RU2277040C1 - Surface friction strengthening method for spherical surfaces - Google Patents
Surface friction strengthening method for spherical surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2277040C1 RU2277040C1 RU2004136118/02A RU2004136118A RU2277040C1 RU 2277040 C1 RU2277040 C1 RU 2277040C1 RU 2004136118/02 A RU2004136118/02 A RU 2004136118/02A RU 2004136118 A RU2004136118 A RU 2004136118A RU 2277040 C1 RU2277040 C1 RU 2277040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- sleeve
- workpiece
- working
- spherical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для фрикционного поверхностного упрочнения рабочих сферических поверхностей, подверженных интенсивному износу, стальных и чугунных деталей.The invention relates to mechanical engineering technology and can be used for friction surface hardening of working spherical surfaces, subject to intense wear, steel and cast iron parts.
Известен способ фрикционного поверхностного упрочнения деталей машин инструментом, который содержит корпус в виде диска из материала с низким коэффициентом теплопроводности и с рабочей поверхностью на его периферии, при этом инструмент снабжен пальцами, выполненными из материала с коэффициентом теплопроводности выше, чем у материала диска, и расположенными в радиальных отверстиях, выполненных на рабочей поверхности диска, причем диаметр пальцев берут в 1,2...2 раза больше ширины рабочей поверхности диска [1].A known method of friction surface hardening of machine parts with a tool that contains a housing in the form of a disk made of a material with a low coefficient of thermal conductivity and with a working surface on its periphery, the tool is equipped with fingers made of a material with a thermal conductivity higher than that of the disk material and located in radial holes made on the working surface of the disk, and the diameter of the fingers is taken 1.2 ... 2 times the width of the working surface of the disk [1].
Недостатками известного способа и инструмента являются удары и вибрации, возникающие в результате быстрого износа пальцев - теплоносителей, изготавливаемых из мягкого быстроизнашивающегося (из меди или латуни) материала, которые резко снижают качество и производительность. При этом быстрый износ пальцев усугубляет значительные силы прижима инструмента к обрабатываемой заготовке (до 1000 Н). Кроме того, сложность конструкции инструмента (наличие дюралюминиевого корпуса в виде ступицы, фланца, болтов и медных или латунных пальцев) при его низкой стойкости требует значительных первоначальных и последующих затрат при эксплуатации, что повышает себестоимость обработки. Обрабатывать сферические поверхности известным способом весьма сложно.The disadvantages of the known method and tool are shocks and vibrations resulting from the rapid wear of fingers - coolants made of soft wear material (copper or brass), which dramatically reduce quality and performance. At the same time, fast finger wear exacerbates significant clamping forces of the tool to the workpiece (up to 1000 N). In addition, the complexity of the design of the tool (the presence of a duralumin case in the form of a hub, flange, bolts and copper or brass fingers) with its low resistance requires significant initial and subsequent costs during operation, which increases the cost of processing. It is very difficult to process spherical surfaces in a known manner.
Задача изобретения - расширение технологических возможностей, снижение трудоемкости обработки и повышение качества упрочненного слоя сферических поверхностей за счет увеличения его толщины, снижения себестоимости процесса фрикционного поверхностного упрочнения благодаря упрощению конструкции инструмента и повышению износостойкости его.The objective of the invention is the expansion of technological capabilities, reducing the complexity of processing and improving the quality of the hardened layer of spherical surfaces by increasing its thickness, reducing the cost of the process of friction surface hardening by simplifying the design of the tool and increasing its wear resistance.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа прерывистого фрикционного поверхностного упрочнения сферических поверхностей деталей машин, включающего сообщение заготовке и инструменту вращательных движений с постоянным усилием прижима инструмента к заготовке, при этом используют инструмент в виде ступенчатой оправки, на меньшую ступень которой на пакет тарельчатых пружин устанавливают втулку, выполненную из материала с низким коэффициентом теплопроводности, с прерывистой рабочей поверхностью на ее торце, ответной обрабатываемой сферической поверхности, с впадинами в виде радиальных пазов и с возможностью самоустановки, на наружной поверхности втулки выполнены ребра, способствующие интенсивному охлаждению, при этом длина каждого выступа, образованного радиальными пазами, минимум в два раза превышает ширину радиального паза.The problem is solved using the proposed method of intermittent frictional surface hardening of the spherical surfaces of machine parts, including the message to the workpiece and the tool of rotational movements with a constant pressure of the tool against the workpiece, using a tool in the form of a stepped mandrel, on a lower level of which a sleeve is installed on a plate of spring cups made of a material with a low coefficient of thermal conductivity, with an intermittent working surface at its end, the reciprocal a machined spherical surface, with hollows in the form of radial grooves and with the possibility of self-installation, ribs are made on the outer surface of the sleeve to facilitate intensive cooling, while the length of each protrusion formed by radial grooves is at least twice the width of the radial groove.
На фиг.1 изображена схема обработки по предлагаемому способу и инструмент, имеющий продольный разрез; на фиг.2 - общий вид инструмента, вид по А на фиг.1; на фиг.3 - вид по Б на фиг.2.Figure 1 shows a processing diagram of the proposed method and a tool having a longitudinal section; figure 2 is a General view of the tool, a view along A in figure 1; figure 3 is a view along B in figure 2.
Предлагаемый способ предназначен для фрикционного поверхностного упрочнения наружных сферических поверхностей деталей машин и заключается в том, что заготовке 1 и инструменту 2 сообщают вращательные движения соответственно Vз и Vи с постоянным усилием Р прижима инструмента к заготовке.The proposed method is intended for frictional surface hardening of the outer spherical surfaces of machine parts and consists in the fact that the workpiece 1 and
Инструмент 2 для реализации способа содержит корпус 3 в виде двухступенчатой оправки. На меньшей ступени 4 оправки напрессована втулка 5 со сферической наружной поверхностью, на которой установлена рабочая втулка 6, выполненная из материала с низким коэффициентом теплопроводности. Втулка 6 опирается одним торцом на пакет тарельчатых пружин 7, а второй свободный торец 8, которым инструмент контактирует с заготовкой, является рабочим и выполнен сферическим, ответным обрабатываемой сферической поверхности заготовки 1. При этом рабочий торец 8 инструмента выполнен прерывистым благодаря выступам и впадинам, образованным радиальными продольными пазами 9. Длина выступа минимум в 2 раза больше ширины паза 9.The
Передачу вращающего момента с оправки 3 на рабочую втулку 6 осуществляют с помощью винтов 10, ввернутых в напрессованную втулку 5 и меньшую ступень 4 и расположенных в специальных пазах 11 втулки 6.The transmission of torque from the
Установка рабочей втулки 6 с опорой одним торцом на пакет тарельчатых пружин 7 вызвана необходимостью самоустанавливаться инструменту по сферической поверхности обрабатываемой заготовки 1 и добиваться полного контакта всеми выступами рабочего торца втулки.The installation of the working sleeve 6 with the support of one end on the package of Belleville springs 7 is caused by the need to mount the tool on the spherical surface of the workpiece 1 and to achieve full contact with all the protrusions of the working end of the sleeve.
На наружной поверхности рабочей втулки 6 выполнены ребра 12, способствующие интенсивному воздушному охлаждению инструмента и отводу тепла в атмосферу благодаря высокой частоте вращения инструмента.On the outer surface of the working sleeve 6,
Рабочая втулка 6 выполнена из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например из нержавеющей стали или титанового сплава. Охлаждающие ребра 12 выполнены из алюминиевого сплава и известными способами закреплены на рабочей втулке 6.The working sleeve 6 is made of a material with a low coefficient of thermal conductivity, for example, stainless steel or titanium alloy. The
Если обрабатывается сферическая поверхность неполная, как показано на фиг.1, инструмент, его продольную ось устанавливают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферы, определяемый по формуле:If the spherical surface is machined incomplete, as shown in figure 1, the tool, its longitudinal axis is set at an angle β to a plane perpendicular to the axis of the workpiece and passing through the center of the sphere, determined by the formula:
β = arc tg (h/H),β = arc tg (h / H),
где h - величина, зависящая от конструктивных параметров заготовки, а именно: это половина разности диаметров Х2 шейки, которой сфера соединена с конической поверхностью заготовки шарового пальца, и X1 - лыски, снятой на неполной сферической поверхности, т.е. h=(Х2-X1)/2, мм;where h is a value depending on the structural parameters of the workpiece, namely: it is half the difference in the diameters of X 2 of the neck, which the sphere is connected to the conical surface of the workpiece of the spherical finger, and X 1 - flat, shot on an incomplete spherical surface, i.e. h = (X 2 -X 1 ) / 2, mm;
H - расстояние между плоскостями сечения сферы, перпендикулярными продольной оси и проходящими через лыску и место сопряжения сферы с шейкой, мм.H is the distance between the planes of the section of the sphere perpendicular to the longitudinal axis and passing through the flats and the place of conjugation of the sphere with the neck, mm
Работа предлагаемого способа и устройства, реализующее его, основана на свойстве сферической поверхности, заключающемся в том, что ее любое сечение плоскостью, включая плоскости, смещенные относительно центра сферы, дает окружность. Это позволяет представить процесс формообразования неполной сферы методом фрикционного поверхностного упрочнения как движение образующей линии окружности, описанной рабочим торцом инструмента, плоскость которой смещена относительно центра сферы, по направляющей линии - окружности, полученной за счет вращения обрабатываемой заготовки. Таким образом, точность формообразования сферы определяется не профилем инструмента, а точностью траектории этих движений, т.е. кинематикой процесса, что позволяет получить сферические поверхности высокой точности.The work of the proposed method and device that implements it is based on the property of a spherical surface, which consists in the fact that its any section by a plane, including planes offset from the center of the sphere, gives a circle. This allows us to represent the process of forming an incomplete sphere by the method of friction surface hardening as the movement of a generatrix of a circle described by the working end of the tool, the plane of which is offset from the center of the sphere, along the guide line - the circle obtained by rotating the workpiece. Thus, the accuracy of shaping the sphere is determined not by the profile of the tool, but by the accuracy of the trajectory of these movements, i.e. kinematics of the process, which allows to obtain spherical surfaces of high accuracy.
Способ фрикционной обработки осуществляется, например, на токарных станках. Инструмент устанавливается в специальном приспособлении с индивидуальным электроприводом на суппорте токарного станка. Заготовка закрепляется в приспособлении на шпинделе токарного станка. Инструмент вращается с окружной скоростью Vи=65...70 м/с и прижимается с постоянным усилием Р=0,65...1,0 кН к обрабатываемой заготовке, которая вращается с окружной скоростью Vз=0,02...0,08 м/с. Ширина площади контакта инструмента с обрабатываемой заготовкой (см. фиг.1) составляет В=1...3 мм. При трении инструмента и заготовки в зоне их контакта происходит импульсный нагрев поверхности обрабатываемой заготовки до температуры 800...1000°С. В зону обработки подают смазывающе-охлаждающую жидкость (СОЖ), которая обеспечивает быстрое охлаждение упрочняемой поверхности. В результате упрочнения на поверхности заготовки возникают структуры белых слоев толщиной 0,1...0,15 мм с повышенной микротвердостью 7...10 ГПа. В зоне фрикционного скользящего контакта определенное количество теплоты, а именно большая часть ее уходит в быстровращающийся инструмент. Поэтому в качестве материала диска выбирают титановый сплав или нержавеющую сталь, обладающие низкой теплопроводностью (λ=21,9...25,5 Вт/м·К).The friction treatment method is carried out, for example, on lathes. The tool is installed in a special device with an individual electric drive on a support of a lathe. The workpiece is fixed in the fixture on the spindle of the lathe. The tool rotates with a peripheral speed V and = 65 ... 70 m / s and is pressed with a constant force P = 0.65 ... 1.0 kN to the workpiece, which rotates with a peripheral speed V s = 0.02 .. .0.08 m / s. The width of the contact area of the tool with the workpiece (see figure 1) is B = 1 ... 3 mm. During friction of the tool and the workpiece in the zone of their contact, the surface of the workpiece being pulsed is heated to a temperature of 800 ... 1000 ° C. A lubricating coolant (coolant) is supplied to the treatment zone, which provides quick cooling of the hardened surface. As a result of hardening, structures of white layers with a thickness of 0.1 ... 0.15 mm with increased microhardness of 7 ... 10 GPa arise on the surface of the workpiece. In the zone of frictional sliding contact a certain amount of heat, namely, most of it goes into a rapidly rotating tool. Therefore, titanium alloy or stainless steel having low thermal conductivity (λ = 21.9 ... 25.5 W / m · K) is chosen as the material of the disk.
При круговом перемещении зоны контакта, благодаря наличию впадин и выступов на рабочей поверхности инструмента выступы инструмента постоянно входят в контакт с охлажденной поверхностью заготовки, при этом элементарный участок зоны контакта заготовки нагревается при прохождении выступа инструмента, затем мгновенное прерывание нагревания и охлаждение при прохождении впадины. Это приводит к циклическому изменению температуры на поверхности упрочняемой заготовки и соответственно к увеличению глубины упрочненного слоя до 0,15...0,22 мм. Изменением длины впадины и их количеством на основном диске можно регулировать глубину и микротвердость упрочненного слоя.With the circular movement of the contact zone, due to the presence of depressions and protrusions on the working surface of the tool, the protrusions of the tool constantly come into contact with the cooled surface of the workpiece, while the elementary section of the contact zone of the workpiece heats up when the protrusion of the tool passes, then instantly interrupt heating and cool when the cavity passes. This leads to a cyclical change in temperature on the surface of the hardened workpiece and, accordingly, to an increase in the depth of the hardened layer to 0.15 ... 0.22 mm. By changing the length of the cavity and their number on the main disk, you can adjust the depth and microhardness of the hardened layer.
При величине отношения длины выступа к длине впадины меньше 2 увеличение глубины упрочненного слоя незначительное, однако возникает большая вероятность перегрева инструмента.When the ratio of the length of the protrusion to the length of the depression is less than 2, the increase in the depth of the hardened layer is insignificant, but there is a high probability of overheating of the tool.
Пример. На модернизированном станке мод. 16К20Т1 упрочняли заготовку в виде шарового пальца ПК-40.00.001 диаметром сферической поверхности 40h8(-0,039) мм из стали 50ХФА ГОСТ 4543-71 в нормализованном состоянии. Модернизация заключалась в установлении на поперечный суппорт устройства с электромеханическим высокоскоростным приводом инструмента, рабочая втулка которого выполнена из титанового сплава ВТ-5 с шириной рабочей поверхности 2 мм и наружным диаметром 30 мм. Индивидуальный высооборотный электропривод вращает инструмент с окружной скоростью 62,8 м/с (40000 мин-1). Линейная скорость вращения упрочняемой заготовки 0,05 м/с (31 мин-1). Давление диска на заготовку, создаваемое механизмом поперечной подачи станка, составляет 0,8 кН. В зону обработки подавали СОЖ в виде масла индустриального И-12А. Длина впадины на рабочей поверхности втулки - 4,5 мм, а длина выступа - 9 мм. Количество впадин и выступов - 6.Example. On a modernized machine mod. 16K20T1 strengthened the workpiece in the form of a spherical pin PK-40.00.001 with a diameter of a spherical surface of 40h8 ( -0.039 ) mm from steel 50KHFA GOST 4543-71 in a normalized state. The modernization consisted in the installation of a device with an electromechanical high-speed drive of a tool on a transverse caliper, the working sleeve of which is made of VT-5 titanium alloy with a working surface width of 2 mm and an outer diameter of 30 mm. An individual high-speed electric drive rotates the tool at a peripheral speed of 62.8 m / s (40,000 min -1 ). The linear rotation speed of the hardened workpiece is 0.05 m / s (31 min -1 ). The pressure of the disk on the workpiece created by the transverse feed mechanism of the machine is 0.8 kN. Coolant was supplied to the treatment zone as industrial I-12A oil. The length of the depression on the working surface of the sleeve is 4.5 mm, and the length of the protrusion is 9 mm. The number of depressions and protrusions is 6.
Полученные глубина и микротвердость упрочненного слоя (белой зоны) составляли соответственно 0,17...0,19 мм и 8...9 ГПа с постепенным понижением микротвердости по глубине до исходного состояния - 2,3...2,7 ГПа. При повышении скорости вращения упрочняемой заготовки в два раза глубина упрочненного слоя составила 0,12,.. 0,14 мм.The obtained depth and microhardness of the hardened layer (white zone) were 0.17 ... 0.19 mm and 8 ... 9 GPa, respectively, with a gradual decrease in microhardness in depth to the initial state - 2.3 ... 2.7 GPa. With a twofold increase in the rotation speed of the hardened workpiece, the depth of the hardened layer was 0.12, .. 0.14 mm.
Таким образом, инструмент позволяет повысить производительность процесса.Thus, the tool allows you to increase the productivity of the process.
При уменьшении длины впадины основного диска до 2,5 мм глубина упрочненного слоя уменьшается до 0,13...0,15 мм. Увеличение длины впадины до 7 мм приводит к незначительному увеличению глубины упрочненного слоя (с 0,17...0,19 мм до 0,18...0,20 мм). При уменьшении количества впадин в два раза глубина упрочненного слоя уменьшается до 0,13...0,15 мм. При увеличении количества впадин в 2 раза глубина упрочненного слоя составляет 0,18...0,20 мм. Микротвердость без изменений.When reducing the length of the hollow of the main disk to 2.5 mm, the depth of the hardened layer decreases to 0.13 ... 0.15 mm. An increase in the length of the depression to 7 mm leads to a slight increase in the depth of the hardened layer (from 0.17 ... 0.19 mm to 0.18 ... 0.20 mm). With a decrease in the number of depressions by half, the depth of the hardened layer decreases to 0.13 ... 0.15 mm. With an increase in the number of depressions by 2 times, the depth of the hardened layer is 0.18 ... 0.20 mm. Microhardness unchanged.
Предлагаемый способ и инструмент прост по конструкции и надежен в эксплуатации. Получаемые на поверхности упрочняемой заготовки структуры белых слоев обладают повышенной твердостью, а соответственно износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению. Инструмент позволяет повысить производительность обработки в 1,5...2,0 раза.The proposed method and tool is simple in design and reliable in operation. The structures of the white layers obtained on the surface of the hardened billet have increased hardness and, accordingly, wear resistance and resistance to fatigue fracture. The tool allows you to increase processing productivity by 1.5 ... 2.0 times.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. СССР №1712135, МКИ В 24 В 39/04. Инструмент для фрикционного поверхностного упрочнения. В.И.Кырылив и Т.Н.Каличак. №4732876/27, заяв. 29.08.90, опуб. 15.02.92. Бюл. №6 - прототип.1. A.S. USSR No. 1712135, MKI V 24 V 39/04. Tool for friction surface hardening. V.I. Kyryliv and T.N. Kalichak. No. 4732876/27, application. 08/29/90, publ. 02/15/92. Bull. No. 6 is a prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004136118/02A RU2277040C1 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Surface friction strengthening method for spherical surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004136118/02A RU2277040C1 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Surface friction strengthening method for spherical surfaces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004136118A RU2004136118A (en) | 2006-05-20 |
| RU2277040C1 true RU2277040C1 (en) | 2006-05-27 |
Family
ID=36658172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004136118/02A RU2277040C1 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Surface friction strengthening method for spherical surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2277040C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ302940B6 (en) * | 2010-12-10 | 2012-01-18 | Comtes Fht A.S. | Method for mechanical surface hardening of metallic half-finished product and apparatus for making the same |
-
2004
- 2004-12-09 RU RU2004136118/02A patent/RU2277040C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ302940B6 (en) * | 2010-12-10 | 2012-01-18 | Comtes Fht A.S. | Method for mechanical surface hardening of metallic half-finished product and apparatus for making the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004136118A (en) | 2006-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI429498B (en) | The lifting device of the holding device | |
| KR100348743B1 (en) | Process and device for the continuous, chipless separation of individual rings from tubular workpieces | |
| US20130004717A1 (en) | Method for producing a pattern of depressions in the friction surface of a friction component and a friction component for a frictionally operating device having such a pattern of depressions | |
| JP4817039B2 (en) | Sliding device | |
| US20100166343A1 (en) | Shaft member for fluid dynamic bearing device | |
| RU2277040C1 (en) | Surface friction strengthening method for spherical surfaces | |
| EP1795751B1 (en) | Sliding surface of sliding member | |
| JP2013535344A (en) | Structured sliding surface of the bearing shell | |
| RU2283749C2 (en) | Tool for friction surface hardening of sphere surfaces | |
| JPWO2014098175A1 (en) | Hydraulic actuator device | |
| CN111810516A (en) | Pump body and compressor | |
| RU2241590C1 (en) | Intermittent tool for friction surface hardening | |
| RU2241589C1 (en) | Method for intermittent friction surface hardening | |
| JP4853419B2 (en) | Spindle device | |
| RU2282529C1 (en) | Oscillating combination type tool | |
| JP2007216328A (en) | Spindle device | |
| RU2361717C1 (en) | Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces | |
| RU2282528C1 (en) | Oscillating combination type working method | |
| JP4642686B2 (en) | Sliding bearing manufacturing method | |
| RU2361716C1 (en) | Method for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces | |
| Li et al. | Study on inner micro-grooves of heat pipe spinning process and multi-tooth mandrel | |
| CN103781571A (en) | Press-forming device, press-forming method using same, and rotor core of alternating-current generator for automobile manufactured using this press-forming method | |
| RU2347663C1 (en) | Device for static-pulse rolling of shafts | |
| RU2411100C1 (en) | Embracing spinning ring-shaped tool | |
| KR20190049109A (en) | Pulley manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061210 |