RU2219042C1

RU2219042C1 - Multirod apparatus for strengthening by surface plastic deforming

Info

Publication number: RU2219042C1
Application number: RU2002133577/02A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; А.В. Киричек; А.Г. Лазуткин; Д.Л. Соловьев; С.А. Силантьев; Б.И. Афанасьев
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2003-12-20

Abstract

FIELD: technological processes in machine engineering, namely apparatuses for strengthening parts of steels and alloys by surface plastic deforming. SUBSTANCE: multirod apparatus includes housing; deforming tool; hydraulic cylinder for static loading, cylinder with piston-striker, hydropneumatic pressure accumulator communicated with rod cavity of cylinder; rotating distributor with row of pressure and draining windows shifted one relative to another; small turbine for rotating rotor of distributor. Deforming tool is in the form of block of waveguides including rods with striker step and contact deforming steps. End surface of step is shaped, for example it is spherical one. All waveguides have the same length L₂ or in center of waveguide block may be placed guiding rod with length

taking no part in transmitting impact energy to blank. Waveguides of cylindrical block may be in the form of cylinders with diameter in cross section of striker step and contact step D₂₁ and D₂₂. respectively. Block of waveguides may be rectilinear. Waveguides are in the form of cylinders with diameter of cross section of contact step d₂₂ = D₂₂/(1+1/sin(2π/n) (where n - quantity of waveguides in block) and with rotation axes arranged along perimeter of circle with diameter (D₂₂-d₂₂), In center of block there is guiding rod with diameter (D₂₂-2•d₂₂)>d₂₂. Waveguides may be in the form of rods profiled as ring sectors with central angle α≤π, In center of block there is guiding cylindrical rod with diameter equal to inner diameter of ring. Waveguides of cylindrical and rectilinear blocks are in the form of rods profiled as polyhedrons. EFFECT: enlarged using range of strengthening process with enhanced efficiency. 8 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для упрочнения деталей из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием. The invention relates to mechanical engineering technology, in particular to devices for hardening parts from steels and alloys by surface plastic deformation.

Известно устройство для ультразвуковой обработки поверхности изделий, содержащее соединенные между собой электромеханический преобразователь, волновод, стаканообразную обойму, охватывающую торец волновода, размещенный между торцом волновода и дном обоймы набор бойков, каждый из которых выполнен в виде стержня с многогранной головкой, смонтированного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в отверстиях перфорированного дна обоймы. Конструкция устройства обеспечивает высокую производительность за счет увеличения частоты ударных импульсов и использования многобойкового инструмента. Однако не позволяет добиться высокой степени и большой глубины упрочнения вследствие низкой энергии ударов. A device for ultrasonic surface treatment of products is known, comprising an interconnected electromechanical transducer, a waveguide, a cup-shaped cage covering the end of the waveguide, a set of strikers located between the end of the waveguide and the bottom of the cage, each of which is made in the form of a rod with a multifaceted head mounted with the possibility of reciprocating translational movement in the holes of the perforated bottom of the cage. The design of the device provides high performance by increasing the frequency of shock pulses and the use of multi-shot tools. However, it is not possible to achieve a high degree and a large depth of hardening due to the low impact energy.

Известно гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием, содержащее корпус, деформирующий и поддерживающие инструменты, гидроцилиндры статического нагружения, цилиндр с поршнем-бойком, гидропневмоаккумулятор давления, соединенный со штоковой полостью цилиндра, вращающийся распределитель с рядом напорных и сливных окон, смещенных относительно друг друга, турбинку, вращающую ротор распределителя. Конструкция устройства обеспечивает высокую степень и большую глубину упрочнения за счет высокой энергии ударов и использования при ее передаче в упрочняемую поверхность волновых процессов. Однако для обеспечения небольших степеней и глубин упрочнения использование такого устройства не эффективно вследствие низкой производительности, так как за один удар бойка формируется один очаг деформации. A hydropercussion device for processing parts by surface plastic deformation is known, comprising a housing that deforms and supports tools, static loading cylinders, a cylinder with a striking piston, a pressure hydraulic accumulator connected to the cylinder rod cavity, a rotating distributor with a number of pressure and drain windows displaced relative to each other , impeller rotating the distributor rotor. The design of the device provides a high degree and a great depth of hardening due to the high energy of impacts and the use of wave processes during its transfer to the hardened surface. However, to ensure small degrees and depths of hardening, the use of such a device is not effective due to low productivity, since one deformation zone is formed in one hit of the striker.

Целью изобретения является расширение области применения упрочняющей обработки и увеличение производительности. The aim of the invention is to expand the scope of hardening processing and increase productivity.

Цель достигается тем, что деформирующим инструментом устройства является пакет волноводов, выполненный в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность контактной ступени - фасонная, например сферическая. Все волноводы могут иметь одинаковую длину L₂ или в центре пакета может располагаться направляющий стержень с длиной L'₂<L₂, не участвующий в передаче энергии удара заготовке. Пакет волноводов может иметь цилиндрическую форму с диаметром в сечении бойковой ступени D₂₁ и контактной ступени D₂₂ или прямоугольную форму. Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении контактной ступени d₂₂= D₂₂/(1+1/sin(2π/n)) (где n - количество волноводов в пакете), с осями вращения, расположенными по периметру окружности диаметром (D₂₂-d₂₂), a в центре пакета располагается направляющий стержень с диаметром (D₂₂-2•d₂₂)>>d₂₂. Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде секторов кольца с центральным углом α≤π, а в центре пакета располагается направляющий цилиндрический стержень с диаметром, равным внутреннему диаметру кольца. Волноводы цилиндрического и прямоугольного пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде многогранников.The goal is achieved by the fact that the deforming tool of the device is a package of waveguides made in the form of rods with a pin and contact deforming steps, and the end surface of the contact step is shaped, for example spherical. All waveguides can have the same length L ₂ or in the center of the packet can be a guide rod with a length L ' ₂ <L ₂ , not participating in the transfer of impact energy to the workpiece. The waveguide stack may have a cylindrical shape with a diameter in cross section of the gantry stage D ₂₁ and the contact stage D ₂₂ or a rectangular shape. The waveguides of a cylindrical package can be made in the form of cylinders with a diameter in the section of the contact stage d ₂₂ = D ₂₂ / (1 + 1 / sin (2π / n)) (where n is the number of waveguides in the package), with rotation axes located around the perimeter a circle with a diameter (D ₂₂ -d ₂₂ ), and in the center of the package there is a guide rod with a diameter (D ₂₂ -2 • d ₂₂ ) >> d ₂₂ . The waveguides of the cylindrical package can be made in the form of rods with a profile in the form of ring sectors with a central angle α≤π, and in the center of the package there is a guide cylindrical rod with a diameter equal to the inner diameter of the ring. The waveguides of a cylindrical and rectangular package can be made in the form of rods with a profile in the form of polyhedrons.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства. Figure 1 presents a schematic diagram of a device.

Устройство содержит корпус 1 со смонтированным на нем цилиндром 2, жестко связанным со штоком 3 и подпружиненным со стороны штока пружиной 4 поршнем 5 гидроцилиндра статического нагружения 6. В корпусе устройства с возможностью осевого перемещения установлен пакет волноводов 7, между проточками которых и корпусом 1 установлена упорная шайба 8. Внутри цилиндра 2 размещен поршень-боек 9, содержащий тормозную шейку 10. Поршневая 11 и штоковая 12 полости цилиндра 2 сообщены посредством вращающегося распределителя 13 с напорной и сливной магистралями. Цилиндр 2 снабжен сообщающейся со штоковой полостью 12 тормозной камерой 14, диаметральный размер которой несколько больше диаметра тормозной шейки 10 поршня-бойка 9. Штоковая полость 12 цилиндра 2 сообщена также с гидропневмоаккумулятором 15. The device comprises a housing 1 with a cylinder 2 mounted thereon, rigidly connected to the rod 3 and a piston 5 of a static loading hydraulic cylinder 6, spring loaded from the rod side by a spring 4. A package of waveguides 7 is installed in the device’s body with the possibility of axial movement, between which the resistances are installed and the case 1 washer 8. Inside the cylinder 2 there is a piston-striker 9 containing a brake collar 10. The piston 11 and the rod 12 of the cavity of the cylinder 2 are communicated by means of a rotary distributor 13 with pressure and drain lines. The cylinder 2 is equipped with a brake chamber 14 communicating with the rod cavity 12, the diametric size of which is slightly larger than the diameter of the brake neck 10 of the piston-hammer 9. The rod cavity 12 of the cylinder 2 is also connected to the hydraulic accumulator 15.

Вращающийся распределитель 13 выполнен в виде неподвижной гильзы 16 и вращающегося полого ротора 17, которые снабжены рядом напорных и сливных окон, смещенных друг относительно друга на 45^o. Ротор 17 распределителя 13 снабжен турбинкой 18, размещенной в отдельной камере 19 распределителя и соединенной с поршневой полостью 11 цилиндра 2, сливной магистралью и гидропневмоаккумулятором 20.The rotary distributor 13 is made in the form of a fixed sleeve 16 and a rotating hollow rotor 17, which are equipped with a number of pressure and drain windows, offset from each other by 45 ^o . The rotor 17 of the distributor 13 is equipped with a turbine 18 located in a separate chamber 19 of the distributor and connected to the piston cavity 11 of the cylinder 2, a drain line and a hydraulic accumulator 20.

Гидравлическая схема устройства включает предохранительный клапан 21 и регулируемый дроссель 22. The hydraulic circuit of the device includes a safety valve 21 and an adjustable throttle 22.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Заготовка 23 устанавливается на рабочем столе станка (на чертеже не показано), а корпус 1 с цилиндром 2 и гидроцилиндром статического действия 6 перпендикулярно рабочему столу в направляющих на консоли. Заготовке сообщается поступательное движение, включается гидросистема устройства. При включении гидросистемы рабочая жидкость под давлением поступает через регулируемый дроссель 22 в штоковую полость 12 цилиндра 2 и гидропневмоаккумулятор 15, заряжая его. Одновременно с этим рабочая жидкость под давлением, соответствующим настройке предохранительного клапана 21, поступает в поршневую полость гидроцилиндра статического нагружения 6, производя через цилиндр 2, корпус 1 и шайбу 8 статическое нагружение пакета волноводов 7. The workpiece 23 is installed on the desktop of the machine (not shown in the drawing), and the housing 1 with a cylinder 2 and a hydraulic cylinder of static action 6 is perpendicular to the desktop in the guides on the console. The workpiece is notified of the translational motion, the hydraulic system of the device is turned on. When the hydraulic system is turned on, the working fluid under pressure enters through the adjustable throttle 22 into the rod cavity 12 of the cylinder 2 and the hydraulic accumulator 15, charging it. At the same time, the working fluid under pressure corresponding to the setting of the safety valve 21 enters the piston cavity of the hydraulic loading cylinder 6, producing static loading of the waveguide package 7 through cylinder 2, housing 1 and washer 8.

Пакет волноводов 7 и поршень-боек 9 под действием давления в штоковой полости 12 цилиндра 2 и усилия статического нагружения перемещаются вправо и вытесняют рабочую жидкость из поршневой полости 11 цилиндра 2, которая попадает во вращающийся распределитель 13 и воздействует на турбинку 18. Турбинка 18 вместе с ротором 17 поворачивается на 45^o. При совпадении положения окон гильзы 16 и ротора 17 распределителя 13 рабочая жидкость подается в поршневую полость 11 цилиндра 2. Под действием напора рабочей жидкости поршень-боек 9 ускоренно перемещается вперед и наносит удар по волноводам 7. Прямая и отраженная ударные волны посредством волноводов-инструментов сообщаются обрабатываемой поверхности, одновременно формируя несколько очагов деформации, увеличивая производительность процесса упрочнения. При неполной реализации энергии удара тормозная шейка 10 поршня-бойка 9 входит в тормозную камеру 14 цилиндра 2. В тормозной камере создается высокое давление, которое останавливает движение поршня-бойка вперед. В то же время гидропневмоаккумулятор 15 воспринимает избыточное давление, возникающее в штоковой полости 12 цилиндра 2. Все это позволяет избежать перегрузок, связанных с явлением гидравлического удара, и обеспечить устойчивую работу устройства.The package of waveguides 7 and the piston-hammer 9 under the action of pressure in the rod cavity 12 of the cylinder 2 and the static loading forces move to the right and displace the working fluid from the piston cavity 11 of the cylinder 2, which enters the rotary distributor 13 and acts on the turbine 18. The turbine 18 together with rotor 17 rotates 45 ^o . When the position of the windows of the sleeve 16 and the rotor 17 of the distributor 13 coincide, the working fluid is supplied to the piston cavity 11 of the cylinder 2. Under the influence of the pressure of the working fluid, the piston-striker 9 accelerates forward and strikes the waveguides 7. The direct and reflected shock waves are communicated by means of waveguides-tools the treated surface, simultaneously forming several foci of deformation, increasing the productivity of the hardening process. In case of incomplete realization of the impact energy, the brake collar 10 of the piston-striker 9 enters the brake chamber 14 of the cylinder 2. High pressure is created in the brake chamber, which stops the forward movement of the piston-striker. At the same time, the hydropneumatic accumulator 15 perceives the excess pressure arising in the rod cavity 12 of the cylinder 2. All this avoids overloads associated with the phenomenon of water hammer, and ensure stable operation of the device.

Обратный ход поршня-бойка осуществляется после перемещения ротора 17 вращающегося распределителя 13 на 45^o, происходящего вследствие поворота жестко закрепленной на роторе турбинки 18. Турбинка поворачивается под напором заряженного гидропневмоаккумулятора 20. Переместившись, ротор соединяет поршневую полость 11 цилиндра 2 со сливной магистралью, после чего поршень-боек 9 перемещается вправо, увеличивая объем штоковой полости 12 цилиндра 2 и заряжая гидропневмоаккумулятор 15. Жидкость из поршневой полости 11 цилиндра 2 выталкивается на слив, заряжает гидропневмоаккумулятор 20, гася отдачу при ударе, и поворачивает турбинку 18 на 45^o. Далее цикл повторяется.The reverse stroke of the piston-striker is carried out after the rotor 17 of the rotary distributor 13 moves by 45 ^° due to the rotation of the turbine 18, which is rigidly fixed to the rotor. The turbine rotates under the pressure of a charged hydro-pneumatic accumulator 20. After moving, the rotor connects the piston cavity 11 of cylinder 2 to the drain line, after which the piston-striker 9 moves to the right, increasing the volume of the rod cavity 12 of the cylinder 2 and charging the hydropneumatic accumulator 15. The fluid from the piston cavity 11 of the cylinder 2 is pushed to drain, charges the hydropneumatic accumulator 20, extinguishing recoil upon impact, and turns the turbine 18 by 45 ^o . Next, the cycle repeats.

Использование в качестве деформирующих инструментов устройства пакета волноводов позволяет формировать несколько очагов деформации за один удар поршня-бойка 9, увеличивая производительность процесса упрочнения. The use of a package of waveguides as deforming tools of the device allows the formation of several deformation zones in one stroke of the striking piston 9, increasing the productivity of the hardening process.

В зависимости от требуемой формы ударного импульса в очаге деформации, производительности обработки, получения регулярного микрорельефа и требуемого качества упрочненной поверхности пакет волноводов 7 может быть выполнен в виде стержней с бойковой и контактной деформирующими ступенями, причем торцовая поверхность контактной ступени - фасонная, например сферическая. Все волноводы могут иметь одинаковую длину L₂ (фиг.1) или в центре пакета может располагаться направляющий стержень с длиной L'₂<L₂ (фиг.2), не участвующий в передаче энергии удара заготовке. Пакет волноводов может иметь цилиндрическую форму с диаметром в сечении бойковой ступени D₂₁ и контактной ступени D₂₂ (фиг.1, 2, 3, 4) или прямоугольную форму (фиг.5, 6). Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде цилиндров с диаметром в сечении контактной ступени d₂₂=D₂₂/(1+1/sin(2π/n)) (где n - количество волноводов в пакете), с осями вращения, расположенными по периметру окружности диаметром (D₂₂-d₂₂), а в центре пакета расположен направляющий стержень с диаметром (D₂₂-2•d₂₂)>>d₂₂ (фиг.2). Волноводы цилиндрического пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде секторов кольца с центральным углом α≤π, а в центре пакета расположен направляющий цилиндрический стержень с диаметром, равным внутреннему диаметру кольца (фиг.4). Волноводы цилиндрического и прямоугольного пакета могут быть выполнены в виде стержней с профилем в виде многогранников (фиг.3, 6).Depending on the desired shape of the shock pulse in the deformation zone, processing performance, obtaining a regular microrelief and the required quality of the hardened surface, the package of waveguides 7 can be made in the form of rods with a pin and contact deforming steps, and the end surface of the contact step is shaped, for example spherical. All waveguides can have the same length L ₂ (Fig. 1) or a guide rod with a length L ' ₂ <L ₂ (Fig. 2) that is not involved in the transfer of impact energy to the workpiece can be located in the center of the packet. The package of waveguides may have a cylindrical shape with a diameter in cross section of the gantry stage D ₂₁ and the contact stage D ₂₂ (Fig. 1, 2, 3, 4) or a rectangular shape (Fig. 5, 6). The waveguides of a cylindrical package can be made in the form of cylinders with a diameter in the section of the contact stage d ₂₂ = D ₂₂ / (1 + 1 / sin (2π / n)) (where n is the number of waveguides in the package), with rotation axes located around the perimeter a circle with a diameter (D ₂₂ -d ₂₂ ), and in the center of the package there is a guide rod with a diameter (D ₂₂ -2 • d ₂₂ ) >> d ₂₂ (figure 2). The waveguides of the cylindrical package can be made in the form of rods with a profile in the form of ring sectors with a central angle α≤π, and in the center of the package there is a guide cylindrical rod with a diameter equal to the inner diameter of the ring (Fig. 4). The waveguides of a cylindrical and rectangular package can be made in the form of rods with a profile in the form of polyhedrons (Fig.3, 6).

Claims

1. A multi-rod device for hardening by surface plastic deformation, comprising a housing, a deforming tool, a static loading hydraulic cylinder, a cylinder with a striking piston, a pressure hydraulic accumulator connected to the cylinder rod cavity, a rotating distributor with a number of pressure and drain windows displaced relative to each other, a turbine , rotating the rotor of the distributor, characterized in that the deforming tool is a package of waveguides made in the form of rods with a spike and contact with deforming steps, and the end surface of the step is shaped, for example spherical.

2. The multi-rod device according to claim 1, characterized in that the waveguides have the same length L ₂ .

3. The multi-rod device according to claim 1, characterized in that in the center of the package there is a guide rod with a length L ' ₂ <L ₂ not participating in the transfer of impact energy to the workpiece.

4. A multi-rod device according to any one of claims 2 and 3, characterized in that the waveguide packet has a cylindrical shape with a diameter in cross section of the dielectric step D ₂₁ and the contact stage D ₂₂ .

5. The multi-rod device according to claim 4, characterized in that the packet of waveguides has a rectangular shape.

6. The multi-rod device according to claim 4, characterized in that the waveguides are made in the form of cylinders with a diameter in the section of the contact stage d ₂₂ = D ₂₂ / (1 + 1 / sin (2π / n), where n is the number of waveguides in the packet, with rotation axes located around the circumference of a circle with a diameter (D ₂₂ -d ₂₂ ), and in the center of the package there is a guide rod with a diameter (D ₂₂ -2 · d ₂₂ ) >> d ₂₂ .

7. The multi-rod device of claim 4, characterized in that the waveguides are made in the form of rods with a profile in the form of ring sectors with a central angle α≤π, and in the center of the packet there is a guide cylindrical rod with a diameter equal to the inner diameter of the ring.

8. A multi-rod device according to any one of claims 4 and 5, characterized in that the waveguides are made in the form of rods with a profile in the form of polyhedrons.