RU2287423C1 - Method of vibration static-pulse working - Google Patents
Method of vibration static-pulse working Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287423C1 RU2287423C1 RU2005120445/02A RU2005120445A RU2287423C1 RU 2287423 C1 RU2287423 C1 RU 2287423C1 RU 2005120445/02 A RU2005120445/02 A RU 2005120445/02A RU 2005120445 A RU2005120445 A RU 2005120445A RU 2287423 C1 RU2287423 C1 RU 2287423C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- static
- tool
- deforming tool
- waveguide
- deforming
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам отделочно-упрочняющей обработки деталей из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием со статико-импульсным нагружением вибрирующего инструмента.The invention relates to mechanical engineering technology, in particular to methods for finishing and hardening processing of parts from steels and alloys by surface plastic deformation with static-pulse loading of a vibrating tool.
Известен способ чистовой и упрочняющей обработки деталей обкатыванием [1], при котором сообщают движения подачи и скорости обработки инструменту и заготовке, контактирующим под приложенной к инструменту нормально к обрабатываемой поверхности постоянной статической нагрузкой в диапазоне усилий, обеспечивающих достижение заданной шероховатости, и периодической импульсной нагрузкой, изменяющейся в установленном диапазоне от минимального до максимального значения. При этом частоту пульсации нагрузки выбирают в зависимости от требуемой глубины наклепа.A known method of finishing and hardening of parts by rolling [1], in which the feed motion and the processing speed of the tool and the workpiece are contacted under normal static load applied to the surface normally applied to the work surface in the range of forces ensuring the achievement of a given roughness and periodic impulse load, varying in the established range from minimum to maximum value. In this case, the load ripple frequency is selected depending on the required hardening depth.
Способ отличается низким КПД, большой энергоемкостью, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности.The method is characterized by low efficiency, high energy intensity, not sufficiently large depth of the hardened layer and not sufficiently high degree of hardening of the treated surface.
Известен способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием, осуществляемый инструментом, к которому нормально к обрабатываемой поверхности прикладывают постоянную статическую нагрузку и перпендикулярную импульсную нагрузку, которая сообщается посредством бойка и волновода, а форму, амплитуду, эффективную длительность и частоту единичных импульсов силы деформирования определяют по приведенным формулам [2].A known method of static-pulse treatment by surface plastic deformation, carried out by a tool, to which a constant static load and a perpendicular pulse load, which is communicated by means of a striker and a waveguide, are normally applied to the surface to be treated, and the shape, amplitude, effective duration and frequency of single pulses of the deformation force are determined by the given formulas [2].
Известный способ отличается ограниченными возможностями управления в создании гетерогенных упрочненных слоев и регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности.The known method is characterized by limited control capabilities in creating heterogeneous hardened layers and regular microrelief of the treated surface.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом поверхности путем использования инструмента с осциллирующим движением.The objective of the invention is to expand the technological capabilities of static-pulse treatment by surface plastic deformation by controlling the depth of the hardened layer and the surface microrelief by using an oscillating tool.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа поверхностного пластического деформирования, включающего приложение к деформирующему инструменту нормально к обрабатываемой поверхности статической и периодической импульсной нагрузки посредством бойка и волновода, выполненных в виде стержней одинакового диаметра, и осуществление осевой подачи деформирующего инструмента, причем деформирующий инструмент устанавливают с зазором на свободном конце волновода с помощью расположенных под острым углом к продольной оси последнего плоских пружин, обеспечивающих вибродвижение с амплитудой в направлении осевой подачи деформирующего инструмента, при этом осуществляют регулирование упомянутой амплитуды путем изменения величины зазора между свободным концом волновода и деформирующим инструментом посредством изменения статической нагрузки.The problem is solved using the proposed method of surface plastic deformation, including applying to the deforming tool normally to the work surface a static and periodic impulse load by means of a striker and a waveguide made in the form of rods of the same diameter, and the axial feed of the deforming tool, and the deforming tool is installed with a gap at the free end of the waveguide with the help of located at an acute angle to the longitudinal axis dnego flat springs providing vibrodvizhenie with an amplitude in the direction of axial feed of the deforming tool, wherein the amplitude of said regulation is performed by changing the size of the gap between the free end of the waveguide and the deforming tool by changing the static load.
Сущность способа поясняется чертежами.The essence of the method is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена схема обработки по предлагаемому способу вибрационного поверхностного пластического деформирования на примере заготовки - вала, установленной в патроне и заднем центре токарного станка; на фиг.2 - положение инструмента при действии только статической нагрузки; на фиг.3 - положение инструмента при действии статической и периодической импульсной нагрузок; на фиг.4 - совмещенные положения инструмента: положение 1 - при действии только статической нагрузки; положение 2 - при действии статической и периодической импульсной нагрузок; на фиг.5 - разрез по Б-Б на фиг.2; на фиг.6 - разрез по В-В на фиг.2; на фиг.7 - вид по Г на фиг.2; на фиг.8 - вид по Д на фиг.3.Figure 1 presents the processing scheme for the proposed method of vibrational surface plastic deformation on the example of a workpiece - a shaft installed in the chuck and the rear center of the lathe; figure 2 - the position of the tool under the action of only static load; figure 3 - position of the tool under the action of static and periodic pulsed loads; figure 4 - combined tool position: position 1 - under the action of only static load; position 2 - under the action of static and periodic pulsed loads; figure 5 is a section along BB in figure 2; figure 6 is a section along bb in figure 2; Fig.7 is a view along D in Fig.2; Fig.8 is a view along D in Fig.3.
Предлагаемый способ служит для вибрационного поверхностного пластического деформирования с использованием постоянной статической и периодической импульсной нагрузки на инструмент, который осциллирует в осевом направлении.The proposed method serves for vibrational surface plastic deformation using a constant static and periodic pulsed load on the tool, which oscillates in the axial direction.
Заготовку 1, например, вал устанавливают в патроне 2 и поджимают центром 3 задней бабки токарного станка, а деформирующее устройство 4, оснащенное механизмами статического и импульсного нагружения инструмента, - в резцедержателе станка 5 (фиг.1). В качестве механизма статического и импульсного нагружения инструмента применяется гидравлический генератор импульсов (не показан) [3, 4].The blank 1, for example, the shaft is installed in the chuck 2 and is pressed by the center 3 of the tailstock of the lathe, and the
На свободном конце волновода 6 с некоторым зазором Zmax установлен деформирующий инструмент 7 с помощью плоских пружин 8, расположенных под острым углом α к продольной оси волновода 6 таким образом, что при действии периодической импульсной нагрузки Рим инструмент 7 смещается в направлении осевой подачи Sпр на величину амплитуды Аи.At the free end of the
Инструменту 7 и заготовке 1 сообщают движение подачи Sпр и скорости Vз обработки, вводят их в контакт. В направлении нормали к обрабатываемой поверхности к деформирующему инструменту прикладывают постоянную статическую Рст силу нагружения, создаваемую за счет прогиба плоских пружин 8, при этом зазор Zmax уменьшается до величины Zст.
Статическое нагружение Рст осуществляется посредством пружин 8, смонтированных на волноводе 6. Величина статической силы деформирования выбирается наибольшей из обеспечивающих упругие контактные деформации обрабатываемого материала.Static loading P st is carried out by means of
Импульсное нагружение Рим осуществляется посредством удара бойка 9 гидравлического генератора импульсов (не показан) по торцу волновода 6, на котором смонтирован инструмент 7. Энергия удара бойка 9 больше жесткости пружин 8, поэтому инструмент 7 смещается в осевом направлении (согласно фиг.3 - вправо) относительно волновода и зазор Z становится равным нулю Z=0. После прекращения действия энергии удара на инструмент он перемещается в осевом направлении и возвращается под действием пружин в первоначальное положение (влево, относительно волновода, см. фиг.2).Impulse loading P it is carried out by impact of the hammer 9 of the hydraulic pulse generator (not shown) on the end of the
Таким образом, за один удар бойка 9 по волноводу 6 инструмент 7 совершит одно вибродвижение в направлении осевой подачи (см. фиг.1) с амплитудой Аи, зависящей от величины зазора Z и угла α наклона пружин 8.Thus, in one hit of the striker 9 on the
Благодаря такой конструкции крепления инструмента 7 на волноводе 6 на обрабатываемой поверхности остается след (см. фиг.1) в виде синусоиды.Due to this design of mounting the
Частота осцилляции инструмента зависит от частоты ударов бойка гидравлического генератора импульсов. Амплитуду Аи осцилляции инструмента можно регулировать изменением величины зазора Z между волноводом и инструментом путем уменьшения или увеличения статического нагружения Рст инструмента, воздействуя в поперечном направлении деформирующим устройством 4 на волновод, вызывая при этом прогиб пружин 8 (см. фиг.2).The oscillation frequency of the tool depends on the frequency of the shock of the hammer of the hydraulic pulse generator. The amplitude A and the oscillations of the instrument can be controlled by changing the gap Z between the waveguide and the instrument by decreasing or increasing the static load P st of the instrument, acting in the transverse direction by the deforming
В результате удара бойка 9 по торцу волновода 6 в бойке и волноводе возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать на обрабатываемую поверхность с цикличностью, равной двойной продолжительности импульсов. Дойдя до обрабатываемой поверхности, ударный импульс распределяется на проходящий и отражающий. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы деформации.As a result of the impact of the striker 9 at the end of the
При действии на инструмент только статической нагрузки Рст (фиг.2) внедрение его в обрабатываемую поверхность происходит на меньшую величину hст и след инструмента на обрабатываемой поверхности имеет минимальный диаметр dст (фиг.7), при импульсной нагрузке Рим (фиг.3) внедрение инструмента в обрабатываемую поверхность происходит на большую величину hим и след инструмента на обрабатываемой поверхности имеет каплевидную форму максимального диаметра dим (фиг.8).When the tool is subjected only to a static load P st (Fig. 2), its introduction into the work surface takes place at a lower value of h st and the tool track on the work surface has a minimum diameter d st (Fig. 7), with a pulsed load P them (Fig. 3) the introduction of the tool into the work surface occurs at a large value of h them and the tool track on the work surface has a drop-shaped shape with a maximum diameter d them (Fig. 8).
Глубина упрочненного слоя, обработанного предлагаемым способом, достигает 1,5...2,5 мм, что значительно (в 3...4 раза) больше, чем при традиционном статическом упрочнении. Наибольшая степень упрочнения составляет 15...30%. В результате статико-импульсной обработки по предлагаемому способу вибрационным инструментом по сравнению с традиционным накатыванием эффективная глубина слоя, упрочненного на 20% и более, возрастает в 2...3 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более, - в 1,7...2,2 раза.The depth of the hardened layer processed by the proposed method reaches 1.5 ... 2.5 mm, which is significantly (3 ... 4 times) more than with traditional static hardening. The greatest degree of hardening is 15 ... 30%. As a result of static-pulse processing according to the proposed method with a vibration tool, compared with traditional rolling, the effective depth of the layer hardened by 20% or more increases by 2 ... 3 times, and the depth of the layer hardened by 10% or more, by 1 , 7 ... 2.2 times.
Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, упрочненного по предлагаемому способу, проведены экспериментальные исследования обработки вала на токарном станке с использованием специального стенда. Значения технологических факторов (частота ударов, величина амплитуды, величина подачи) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6...10. Дальнейшее увеличение кратности деформирующего воздействия ведет к разупрочнению.Example. To assess the quality parameters of the surface layer hardened by the proposed method, experimental studies of the shaft processing on a lathe using a special bench were carried out. The values of technological factors (impact frequency, amplitude value, feed value) were selected in such a way as to ensure the multiplicity of impact on the elementary area of the treated surface in the range of 6 ... 10. A further increase in the multiplicity of the deforming effect leads to softening.
Величина силы статического поджатия инструмента к обрабатываемой поверхности составляла Pст≥25...40 кН; Рим=255...400 кН. Заготовки из стали 40Х; исходная твердость «сырых» образцов - HV 270...280. Глубина упрочненного статико-импульсной обработкой слоя в 3...4 раза выше, чем при традиционном обкатывании. Упрочненный слой при традиционном статическом обкатывании формируется в условиях длительного действия больших статических усилий. Предлагаемым способом аналогичная глубина упрочненного слоя достигается в результате кратковременного воздействия на очаг деформации пролонгированного импульса энергии. При близких степенях упрочнения поверхностного слоя величина статической составляющей нагрузки по предлагаемому способу значительно меньше.The value of the force of static preloading of the tool to the work surface was P article ≥25 ... 40 kN; P them = 255 ... 400 kN. Billets made of steel 40X; initial hardness of “raw” samples is HV 270 ... 280. The depth of the layer hardened by static-pulsed processing is 3 ... 4 times higher than with traditional rolling. The hardened layer in the traditional static rolling is formed under long-term action of large static forces. The proposed method, a similar depth of the hardened layer is achieved as a result of a short-term impact on the deformation zone of a prolonged energy pulse. At close degrees of hardening of the surface layer, the magnitude of the static component of the load by the proposed method is much less.
Исследования напряженного состояния упрочненного поверхностного слоя статико-импульсной обработкой показали, что максимальные остаточные напряжения находятся близко к поверхности, как при чеканке, что благоприятно для большинства сопрягаемых деталей механизмов и машин. Сравнение глубины напряженного и упрочненного слоя, градиента напряжений и градиента наклепа показывает, что глубина напряженного слоя в 1,1...1,3 раза больше, чем глубина наклепанного слоя, что согласуется с теорией поверхностного - пластического деформирования.Studies of the stress state of the hardened surface layer by static-pulse treatment showed that the maximum residual stresses are close to the surface, as when chasing, which is favorable for most of the interfaced parts of mechanisms and machines. A comparison of the depth of the stressed and hardened layer, the stress gradient and the hardening gradient shows that the depth of the stressed layer is 1.1 ... 1.3 times greater than the depth of the riveted layer, which is consistent with the theory of surface - plastic deformation.
Достигаемая в процессе обработки предлагаемым способом предельная величина шероховатости составляет Ra=0,08 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 6 раз.The ultimate roughness value achieved during processing by the proposed method is R a = 0.08 μm, a reduction of the initial roughness by a factor of 6 is possible.
Микровибрации в процессе благоприятно сказываются на условиях работы инструмента. Наложение малого по амплитуде колебательного движения приводит к более равномерному распределению нагрузки на инструмент, вызывает дополнительные циклические перемещения контактных поверхностей инструмента и заготовки, облегчает формирование упрочняемой поверхности. Колебания способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки. При наложении колебаний деформирующая поверхность инструмента периодически «отдыхает», что способствует увеличению ее стойкости. Обработка в условиях колебаний резко увеличивает эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта инструмента и заготовки.Microvibrations in the process favorably affect the working conditions of the instrument. The imposition of a small amplitude oscillatory motion leads to a more uniform distribution of the load on the tool, causes additional cyclic movements of the contact surfaces of the tool and the workpiece, facilitates the formation of a hardened surface. Fluctuations contribute to a better penetration of the cutting fluid (coolant) into the treatment area. When vibration is applied, the deforming surface of the tool periodically “rests”, which helps to increase its resistance. Processing under vibration conditions dramatically increases the efficiency of the cooling, dispersing and plasticizing action of the coolant due to the facilitation of its access to the contact zone between the tool and the workpiece.
Предлагаемый способ расширяет технологические возможности статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием, позволяет управлять глубиной упрочненного слоя и микрорельефом поверхности.The proposed method extends the technological capabilities of static-pulse treatment by surface plastic deformation, allows you to control the depth of the hardened layer and the surface microrelief.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. СССР, 456719, МКИ В 24 В 39/00. Способ чистовой и упрочняющей обработки деталей обкатыванием. 1974.1. A.S. USSR, 456719, MKI V 24 V 39/00. The method of finishing and hardening of parts by rolling. 1974.
2. Патент РФ 2098259, МКИ6 В 24 В 39/00. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. №96110476/02, 23.05.96; 10.12.97. Бюл. №34.2. RF patent 2098259, MKI 6 V 24 V 39/00. Lazutkin A.G., Kirichek A.V., Soloviev D.L. Method of static-pulse treatment by surface plastic deformation. No. 96110476/02, 05.23.96; 12/10/97. Bull. Number 34.
3. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.3. Kirichek A.V., Lazutkin A.G., Soloviev D.L. Static-pulse processing and equipment for its implementation // STIN, 1999, No. 6. - S.20-24.
4. Патент РФ 2090342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. 1997. Бюл. №34.4. RF patent 2090342. Lazutkin A.G., Kirichek A.V., Soloviev D.L. Water hammer device for processing parts by surface plastic deformation. 1997. Bull. Number 34.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005120445/02A RU2287423C1 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method of vibration static-pulse working |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005120445/02A RU2287423C1 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method of vibration static-pulse working |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2287423C1 true RU2287423C1 (en) | 2006-11-20 |
Family
ID=37502243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005120445/02A RU2287423C1 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method of vibration static-pulse working |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2287423C1 (en) |
-
2005
- 2005-06-30 RU RU2005120445/02A patent/RU2287423C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2287423C1 (en) | Method of vibration static-pulse working | |
RU2287422C1 (en) | Vibration device for surface plastic deformation | |
RU2287425C1 (en) | Method of static-pulse surface plastic deformation | |
RU2287424C1 (en) | Device for static-pulse surface plastic deformation by rotating tool | |
RU2286240C1 (en) | Method of surface plastic deformation | |
RU2287426C1 (en) | Method of static-pulse expanding | |
RU2296664C1 (en) | Process for electric static-pulse treatment | |
RU2291764C1 (en) | Combined tool for working openings by needle milling cutter at strengthening surface of openings | |
RU2283746C1 (en) | Device for surface plastic deformation | |
RU2296663C1 (en) | Electric static-pulse treatment apparatus | |
RU2366558C1 (en) | Method of flat surface hardening using rotor-type generator of mechanical pulses | |
RU2312751C1 (en) | Surface plastic deforming method | |
RU2286237C1 (en) | Method of recovery and hardening of the holes inner surfaces using the statico-pulsing internal roll burnishing | |
RU2311278C1 (en) | Working method by applying static load and pulse load to elastic deforming tool | |
RU2312004C1 (en) | Elastic deforming tool for static-pulse working | |
RU2283748C1 (en) | Apparatus for static-pulse rolling out | |
RU2280551C1 (en) | Method of static-pulse reeling of internal grooves | |
RU2312003C1 (en) | Tore shaped device for surface deforming | |
RU2279961C1 (en) | Device for restoration of metal inner surfaces by static pulse rolling | |
RU2383426C1 (en) | Device for screw static-pulse strengthening | |
RU2320459C1 (en) | Method for static-pulse milling of spherical surface by means of needle milling cutter | |
RU2285601C1 (en) | Apparatus for static-pulse expanding of internal grooves | |
RU2320460C1 (en) | Apparatus for static-pulse milling of spherical surface by means of needle milling cutter | |
RU2447983C1 (en) | Method of rolling outer helical surfaces | |
RU2324584C1 (en) | Method of statico-impulse surface plastic deformation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070701 |