As a result, the deforming elements act on the microprotrusions of the surface of the part in one direction. This complicates the process of surface plastic deformation, since it does not contribute to the "smoothing" of microprotrusions on the surface of the part. In this regard, the roughness and waviness of the treated surface of the part increases (increases).

Цель изобретения повышение качества обработанной поверхности за счет снижения шероховатости и волнистости поверхности. The purpose of the invention is to improve the quality of the treated surface by reducing surface roughness and waviness.

Поставленная цель достигается тем, что в известном инструменте для упрочняющей обработки, содержащем корпус, изготовленный из немагнитного материала, две стальные щечки, имеющие идентичный фасонный профиль в виде периодической замкнутой кривой, впадины которого заполнены вставками из немагнитного материала, образующие кольцевую камеру, открытую от оси инструмента к его периферии, кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры, деформирующие элементы, расположенные в кольцевой камере с возможностью осуществления пространственных перемещений, согласно изобретению, щечки смещены друг относительно друга на угол, величину которого определяют из соотношения:
α = 180^°/n,
где α угол относительного смещения щечек инструмента;
n число вершин периодического профиля щечек.This goal is achieved by the fact that in the known tool for hardening processing, comprising a body made of non-magnetic material, two steel cheeks having an identical shaped profile in the form of a periodic closed curve, the troughs of which are filled with inserts of non-magnetic material, forming an annular chamber open from the axis tool to its periphery, an annular permanent magnet with axial magnetization mounted on the bottom of the annular chamber, deforming elements located in the annular chamber with the possibility of spatial movements, according to the invention, the cheeks are offset relative to each other by an angle, the value of which is determined from the ratio:
α = 180 ^° / n,
where α is the angle of relative displacement of the tool cheeks;
n is the number of vertices of the periodic profile of the cheeks.

Такое выполнение инструмента обеспечивает периодические колебательные перемещения деформирующих элементов (наряду с колебательными перемещениями деформирующих элементов в плоскости симметрии кольцевой камеры) в осевом направлении инструмента, что приводит к усложнению траектории движения деформирующих элементов. В результате деформирующие элементы воздействуют на микровыступы обрабатываемой поверхности с различных направлений (как в нормальном направлении к обрабатываемой детали, так и под углом к ней, в боковом направлении). Это облегчает процесс поверхностного пластического деформирования, "разглаживает" микронеровности и приводит к снижению шероховатости поверхности и волнистости. Качественные характеристики обработанной поверхности при этом повышаются. This embodiment of the tool provides periodic oscillatory movements of deforming elements (along with oscillatory movements of deforming elements in the plane of symmetry of the annular chamber) in the axial direction of the tool, which complicates the trajectory of movement of the deforming elements. As a result, the deforming elements act on the microprotrusions of the treated surface from various directions (both in the normal direction to the workpiece and at an angle to it in the lateral direction). This facilitates the process of surface plastic deformation, “smoothes” microroughnesses and leads to a decrease in surface roughness and waviness. The quality characteristics of the treated surface are enhanced.

На фиг. 1 изображен общий вид инструмента; на фиг. 2 вид А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a general view of the tool; in FIG. 2, view A in FIG. one.

Инструмент содержит корпус 1, изготовленный из немагнитного материала, две стальные щечки 2, 3, имеющие идентичный фасонный профиль 4 в виде периодической замкнутой кривой. Впадины фасонного профиля 4 щечек 2, 3 заполнены вставками 5 из немагнитного материала (см. фиг. 1, 2). Щечки 2, 3 образуют кольцевую камеру 6, открытую от оси 7 инструмента к его периферии. Инструмент содержит кольцевой постоянный магнит 8 с осевой намагниченностью, установленный на дне кольцевой камеры 6, деформирующие элементы 9, расположенные в кольцевой камере 6 с возможностью осуществления пространственных перемещений. The tool contains a housing 1 made of non-magnetic material, two steel cheeks 2, 3 having an identical shaped profile 4 in the form of a periodic closed curve. The depressions of the shaped profile of 4 cheeks 2, 3 are filled with inserts 5 of non-magnetic material (see Fig. 1, 2). Cheeks 2, 3 form an annular chamber 6, open from the axis 7 of the tool to its periphery. The tool contains an annular permanent magnet 8 with axial magnetization mounted on the bottom of the annular chamber 6, deforming elements 9 located in the annular chamber 6 with the possibility of spatial movement.

Щечки 2, 3 инструмента смещены друг относительно друга на угол a, величину которого определяют из соотношения:
a 360^o/2n 180^o/n,
где a угол относительного смещения щечек инструмента;
n число вершин периодического профиля щечек.The cheeks 2, 3 of the tool are offset from each other by an angle a, the value of which is determined from the ratio:
a 360 ^o / 2n 180 ^o / n,
where a is the angle of relative displacement of the tool cheeks;
n is the number of vertices of the periodic profile of the cheeks.

При смещении щечек 2, 3 на угол a обеспечивается (наряду с периодическими колебаниями деформирующих элементов в плоскости симметрии кольцевой камеры инструмента) периодическое смещение деформирующих элементов 9 в осевом направлении инструмента (вдоль оси 7 инструмента). При всех остальных значениях угла относительного смещения щечек 2, 3 при перемещении (в процессе обработки) деформирующих элементов 9 вдоль кольцевой камеры 6 на деформирующие элементы 9 в осевом направлении инструмента будет действовать сила магнитного притяжения деформирующих элементов 9 к стальным участкам щечек 2, 3. В результате деформирующие элементы 9 будут осуществлять в осевом направлении инструмента непериодические колебательные перемещения, вследствие чего качественные характеристики обработанной поверхности снизятся. With the displacement of the cheeks 2, 3 by an angle a, a periodic displacement of the deforming elements 9 in the axial direction of the tool (along the axis 7 of the tool) is ensured (along with periodic vibrations of the deforming elements in the plane of symmetry of the annular chamber of the tool). For all other values of the angle of relative displacement of the cheeks 2, 3 during the movement (during processing) of the deforming elements 9 along the annular chamber 6, the force of magnetic attraction of the deforming elements 9 to the steel sections of the cheeks 2, 3 will act on the deforming elements 9 in the axial direction of the tool. As a result, the deforming elements 9 will carry out non-periodic oscillatory movements in the axial direction of the tool, as a result of which the quality characteristics of the treated surface will decrease.

Деталь 10 устанавливают в патроне, а корпус 1 инструмента в шпинделе 11 станка. Посредством осевого перемещения инструмента деформирующие элементы 9 вводят в полость обрабатываемого отверстия детали 10. Шпинделю 11 (корпусу 1) сообщают вращение и перемещают инструмент вдоль обрабатываемой поверхности. Part 10 is installed in the chuck, and the tool body 1 in the spindle 11 of the machine. By axial movement of the tool, the deforming elements 9 are introduced into the cavity of the hole to be machined in the part 10. The spindle 11 (housing 1) is informed of the rotation and the tool is moved along the surface to be machined.

Под действием магнитного поля (от магнита 8) деформирующие элементы 9 разгоняются в окружном направлении кольцевой камеры 6 и воздействуют на микро- и макровыступы обрабатываемой камеры 10, осуществляя их сглаживание (деформирование). Перемещаясь в окружном направлении кольцевой камеры 6, деформирующие элементы 9 располагаются то напротив вершин, то напротив впадин фасонного профиля 4 щечек 2, 3. Вследствие этого деформирующие элементы 9 периодически попадают в область с максимальной и минимальной напряженностью магнитного поля. Под действием периодически изменяющегося по величине магнитного поля деформирующие элементы 9 то отрываются, то приближаются к обрабатываемой поверхности детали 10 (при расположении деформирующих элементов 9 напротив впадин периодического профиля 4 деформирующие элементы отрываются от обрабатываемой поверхности, и наоборот). Under the influence of a magnetic field (from magnet 8), the deforming elements 9 are accelerated in the circumferential direction of the annular chamber 6 and act on the micro- and macroprotrusions of the treated chamber 10, smoothing (deforming) them. Moving in the circumferential direction of the annular chamber 6, the deforming elements 9 are located opposite the peaks, then opposite the depressions of the shaped profile 4 of the cheeks 2, 3. As a result, the deforming elements 9 periodically fall into the region with the maximum and minimum magnetic field strength. Under the action of a magnetic field periodically changing in magnitude, the deforming elements 9 tear off, then approach the workpiece surface 10 (when the deforming elements 9 are located opposite the depressions of the periodic profile 4, the deforming elements detach from the workpiece, and vice versa).

Так как щечки 2, 3 смещены на угол a (величина этого угла определяется из соотношения 1), то при расположении деформирующего элемента 9 напротив вершин периодического профиля 4 левой щечки 2 этот же деформирующий элемент расположен напротив впадины периодического профиля 4 правой щечки 3. При этом на деформирующий элемент 9 действует в осевом направлении инструмента сила магнитного притяжения к участку вершин периодического профиля 4 левой щечки 2, так как на периодическом профиле 4 правой щечки 3 расположена впадина, заполненная вставкой 5 из немагнитного материала, а силовые линии магнитного поля от магнита 8 замыкаются непосредственно через участок вершины щечки 2 (выполненный из магнитного материала) и деформирующий элемент 9. Сила, действующая в этом случае на деформирующий элемент в осевом направлении, направлена справа налево. При дальнейшем перемещении деформирующих элементов 9 вдоль кольцевой камеры 6 уже у правой щечки 3 будет расположена вершина периодического профиля 4, а у левой щечки 3 расположена впадина аналогичного профиля. В связи с этим силовые линии магнитного поля от магнита 8 замыкаются через деформирующий элемент 9 и участок вершины периодического профиля 4 у правой щечки 3, что обеспечивает притяжение деформирующего элемента 9 к участку вершины периодического профиля 4 уже правой щечки. При этом действующая на деформирующие элементы 9 сила магнитного притяжения действует слева направо (т. е. направлена противоположно рассмотренному выше случаю). Так как положение деформирующих элементов (в процессе их перемещения вдоль кольцевой камеры 6) относительно периодического профиля 4 щечек 2, 3 периодически изменяется, то на деформирующие элементы 9 действует периодическая сила магнитного притяжения, изменяющая периодически свое направление на 180^oC. При этом на микро- и макровыступы обрабатываемой поверхности (наряду с нормально направленной к ним силой) действует и боковая сила, изменяющая периодически свое направление на 180^oC. Деформирующие элементы при этом приобретают еще одно колебательное движение в осевом направлении инструмента. Суммарная траектория деформирующих элементов 9 при этом усложняется. Процесс поверхностного пластического деформирования микро- и макронеровностей обрабатываемой поверхности перемещающимися по сложной периодической поверхности деформирующими элементами обеспечивает "разглаживание" этих микронеровностей и снижает шероховатость и волнистость поверхности. Качественные характеристики обработанной поверхности при этом повышаются.Since the cheeks 2, 3 are offset by an angle a (the value of this angle is determined from relation 1), when the deforming element 9 is located opposite the vertices of the periodic profile 4 of the left cheek 2, the same deforming element is located opposite the trough of the periodic profile 4 of the right cheek 3. on the deforming element 9 acts in the axial direction of the tool the force of magnetic attraction to the site of the vertices of the periodic profile 4 of the left cheek 2, since on the periodic profile 4 of the right cheek 3 there is a cavity filled with an insert 5 of n magnetic material and the magnetic field lines from the magnet 8 directly through the closed top portion cheeks 2 (made from magnetic material) and the deforming element 9. The force in this case, the deforming element in the axial direction, is directed from right to left. With further movement of the deforming elements 9 along the annular chamber 6, the top of the periodic profile 4 will be located at the right cheek 3, and a depression of a similar profile will be located at the left cheek 3. In this regard, the magnetic field lines from the magnet 8 are closed through the deforming element 9 and the vertex portion of the periodic profile 4 at the right cheek 3, which ensures the attraction of the deforming element 9 to the vertex portion of the periodic profile 4 already on the right cheek. In this case, the force of magnetic attraction acting on the deforming elements 9 acts from left to right (i.e., it is directed opposite to the case considered above). Since the position of the deforming elements (in the process of their movement along the annular chamber 6) relative to the periodic profile 4 of the cheeks 2, 3 periodically changes, then the deforming elements 9 are affected by a periodic force of magnetic attraction, which periodically changes its direction by 180 ^o C. - and macroprotrusions of the treated surface (along with the force normally directed to them), a lateral force also acts periodically, changing its direction by 180 ^o C. The deforming elements thus acquire another vibration axial movement of the tool. The total trajectory of the deforming elements 9 is complicated. The process of surface plastic deformation of micro- and macro-irregularities of the treated surface by deforming elements moving along a complex periodic surface ensures the “smoothing” of these micro-irregularities and reduces the surface roughness and waviness. The quality characteristics of the treated surface are enhanced.

В качестве примера конкретного выполнения можно привести обработку тонкостенной втулки из бронзы БрA10Mц2Л на станке модели 16К20 ПФ1, оснащенным специальным шпинделем. An example of a specific implementation is the processing of a thin-walled sleeve made of BrA10Mts2L bronze on a machine model 16K20 PF1 equipped with a special spindle.

Диаметр обработки 120 мм; длина обработки 100 мм. Diameter of processing is 120 mm; processing length 100 mm.

В качестве деформирующих элементов использовали шарики диаметром 9 мм (ШХ15, ШРС_э 62). Размеры постоянного кольцевого магнита (D x d x h): 80 x 20 x 15 мм. Материал магнита SmCO₅. Величина магнитной индукции в зоне кольцевой камеры инструмента 0,6 Тл. Размер между высшей и нижней точками периодической кривой профиля щечки 15 мм. Полупериод периодической кривой профиля щечек 40 мм. Угол смещения щечек друг относительно друга определяли из выражения (1):
α = 180^°/4 = 45^°.
Число вершин периодического профиля щечек n 4 шт.Balls with a diameter of 9 mm (ШХ15, ШРС _e 62) were used as deforming elements. Dimensions of the permanent ring magnet (D xdxh): 80 x 20 x 15 mm. SmCO magnet material ₅ . The magnitude of the magnetic induction in the zone of the annular chamber of the instrument is 0.6 T. The size between the highest and lower points of the periodic curve of the profile of the cheek is 15 mm. Half period of the periodic curve of the profile of the cheeks 40 mm. The angle of displacement of the cheeks relative to each other was determined from the expression (1):
α = 180 ^° / 4 = 45 ^° .
The number of vertices of the periodic profile of the cheeks n 4 pcs.

Материал профиля щечек сталь 3. Материал немагнитных вставок впадин периодического профиля щечек Д16Т. The material of the profile of the cheeks is steel 3. The material of the non-magnetic inserts of the troughs of the periodic profile of the cheeks is D16T.

Режимы обработки: скорость вращения инструмента 2 м/с; осевая подача инструмента 250 мм/мин; глубина упрочнения 0,15 мм. Processing modes: tool rotation speed 2 m / s; axial feed of the tool 250 mm / min; hardening depth 0.15 mm.

При обработке инструментом-прототипом шероховатость составляла R_a 1,25 0,80 мкм; волнистость 12 мкм.When machining with the prototype tool, the roughness was R _a 1.25 0.80 μm; waviness 12 microns.

При обработке предлагаемым инструментом шероховатость поверхности составляла R_a 0,32 0,10 мкм.When processing the proposed tool, the surface roughness was R _a 0.32 0.10 μm.

Предложенный инструмент обеспечивает повышение качественных характеристик обработанной поверхности, так как снижает шероховатость поверхности до R_a 0,32 0,10 мкм и уменьшает волнистость поверхности в 2 раза.The proposed tool provides an increase in the quality characteristics of the treated surface, as it reduces the surface roughness to R _a 0.32 0.10 μm and reduces the surface waviness by 2 times.

Claims

Tool for hardening processing, comprising a body of non-magnetic material, two steel cheeks mounted on the body coaxially with it, forming an annular chamber open from the axis of the tool to its periphery, and having an identical shaped profile bounded by a closed curve of a periodic profile, in the hollows of which there are inserts of non-magnetic material, an annular permanent magnet with axial magnetization mounted on the bottom of the annular chamber, deforming elements installed in the said chamber with possible Stu spatio displacement, characterized in that, to improve the quality by changing the nature of the effect on the treated surface in the direction of the tool axis, cheeks are mounted on the housing offset relative to one another in a plane perpendicular to the axis of the housing at an angle of 180 ^o / n, where n the number of vertices of the periodic curve that limits the profile of the cheeks.