RU2094214C1

RU2094214C1 - Device for electromechanical working

Info

Publication number: RU2094214C1
Application number: RU96104404A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Паршев; Н.Г. Дудкина; П.В. Шамигулов
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: metal working. SUBSTANCE: device is made up as a dynamometric housing with working head in sliding bearing of which a deforming tool is mounted on the axle. One of the bearings are made up as a screw pair. The axle together with the deforming tool, rigidly connected to it, is kinematically coupled with a low-speed motor mounted on the housing of the device. The motor allows the tool to move over periphery with a speed that exceeds the rate of allowable wearing out of the working profile of the deforming tool. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к упрочняюще-чистовой обработке поверхностей деталей пластическим деформированием и может быть использовано в машиностроении наружных цилиндрических поверхностей деталей, работающих в качестве подвижных сопряжений, с целью увеличения их долговечности. The invention relates to hardening-finishing processing of surfaces of parts by plastic deformation and can be used in mechanical engineering of the outer cylindrical surfaces of parts that work as movable mates, with the aim of increasing their durability.

Первый уровень развития данной обработки создание устройства для электромеханической обработки (ЭМО), выполненного в виде пружинной державки с неподвижно закрепленной на ней деформирующей пластиной [1]
Данный тип устройства имеет низкую долговечность деформирующего инструмента, так как вследствие постоянства точки контакта пластины с изделием она быстро изнашивается и выходит из строя.The first level of development of this processing is the creation of a device for electromechanical processing (EMO), made in the form of a spring holder with a deforming plate fixed on it [1]
This type of device has a low durability of the deforming tool, since due to the constancy of the contact point of the plate with the product, it quickly wears out and fails.

Второй уровень развития данной обработки создание устройства для ЭМО, содержащего динамометрический корпус с установленным в нем деформирующим инструментом, выполненным в виде свободно вращающегося ролика [2]
Данный тип устройства имеет низкую долговечность деформирующего инструмента, так как в контакте с изделием периодически находятся одни и те же точки рабочего профиля роликов, а высокая частота вращения роликов приводит к их преждевременному износу термоусталости, поскольку каждая точка рабочего профиля за один оборот ролика проходит цикл: нагрев охлаждения. При этом качество упрочнения обрабатываемой поверхности оказывается ниже, чем при выглаживании неподвижной пластиной, так как отсутствует сдвиговая составляющая деформации поверхностного слоя металла.The second level of development of this processing is the creation of a device for EMO, containing a dynamometer housing with a deforming tool installed in it, made in the form of a freely rotating roller [2]
This type of device has low durability of the deforming tool, since the same points of the working profile of the rollers are periodically in contact with the product, and the high frequency of rotation of the rollers leads to their premature wear of thermal fatigue, since each point of the working profile goes through the cycle during one revolution of the roller: heating cooling. In this case, the quality of hardening of the treated surface is lower than when smoothing with a fixed plate, since there is no shear component of the deformation of the surface layer of the metal.

К этому уровню относится также устройство для ЭМО, выполненное в виде динамометрического корпуса с установленной на его штоке рабочей головкой, в опорах скольжения которой на оси установлен свободно вращающийся ролик, при этом ось вращения ролика наклонена под определенным углом к оси вращения детали [3]
Данный тип устройства имеет малую долговечность деформирующего инструмента вследствие его износа по замкнутой кольцевой поверхности шириной, не превышающей ширину инструмента с поверхностью изделия, в то время как большая часть рабочего профиля ролика в контакт с обрабатываемой поверхностью не входит. Изменением угла наклона оси ролика к оси вращения деталей увеличить долговечность работы инструмента нельзя, так как новая кольцевая поверхность контакта деформирующего ролика с обрабатываемой поверхностью будет пересекаться с уже изношенной, что приводит к нарушению качества обработки. Кроме того, изменение угла наклона оси ролика к оси вращения детали приводит к изменению базовой составляющей деформации и ухудшению качества упрочнения поверхности.This level also includes a device for EMO, made in the form of a dynamometer housing with a working head mounted on its rod, in the sliding bearings of which a freely rotating roller is mounted on the axis, while the axis of rotation of the roller is inclined at a certain angle to the axis of rotation of the part [3]
This type of device has low durability of the deforming tool due to its wear on a closed annular surface with a width not exceeding the width of the tool with the surface of the product, while most of the working profile of the roller does not come into contact with the surface to be treated. Changing the angle of inclination of the roller axis to the axis of rotation of the parts cannot increase the durability of the tool, since the new annular contact surface of the deforming roller with the surface to be machined will intersect with the already worn out, which leads to a violation of the quality of processing. In addition, a change in the angle of inclination of the axis of the roller to the axis of rotation of the part leads to a change in the basic component of the deformation and a deterioration in the quality of surface hardening.

Третий уровень развития данной обработки создание устройства для ЭМО, выполненного в виде динамометрического корпуса с рабочей головкой, в опорах скольжения которой на оси неподвижно закреплен деформирующий ролик, а сама ось имеет возможность медленного вращения от специального привода [4]
Данный тип устройства имеет малую долговечность деформирующего инструмента, поскольку в контакте с обрабатываемой поверхностью изделия находятся периодически одни и те же точки рабочего профиля ролика, лежащие на замкнутой кольцевой поверхности шириной, равной ширине контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали.The third level of development of this processing is the creation of a device for EMF, made in the form of a dynamometer housing with a working head, in the sliding bearings of which a deforming roller is fixed on the axis, and the axis itself can rotate slowly from a special drive [4]
This type of device has low durability of the deforming tool, since periodically the same points of the working profile of the roller are lying in contact with the workpiece surface lying on a closed annular surface with a width equal to the width of the contact of the tool with the workpiece surface of the part.

Задача изобретения создание устройства для ЭМО, обеспечивающего наиболее полное использование всей поверхности рабочего профиля деформирующего инструмента путем последовательного введения в контакт с обрабатываемой поверхностью изделия новых неизношенных участков рабочего профиля деформирующего инструмента. The objective of the invention is the creation of a device for EMO, providing the most complete use of the entire surface of the working profile of the deforming tool by successively introducing new unworn sections of the working profile of the deforming tool into contact with the processed surface of the product.

Технический результат повышение долговечности деформирующего инструмента с сохранением качества упрочнения обрабатываемой поверхности. The technical result is an increase in the durability of the deforming tool while maintaining the quality of hardening of the treated surface.

Технический результат достигается тем, что устройство для электромеханической обработки выполнено в виде динамометрического корпуса с рабочей головкой, в опорах скольжения которой на оси установлен деформирующий инструмент, при этом одна из опор скольжения рабочей головки выполнена в виде пары с шагом винта S_b, определяемым из соотношения

где R_z шероховатость поверхности;
D_д диаметр обрабатываемого изделия,
а ось с неподвижно закрепленным на ней деформирующим инструментом кинематически связана гибким валом с установленным на динамометрическом корпусе низкооборотным двигателем, имеющем частоту вращения, определяемую из соотношения

где R_z шероховатость обрабатываемой поверхности;
D_p диаметр деформирующего инструмента;
t_н нормативная стойкость инструмента (с) при неподвижном контакте.The technical result is achieved by the fact that the device for electromechanical processing is made in the form of a dynamometer housing with a working head, in the sliding supports of which a deforming tool is mounted on the axis, while one of the sliding supports of the working head is made in the form of a pair with a screw pitch S _b determined from the relation

where R _{z the} surface roughness;
D _{d the} diameter of the workpiece,
and the axis with the deforming tool fixed on it is kinematically connected by a flexible shaft with a low-speed engine mounted on a dynamometer housing having a rotation frequency determined from the relation

where R _{z the} surface roughness;
D _{p the} diameter of the deforming tool;
t _{n the} standard tool life (s) when the contact is stationary.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 и 3 проекции поверхности контакта деформирующего инструмента с обрабатываемым изделием соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. In FIG. 1 shows the proposed device; in FIG. 2 and 3 projections of the contact surface of the deforming tool with the workpiece in vertical and horizontal planes, respectively.

Верхняя опора 6 образует с осью 8 винтовую пару с шагом винта, определяемым из условия

Данное условие обеспечивает величину шага винта большую, чем длина контакта А деформирующего инструмента с поверхностью обрабатываемой детали (фиг. 2).The upper support 6 forms a screw pair with axis 8 with a pitch of the screw, determined from the condition

This condition provides a screw pitch greater than the contact length A of the deforming tool with the surface of the workpiece (Fig. 2).

Из соотношения между хордой а и стрелой h сегмента радиуса r имеет

откуда

где r= D_д/2, а h из условия оптимального сглаживания микронеровностей поверхности принимается равной 0,85•R_z [Аскинази В.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. М. Машиностроение, 1977, с. 38] Тогда, учитывая, что R_z <<D_д и R_z <<D_p, имеем

и, учитывая, что должно выполняться условие A <S_b, получаем условие для величины шага винта

Нижний конец оси кинематически связан гибким валом с установленным на динамометрическом корпусе низкооборотным двигателем, обеспечивающим вращение оси с жестко закрепленным на ней деформирующим инструментом с частотой, определяемой условием

Частота вращения деформирующего инструмента обеспечивает скорость перемещения каждой точки рабочего профиля деформирующего инструмента такой, чтобы время нахождения каждой точки деформирующего инструмента в контакте с обрабатываемой поверхностью было меньше, чем нормативная стойкость данного материала инструмента при работе с неподвижным контактом.From the relation between the chord a and the arrow h of a segment of radius r,

where from

where r = D _d / 2, and h from the condition for optimal smoothing of surface irregularities is taken equal to 0.85 • R _z [Askinazi V.М. Hardening and restoration of parts by electromechanical processing. M. Engineering, 1977, p. 38] Then, given that R _z << D _d and R _z << D _p , we have

and, given that the condition A <S _b must be satisfied, we obtain the condition for the pitch of the screw

The lower end of the axis is kinematically connected by a flexible shaft with a low-speed motor mounted on the dynamometer housing, which provides rotation of the axis with a deforming tool rigidly fixed to it with a frequency determined by the condition

The rotational speed of the deforming tool provides a speed of movement of each point of the working profile of the deforming tool so that the time spent by each point of the deforming tool in contact with the work surface is less than the standard resistance of this material of the tool when working with a fixed contact.

Скорость поверхности рабочего профиля деформирующего инструмента в этом случае должна удовлетворять условию
V=B/t_н, (6)
где B ширина поверхности контакта деформирующего инструмента с обрабатываемой деталью (фиг.3).The surface velocity of the working profile of the deforming tool in this case must satisfy the condition
V = B / t _n , (6)
where B is the width of the contact surface of the deforming tool with the workpiece (Fig.3).

Из соотношения между хордой сегмента и его стрелой (3) следует

Тогда, учитывая, что V=П•D_p•n, имеем, подставив (7) в (6),

Устройство состоит (фиг. 1) из динамометрического корпуса 1, в котором находятся тарированная пружина 2 и шток 3, связанный с нагружающей гайкой 4. На штоке закреплена рабочая головка 5, в опорах скольжения которой 6 и 7 установлена ось 8 с жестко закрепленным на ней деформирующим инструментом 9, представляющим собой цилиндрический ролик диаметром D_p. При этом верхняя опора 6 образует с осью 8 винтовую пару с шагом винта, определяемым из условия

где D_д диаметр обрабатываемой детали;
R_z шероховатость поверхности детали.From the relationship between the chord of the segment and its arrow (3) follows

Then, given that V = П • D _p • n, we have, substituting (7) in (6),

The device consists (Fig. 1) of a dynamometer housing 1, in which there is a calibrated spring 2 and a rod 3 connected with a loading nut 4. A working head 5 is fixed on the rod, in the sliding bearings of which 6 and 7 there is an axis 8 with a rigidly fixed to it deforming tool 9, which is a cylindrical roller with a diameter of D _p . In this case, the upper support 6 forms with the axis 8 a screw pair with a pitch of the screw, determined from the condition

where D _{d the} diameter of the workpiece;
R _{z the} surface roughness of the part.

Нижний конец оси 8 кинематически связан гибким валом 10 с установленным на динамометрическом корпусе 1 низкооборотным двигателем 11, обеспечивающим вращение оси с жестко закрепленным на ней деформирующим инструментом с частотой из условия

где D_p диаметр деформирующего инструмента;
t_н нормативная стойкость деформирующего инструмента (с) при неподвижном контакте.The lower end of the axis 8 is kinematically connected by a flexible shaft 10 with a low-speed motor 11 mounted on the dynamometer housing 1, which provides rotation of the axis with a deforming tool rigidly fixed to it with a frequency from the condition

where D _{p the} diameter of the deforming tool;
t _{n the} standard resistance of the deforming tool (s) with a fixed contact.

Устройство работает следующим образом. Нагружающей гайкой 4 пружина 2 сжимается до необходимой степени, обеспечивающей требуемое деформирующее усилие. Деформирующий ролик 9 вводится в контакт с обрабатываемой поверхностью изделия, которому сообщается вращение. К клемме 12 и изделию 13 подводится рабочее напряжение от силового понижающего трансформатора. Через зону контакта деформирующего инструмента 9 с поверхностью изделия 13 проходит рабочий ток большой силы, обеспечивая упрочнение. Низкооборотный двигатель, вращаясь с частотой n_дв, обеспечивает медленный поворот деформирующего инструмента вокруг вертикальной оси, обеспечивая ввод в контакт с обрабатываемой поверхностью новых участков рабочего профиля ролика по мере износа.The device operates as follows. Load nut 4, the spring 2 is compressed to the required degree, providing the required deforming force. The deformation roller 9 is brought into contact with the workpiece surface to which rotation is communicated. An operating voltage from a power step-down transformer is supplied to terminal 12 and article 13. Through the contact zone of the deforming tool 9 with the surface of the product 13 passes a large working current, providing hardening. A low-speed engine, rotating with a frequency of n _dv , provides a slow rotation of the deforming tool around the vertical axis, providing new sections of the working profile of the roller in contact with the work surface as it wears out.

Выполнение условия, отраженного в (2), обеспечивает, что время нахождения каждой точки рабочего профиля деформирующего инструмента в контакте с обрабатываемой поверхностью изделия будет меньше, чем нормативная стойкость инструмента при неподвижном контакте. Fulfillment of the condition reflected in (2) ensures that the time spent by each point of the working profile of the deforming tool in contact with the workpiece surface is shorter than the standard tool resistance with fixed contact.

За каждый оборот деформирующий инструмент переместится в вертикальном направлении на величину шага винта

а поскольку шаг винта превышает высоту А контакта деформирующего инструмента с обрабатываемой поверхностью, то на каждом следующем обороте в контакт будут вступать новые участки рабочего профиля деформирующего инструмента.For each revolution, the deforming tool moves vertically by the pitch of the screw

and since the pitch of the screw exceeds the height A of the contact of the deforming tool with the surface being machined, then at each subsequent revolution new sections of the working profile of the deforming tool will come into contact.

Таким образом, достигается наиболее полное использование всего рабочего профиля деформирующего инструмента и его максимальная долговечность. Thus, the most complete use of the entire working profile of the deforming tool and its maximum durability are achieved.

В таблице представлены результаты испытаний на стойкость инструментов для ЭМО, изготовленных в виде неподвижных пластин; в виде свободно вращающихся роликов; в виде тороидальных роликов с принудительным вращением; в виде цилиндрических роликов с вертикальной осью вращения, устанавливаемых в предлагаемом устройстве для ЭМО деталей. The table shows the results of resistance tests of tools for EMO, made in the form of fixed plates; in the form of freely rotating rollers; in the form of toroidal rollers with forced rotation; in the form of cylindrical rollers with a vertical axis of rotation, installed in the proposed device for EMO parts.

Инструменты выполнялись из следующих марок твердого сплава: карбидовольфрамовые ВК8, ВК6М, ВК4; вольфрамовые Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10. The tools were made of the following grades of hard alloy: tungsten carbide VK8, VK6M, VK4; Tungsten T30K4, T15K6, T14K8, T5K10.

С целью получения сопоставимых результатов по стойкости рабочий профиль инструментов различного типа выбирался таким образом, чтобы обеспечивалась одинаковая площадь контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью. In order to obtain comparable results in terms of resistance, the working profile of tools of various types was chosen in such a way as to ensure the same contact area of the tool with the work surface.

Испытания стойкости инструмента проводились при ЭМО образцов из стали 45, предварительно обработанных чистовым точением до диаметра 45 мм и шероховатостью R_z 20 мкм.Tests of tool life were carried out with EMO of samples from steel 45, pre-processed by fine turning to a diameter of 45 mm and a roughness of R _z 20 μm.

Режимы ЭМО соответствовали оптимальному упрочнению стали 45: деформирующее удельное давление 350 МПа; сила тока 500 А; скорость обработки 0,2 м/с; продольная подача 0,05 мм/об. Обработка проводилась в один проход с охлаждением 10%-ным раствором эмульсии. EMO modes corresponded to the optimum hardening of steel 45: a deforming specific pressure of 350 MPa; current strength 500 A; processing speed 0.2 m / s; longitudinal feed 0.05 mm / rev. The treatment was carried out in one pass with cooling with a 10% emulsion solution.

За критерий выхода инструмента из строя принималось нарушение качества обработки поверхности, проявляющееся в увеличении шероховатости и появлении задиров. Стойкость инструмента оценивалась по времени его непрерывной работы до выхода из строя в каждом случае как среднее из результатов трех испытаний. The criterion for the failure of the tool was taken to be a violation of the quality of surface treatment, manifested in an increase in roughness and the appearance of scoring. The tool life was estimated by the time of its continuous operation until failure in each case as the average of the results of three tests.

Предлагаемое устройство позволяет значительно увеличить долговечность работы деформирующего инструмента за счет наиболее полного использования всей поверхности рабочего профиля деформирующего инструмента. При этом обеспечивается высокое качество упрочнения поверхности, свойственное ЭМО, неподвижными выглаживающими пластинами за счет максимальной сдвиговой составляющей пластической деформации. The proposed device can significantly increase the durability of the deforming tool due to the most complete use of the entire surface of the working profile of the deforming tool. At the same time, the high quality of surface hardening, which is characteristic of EMF, with fixed smoothing plates due to the maximum shear component of plastic deformation, is ensured.

Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является использование деформирующего инструмента, имеющего форму цилиндрического ролика, что снижает себестоимость его изготовления и последующих переточек по сравнению с роликами тороидальной формы, которые применяются в известных устройствах
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, а именно в области машиностроения и ремонтного производства, при изготовлении и ремонте деталей, имеющих форму цилиндрической наружной поверхности;
для изобретения подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение указанного выше технического результата.An additional advantage of the proposed device is the use of a deforming tool having the shape of a cylindrical roller, which reduces the cost of its manufacture and subsequent regrinding in comparison with the rollers of the toroidal shape, which are used in known devices
Thus, the above information indicates that when using the invention the following set of conditions:
the means embodying the invention in its implementation is intended for use in industry, namely in the field of mechanical engineering and repair production, in the manufacture and repair of parts having the shape of a cylindrical outer surface;
for the invention, the possibility of its implementation using the above or known prior to the priority date means and methods is confirmed;
means embodying the invention in its implementation, is able to achieve the above technical result.

Claims

A device for electromechanical machining of parts, made in the form of a dynamometer housing with a working head, in the sliding bearings of which on the axis having a rotation drive there is installed a deforming tool rigidly connected to the axis, characterized in that one of the sliding bearings of the working head is made in the form of a screw pair with screw pitch selected from the condition

and the axis of the working head is kinematically connected by a flexible shaft with a drive for its rotation mounted on a dynamometer housing in the form of a low-speed engine having a rotational speed

where S _{is the} pitch of the screw, m;
R _z surface roughness, m;
D _{d the} diameter of the workpiece, m;
n _d _{in the} engine speed, s ^- ¹ ;
D _{p the} diameter of the deforming tool, m;
t _{n the} standard resistance of the deforming tool with a fixed contact, p.