RU2361717C1 - Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces - Google Patents

Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces Download PDF

Info

Publication number
RU2361717C1
RU2361717C1 RU2008121346/02A RU2008121346A RU2361717C1 RU 2361717 C1 RU2361717 C1 RU 2361717C1 RU 2008121346/02 A RU2008121346/02 A RU 2008121346/02A RU 2008121346 A RU2008121346 A RU 2008121346A RU 2361717 C1 RU2361717 C1 RU 2361717C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
deforming element
static
load
striker
hydraulic cylinder
Prior art date
Application number
RU2008121346/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Сергеевич Степанов (RU)
Юрий Сергеевич Степанов
Андрей Викторович Киричек (RU)
Андрей Викторович Киричек
Борис Иванович Афанасьев (RU)
Борис Иванович Афанасьев
Александр Валентинович Катунин (RU)
Александр Валентинович Катунин
Николай Николаевич Самойлов (RU)
Николай Николаевич Самойлов
Евгений Николаевич Бологов (RU)
Евгений Николаевич Бологов
Андрей Александрович Катунин (RU)
Андрей Александрович Катунин
Дмитрий Сергеевич Фомин (RU)
Дмитрий Сергеевич Фомин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ)
Priority to RU2008121346/02A priority Critical patent/RU2361717C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2361717C1 publication Critical patent/RU2361717C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention may be used for static-pulse surface strengthening of working spherical surfaces exposed to intense wear, steel and cast iron parts. Device comprises body in the form of stepped holder having larger and smaller steps, and deforming element with working part arranged from material with low heat conductivity ratio. Deforming element is arranged in the form of pipe rolled in ring, which is fixed on end of larger step of holder with the possibility of elastic deformation under load and restoration of its size after load clearing. Smaller step of holder is used as wave guide installed in hydraulic cylinder with the possibility of periodic impulse load application to it by means of striker. Striker and wave guide are arranged in the form of rods with identical diametre. Hydraulic cylinder is connected to hydraulic generator of impulses that generates impulse load.
EFFECT: higher efficiency of treatment, stronger surface of stock with higher hardness, wear resistance and resistance to fatigue wear.
2 cl, 8 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использован» для статико-импульсного поверхностного упрочнения рабочих сферических поверхностей, подверженных интенсивному износу, стальных и чугунных деталей.The invention relates to mechanical engineering technology and can be used "for static-pulse surface hardening of working spherical surfaces, subject to intense wear, steel and cast iron parts.

Известен инструмент для фрикционного поверхностного упрочнения сферических поверхностей деталей машин, содержащий корпус и рабочую часть, выполненную из материала с низким коэффициентом теплопроводности, причем в качестве корпуса использована ступенчатая оправка, рабочая часть выполнена в виде втулки с расположенной на ее торце прерывистой рабочей сферической поверхностью, ответной обрабатываемой сферической поверхности, имеющей впадины в виде радиальных пазов, и установлена с возможностью самоустановки на меньшей ступени оправки на пакете тарельчатых пружин, длина каждого выступа, образованного радиальными пазами, минимум в два раза превышает ширину паза, а на наружной поверхности втулки выполнены ребра, способствующие интенсивному охлаждению, при этом инструмент установлен под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр обрабатываемой сферической поверхности, определяемый по формуле: β=arc tg (h/RСФ), где h - величина смещения плоскости вращения рабочего торца инструмента относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, зависящая от конструктивных параметров заготовки, мм; RСФ - радиус обрабатываемой сферической поверхности, мм [1].A known tool for frictional surface hardening of the spherical surfaces of machine parts, comprising a body and a working part made of a material with a low coefficient of thermal conductivity, and a step mandrel is used as the body, the working part is made in the form of a sleeve with an intermittent working spherical surface located at its end, a machined spherical surface having cavities in the form of radial grooves, and is installed with the possibility of self-installation at a lower stage of the mandrel on a packet of Belleville springs, the length of each protrusion formed by radial grooves is at least twice the width of the groove, and ribs are made on the outer surface of the sleeve that promote intensive cooling, while the tool is installed at an angle β to a plane perpendicular to the axis of the workpiece and passing through the center treated spherical surface, defined by the formula: β = arc tg (h / R SF), where h - the displacement of the working end of the tool relative to the plane of rotation center of the treated spherical poverhnos and, depending on the design parameters of the workpiece, mm; R SF - the radius of the processed spherical surface, mm [1].

Недостатками известного инструмента являются сложность конструкции инструмента, при его низкой стойкости требует значительных первоначальных и последующих затрат при эксплуатации, что повышает себестоимость обработки, при этом малая жесткость конструкции снижает качество и производительность обработки.The disadvantages of the known tool are the complexity of the design of the tool, with its low resistance requires significant initial and subsequent costs during operation, which increases the cost of processing, while low rigidity reduces the quality and productivity of processing.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей обработки сферических поверхностей, снижение трудоемкости обработки и повышение качества упрочненного слоя сферических поверхностей за счет увеличения его толщины, снижение себестоимости процесса статико-импульсного поверхностного упрочнения благодаря упрощению конструкции деформирующего инструмента и повышения износостойкости его.The objective of the invention is the expansion of technological capabilities for processing spherical surfaces, 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 static-pulse surface hardening by simplifying the design of the deforming tool and increasing its wear resistance.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для статико-импульсного поверхностного упрочнения сферических поверхностей деталей машин, содержащее корпус в виде ступенчатой оправки и деформирующий элемент с рабочей частью, выполненной из материала с низким коэффициентом теплопроводности, причем в качестве деформирующего элемента использована труба, свернутая в кольцо, закрепленное на торце большой ступени оправки с возможностью упруго деформироваться под нагрузкой и восстанавливаться после снятия нагрузки, при этом меньшая ступень является установленным в гидроцилиндре волноводом, к которому прикладывают периодическую импульсную нагрузку посредством бойка, причем боек и волновод выполнены в виде стержней одинакового диаметра, а вышеупомянутый гидроцилиндр соединен с гидравлическим генератором импульсов, который вырабатывает импульсную нагрузку, кроме того, на деформирующем элементе - свернутой в кольцо трубе выполнены впадины, длина которых максимум в два раза меньше длины выступов.The problem is solved using the proposed device for static-pulse surface hardening of the spherical surfaces of machine parts, containing a case in the form of a stepped mandrel and a deforming element with a working part made of material with a low coefficient of thermal conductivity, and a pipe rolled into a ring is used as a deforming element fixed at the end of a large stage of the mandrel with the ability to elastically deform under load and recover after unloading, when the smaller step is a waveguide installed in the hydraulic cylinder, to which a periodic impulse load is applied by means of a striker, moreover, the striker and the waveguide are made in the form of rods of the same diameter, and the aforementioned hydraulic cylinder is connected to a hydraulic pulse generator that generates a pulse load, in addition, on the deforming element - hollowed into the ring pipe hollows are made, the length of which is a maximum of two times less than the length of the projections.

Особенности конструкции и работы предлагаемого устройства поясняются чертежами.Features of the design and operation of the proposed device are illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена схема наладки для обработки поверхностным пластическим упрочнением наружной сферической поверхности шарового пальца предлагаемым устройством, где деформирующий элемент показан без нагрузки, перед включением рабочего хода, продольный разрез; на фиг.2 - схема обработки поверхностным пластическим упрочнением наружной сферической поверхности шарового пальца предлагаемым устройством, деформирующий элемент под нагрузкой, включен рабочий ход, продольный разрез; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, обрабатываемая заготовка условно не показана; на фиг.4 - вид Б на фиг.3, частичный продольный разрез; на фиг.5 - общий вид Б устройства на фиг.3; на фиг.6 - элемент В на фиг.2, деформирующий элемент под нагрузкой; на фиг.7 - сечение А-А на фиг.1, вариант конструкции деформирующего элемента, имеющего впадины и выступы; на фиг.8 - вид по Б на фиг.7.Figure 1 shows the setup diagram for processing surface plastic hardening of the outer spherical surface of the ball finger of the proposed device, where the deforming element is shown without load, before turning on the stroke, a longitudinal section; figure 2 - diagram of the processing of surface plastic hardening of the outer spherical surface of the spherical finger of the proposed device, the deforming element under load, included a stroke, a longitudinal section; figure 3 - cross section aa in figure 1, the workpiece is conditionally not shown; figure 4 is a view of B in figure 3, a partial longitudinal section; figure 5 is a General view B of the device of figure 3; figure 6 - element In figure 2, the deforming element under load; in Fig.7 is a section aa in Fig.1, an embodiment of a deforming element having depressions and protrusions; Fig.8 is a view along B in Fig.7.

Предлагаемый инструмент предназначен для поверхностного пластического деформирования упрочнения наружных сферических поверхностей деталей машин, которое заключается в том, что заготовке 1 и устройству 2 сообщают вращательные движения, соответственно, Vз и Vи с постоянным статическим усилием РСТ прижима устройства 2 к заготовке 1 и импульсным периодическим нагруженном РИМ.The proposed tool is intended for surface plastic deformation of hardening of the outer spherical surfaces of machine parts, which consists in the fact that the workpiece 1 and device 2 are informed by rotational movements, respectively, V s and V and with constant static force P ST of pressing the device 2 to the workpiece 1 and pulse periodically loaded P IM .

Устройство 2 содержит корпус 3 в виде двухступенчатой оправки и деформирующий элемент 4 с рабочей частью, выполненной из материала с низким коэффициентом теплопроводности (например, из нержавеющей стали или титанового сплава). В качестве деформирующего элемента 4 использована труба, свернутая в кольцо.The device 2 comprises a housing 3 in the form of a two-stage mandrel and a deforming element 4 with a working part made of a material with a low coefficient of thermal conductivity (for example, stainless steel or titanium alloy). As a deforming element 4, a pipe rolled into a ring is used.

Деформирующий элемент - кольцо 4 изготовлена из трубы, например, с размерами и техническими условиями, принятыми по ГОСТ 8734-75, трубы бесшовной холоднодеформируемой, стенки которой имеют возможность упруго деформироваться. Деформирующий элемент 4 жестко закреплен на торце большой ступени корпуса 3 на дорожке с профилем, подобным профилю поверхности кольца. Центральный угол γ контакта деформирующего элемента 4 с корпусом 3 не более 180° и не менее 90° (см. фиг.6). Крепление осуществляют, например, механическим способом с помощью планок и болтов, с помощью клея, сваркой, пайкой и др. известными способами.The deforming element - ring 4 is made of a pipe, for example, with dimensions and technical conditions adopted in accordance with GOST 8734-75, a seamless cold-deformed pipe, the walls of which are able to elastically deform. The deforming element 4 is rigidly fixed at the end of a large stage of the housing 3 on a track with a profile similar to the profile of the ring surface. The Central angle γ of the contact of the deforming element 4 with the housing 3 is not more than 180 ° and not less than 90 ° (see Fig.6). Mounting is carried out, for example, mechanically using strips and bolts, using glue, welding, soldering, and other known methods.

Наружная рабочая поверхность деформирующего элемента 4 выполнена гладкой (см. фиг.1…6), но, как вариант, может иметь впадины (см. фиг.7…8), глубина которых больше толщины стенки трубы, поэтому впадины соединены с продольным отверстием трубы. Впадины способствуют увеличению глубины упрочненного слоя обрабатываемой поверхности заготовки, благодаря впадинам снижается сопротивляемость упругого деформирования элемента и требуются меньшие усилия РСТ и РИМ для деформирования. Длина впадин на деформирующем элементе определяется экспериментально в каждом конкретном случае, но рекомендуется длина впадин в два раза меньше длины выступов.The outer working surface of the deforming element 4 is made smooth (see Fig. 1 ... 6), but, as an option, may have cavities (see Fig. 7 ... 8), the depth of which is greater than the thickness of the pipe wall, so the cavities are connected to the longitudinal hole of the pipe . The troughs increase the depth of the hardened layer of the workpiece’s work surface, due to the troughs, the resistance to elastic deformation of the element decreases and less effort P ST and P IM are required for deformation. The length of the depressions on the deforming element is determined experimentally in each case, but it is recommended that the length of the depressions is two times less than the length of the protrusions.

Деформирующий элемент 4 должен обладать свойством упруго деформироваться под нагрузкой и восстанавливаться до прежних размеров после снятия нагрузки.The deforming element 4 must have the property of elastically deforming under load and recover to their previous dimensions after unloading.

На меньшей ступени корпуса 3, которая установлена в гидроцилиндре 5, между торцом большой ступени и гидроцилиндром установлена винтовая цилиндрическая пружина 6, обеспечивающая постоянное статическое усилие РСТ прижима деформирующего элемента к заготовке 1. Установка РСТ осуществляется путем подвода деформирующего элемента 4 в направлении SПР вдоль его продольной оси.At a lower stage of the housing 3, which is installed in the hydraulic cylinder 5, a coil spring 6 is installed between the end of the large stage and the hydraulic cylinder, which provides a constant static force P ST of pressing the deforming element to the workpiece 1. Installation of P ST is carried out by supplying the deforming element 4 in the direction S PR along its longitudinal axis.

Одновременно меньшая ступень корпуса 3 служит волноводом, к которому прикладывают периодическую импульсную нагрузку РИМ посредством бойка 7, при этом боек 7 и волновод выполнены в виде стержней одинакового диаметра. Гидроцилиндр 5 с меньшей ступенью корпуса - волноводом и бойком соединен с гидравлическим генератором импульсов (не показан), который вырабатывает импульсную нагрузку [2-4].At the same time, the lower stage of the casing 3 serves as a waveguide to which a periodic impulse load P IM is applied by means of a striker 7, while the striker 7 and the waveguide are made in the form of rods of the same diameter. The hydraulic cylinder 5 with a lower stage of the body — the waveguide and the striker is connected to a hydraulic pulse generator (not shown), which generates a pulse load [2-4].

Как правило, обрабатываемая сферическая поверхность заготовки - неполная (см. фиг.1) и примыкает шейкой к хвостовику, поэтому устройство устанавливают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферы.As a rule, the workpiece’s spherical surface is incomplete (see FIG. 1) and adjoins the shank with its neck, therefore, the device is installed at an angle β to a plane perpendicular to the workpiece axis and passing through the center of the sphere.

Работа предлагаемого устройства 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 деформирующего элемента, плоскость которой смещена относительно центра сферы, по направляющей линии - окружности, полученной за счет вращения обрабатываемой заготовки. Таким образом, точность формообразования сферы определяется не профилем деформирующего элемента, а точностью траектории этих движений, т.е. кинематикой процесса, что позволяет получить сферические поверхности высокой точности.The operation of the proposed device 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 frictional surface hardening as the movement of a generatrix of a circle described by the working end of the deforming element, 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 deforming element, 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.

Поверхностное упрочнение предлагаемым устройством осуществляется, например, на токарных станках. Устройство устанавливается на суппорте и подключено к гидравлическому генератору импульсов [2…4]. Заготовка закрепляется в электромеханическом приспособлении на шпинделе токарного станка.Surface hardening of the proposed device is carried out, for example, on lathes. The device is installed on a support and connected to a hydraulic pulse generator [2 ... 4]. The workpiece is fixed in an electromechanical device on the spindle of a lathe.

Статическое нагружение РСТ осуществляется посредством пружины 6, смонтированной на волноводе и постоянно воздействующей на деформирующий элемент 4 при его контакте со сферической поверхностью заготовки. При этом осуществляется натяг (см. фиг.6) деформирующего элемента в результате продольного SПР перемещения гидроцилиндра на 0,5…1,0 мм (от линии касания деформирующего кольца с заготовкой).Static loading P ST is carried out by means of a spring 6 mounted on the waveguide and constantly acting on the deforming element 4 when it is in contact with the spherical surface of the workpiece. In this case, an interference is applied (see Fig. 6) of the deforming element as a result of the longitudinal S PR movement of the hydraulic cylinder by 0.5 ... 1.0 mm (from the contact line of the deforming ring with the workpiece).

Величина статической силы деформирования выбирается наибольшей из обеспечивающих упругие контактные деформации обрабатываемого материала.The value of the static deformation force is selected as the largest of those providing elastic contact deformations of the processed material.

Импульсное нагружение РИМ осуществляется посредством удара бойка 7 по торцу волновода, на котором установлен деформирующий элемент 4. В результате удара 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.Impulse loading of P IM is carried out by hitting the striker 7 at the end of the waveguide, on which the deforming element 4 is installed. As a result of the shock, shock and oppositely directed pulses of the same amplitude and duration arise in the striker and waveguide, each of which will affect the surface being machined with a cycle equal to double pulse duration. Having reached the surface to be treated, the shock pulse is distributed on the passing and reflecting. The passing pulse forms the dynamic component of the strain force.

Ударный импульс внедряет деформирующий элемент в обрабатываемую поверхность на большую величину, чем при традиционной обработке с использованием только статической нагрузки.A shock pulse introduces a deforming element into the surface to be machined by a larger amount than with traditional processing using only static load.

Глубина упрочненного слоя предлагаемым устройством 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 предлагаемым устройством по сравнению с традиционным накатыванием эффективная глубина слоя, упрочненного на 20% и более, возрастает в 1,8…2,7 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более, - в 1,7…2,2 раза.The depth of the hardened layer of the proposed device 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 the static-pulse treatment by the proposed device, compared with traditional rolling, the effective depth of the layer hardened by 20% or more increases by 1.8 ... 2.7 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 предлагаемым устройством, проведены экспериментальные исследования обработки автомобильного шарового пальца на специальном приспособлении с использованием стенда с гидравлическим генератором импульсов. Значения технологических факторов (частоты ударов, радиус трубы деформирующего элемента, длины впадины, скорости VИ и VЗ) 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 device, experimental studies of the processing of an automobile ball finger on a special device using a bench with a hydraulic pulse generator were carried out. The values of technological factors (frequency of impacts, the radius of the pipe of the deforming element, the length of the cavity, speed VI and VZ ) were chosen 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 деформирующего элемента к обрабатываемой поверхности составляла PСТ≥25…40 кН; РИМ=25…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 устройством аналогичная глубина упрочненного слоя достигается в результате кратковременного воздействия на очаг деформации пролонгированного импульса энергии. При близких степенях упрочнении поверхностного слоя величина статической составляющей нагрузки в предлагаемой статико-импульсной обработки значительно меньше.The value of the force of static preloading of the deforming element to the surface to be treated was P ST ≥25 ... 40 kN; P MI = 25 ... 400 kN. Billets made of steel 40X; initial hardness of “raw” samples is HV 270 ... 280. The depth of the hardened by static-pulsed processing layer 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 device the same depth of the hardened layer is achieved as a result of short-term exposure to 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 in the proposed static-pulse processing 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 устройством предельная величина шероховатости составляет Ra=0,08 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 5 раз.The maximum roughness value achieved during processing by the proposed device is R a = 0.08 μm, a reduction of the initial roughness by a factor of 5 is possible.

Импульсные нагрузки, создаваемые предлагаемым устройством, благоприятно сказываются на условиях работы инструмента. Наложение ударной нагрузки приводит к более равномерному распределению общей нагрузки на деформирующий элемент, вызывает дополнительные циклические перемещения контактных поверхностей деформирующего элемента и заготовки, облегчает формирование упрочняемой поверхности. Импульсные нагрузки способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки. При наложении колебаний рабочая поверхность деформирующего элемента периодически «отдыхает», что способствует увеличению ее стойкости. Обработка в условиях импульсных нагрузок резко увеличивает эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта инструмента и заготовки.Impulse loads created by the proposed device, favorably affect the working conditions of the tool. The imposition of an impact load leads to a more uniform distribution of the total load on the deforming element, causes additional cyclic movements of the contact surfaces of the deforming element and the workpiece, and facilitates the formation of a hardened surface. Impulse loads contribute to better penetration of the cutting fluid (coolant) into the treatment area. When vibrations are applied, the working surface of the deforming element periodically “rests”, which helps to increase its resistance. Processing under conditions of pulsed loads 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 of the tool and the workpiece.

Предлагаемое устройство расширяет технологические возможности ППД благодаря использованию статико-импульсного нагружения на деформирующий элемент, позволяет управлять глубиной упрочненного слоя, степенью упрочнения и микрорельефом поверхности, а также повышает качество и точность обработки путем самоустановки деформирующего элемента по сферической поверхности обрабатываемой заготовки.The proposed device extends the technological capabilities of PPD through the use of static-pulse loading on the deforming element, allows you to control the depth of the hardened layer, the degree of hardening and the surface microrelief, and also improves the quality and accuracy of processing by self-installing the deforming element on the spherical surface of the workpiece.

Ширина площади контакта деформирующего элемента с обрабатываемой заготовкой (см. фиг. 1, 2) составляет 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 деформирующий элемент. Поэтому в качестве материала деформирующего элемента выбирают титановый сплав или нержавеющую сталь, обладающие низкой теплопроводностью (λ=21,9…25,5 Вт/м·К).The width of the contact area of the deforming element with the workpiece (see Fig. 1, 2) is 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 area of the frictional sliding contact, a certain amount of heat, namely most of it, goes into the rapidly rotating deforming element. 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 deforming element.

При круговом перемещении зоны контакта, благодаря наличию впадин и выступов на рабочей поверхности деформирующего элемента, 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 деформирующем элементе можно регулировать глубину и микротвердость упрочненного слоя. Использование центрального отверстия деформирующего элемента с впадинами для подачи СОЖ способствует лучшему подводу СОЖ, уменьшению температуры в зоне обработки, что исключает появлению трещин и прижогов на обрабатываемой поверхности.With the circular movement of the contact zone, due to the presence of depressions and protrusions on the working surface of the deforming element, 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 passing the protrusion of the tool, then instantly interrupts heating and cooling 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 deforming element, the depth and microhardness of the hardened layer can be adjusted. The use of a central hole of a deforming element with cavities for supplying coolant contributes to a better supply of coolant, a decrease in temperature in the treatment zone, which eliminates the appearance of cracks and burns on the treated surface.

При величине отношения длины выступа к длине впадины менее 2-х увеличение глубины упрочненного слоя незначительное, однако, возникает большая вероятность перегрева деформирующего элемента.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, however, there is a high probability of overheating of the deforming element.

Предлагаемое устройство просто по конструкции и надежно в эксплуатации. Получаемые на поверхности упрочняемой заготовки структуры белых слоев обладают повышенной твердостью, а соответственно, износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению. Устройство позволяет повысить производительность обработки в 1,5…2,0 раза.The proposed device 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 device allows to increase processing productivity by 1.5 ... 2.0 times.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2283749, МКИ В24В 39/04. Инструмент для фрикционного поверхностного упрочнения сферических поверхностей. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Афанасьев Б.И. и др. Заявка №2004136119/02, заяв. 09.12.2004, опубл. 20.09.2006. Бюл. №26 - прототип.1. RF patent No. 2283749, MKI V24V 39/04. Tool for friction surface hardening of spherical surfaces. Stepanov Yu.S., Kirichek A.V., Afanasyev B.I. and other Application No. 2004136119/02, application. 12/09/2004, publ. 09/20/2006. Bull. No. 26 is a prototype.

2. Патент РФ 2 098 259, МКИ6 В24В 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 2 098 259, MKI 6 V24V 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 (2)

1. Устройство для статико-импульсного поверхностного упрочнения сферических поверхностей деталей машин, содержащее корпус в виде ступенчатой оправки, имеющей большую и меньшую ступени, и деформирующий элемент с рабочей частью, выполненной из материала с низким коэффициентом теплопроводности, отличающееся тем, что деформирующий элемент выполнен в виде трубы, свернутой в кольцо, которое закреплено на торце большой ступени оправки с возможностью упругого деформирования под нагрузкой и восстановления после снятия нагрузки, меньшая ступень оправки использована в качестве волновода, установленного в гидроцилиндре с возможностью приложения к нему периодической импульсной нагрузки посредством бойка, при этом боек и волновод выполнены в виде стержней одинакового диаметра, а упомянутый гидроцилиндр соединен с гидравлическим генератором импульсов, вырабатывающим импульсную нагрузку.1. A device for static-pulse surface hardening of the spherical surfaces of machine parts, comprising a housing in the form of a stepped mandrel having a larger and smaller steps, and a deforming element with a working part made of a material with a low coefficient of thermal conductivity, characterized in that the deforming element is made in in the form of a pipe rolled into a ring, which is fixed at the end of a large step of the mandrel with the possibility of elastic deformation under load and recovery after unloading, a smaller stupa v mandrel used as a waveguide installed in the hydraulic cylinder capable of applying thereto a periodic pulse duty by the striker, the striker and the waveguide are in the form of rods of the same diameter, and said hydraulic cylinder connected to a hydraulic pulse generator produces a pulsed load. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что свернутая в кольцо труба выполнена с выступами и впадинами, при этом максимальная длина впадин в два раза меньше длины выступов. 2. The device according to claim 1, characterized in that the pipe rolled into a ring is made with protrusions and depressions, while the maximum length of the depressions is two times less than the length of the protrusions.
RU2008121346/02A 2008-05-27 2008-05-27 Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces RU2361717C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008121346/02A RU2361717C1 (en) 2008-05-27 2008-05-27 Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008121346/02A RU2361717C1 (en) 2008-05-27 2008-05-27 Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2361717C1 true RU2361717C1 (en) 2009-07-20

Family

ID=41047060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008121346/02A RU2361717C1 (en) 2008-05-27 2008-05-27 Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2361717C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2336986C1 (en) Method of static-pulse mandrelling with fabricated mandrel
RU2361717C1 (en) Device for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces
RU2361716C1 (en) Method for static-impulse surface strengthening of spherical surfaces
RU2337807C1 (en) Device for static-pulse rolling of screws
RU2279961C1 (en) Device for restoration of metal inner surfaces by static pulse rolling
RU2447983C1 (en) Method of rolling outer helical surfaces
RU2285601C1 (en) Apparatus for static-pulse expanding of internal grooves
RU2296664C1 (en) Process for electric static-pulse treatment
RU2280551C1 (en) Method of static-pulse reeling of internal grooves
RU2287426C1 (en) Method of static-pulse expanding
RU2324584C1 (en) Method of statico-impulse surface plastic deformation
RU2286237C1 (en) Method of recovery and hardening of the holes inner surfaces using the statico-pulsing internal roll burnishing
RU2347663C1 (en) Device for static-pulse rolling of shafts
RU2286240C1 (en) Method of surface plastic deformation
RU2311278C1 (en) Working method by applying static load and pulse load to elastic deforming tool
RU2287424C1 (en) Device for static-pulse surface plastic deformation by rotating tool
RU2312004C1 (en) Elastic deforming tool for static-pulse working
RU2347662C1 (en) Method for static-impulse processing of shafts
RU2366558C1 (en) Method of flat surface hardening using rotor-type generator of mechanical pulses
RU2479406C2 (en) Device for machining shaped bores
RU2383426C1 (en) Device for screw static-pulse strengthening
RU2296663C1 (en) Electric static-pulse treatment apparatus
RU2283746C1 (en) Device for surface plastic deformation
RU2325265C1 (en) Device for statico-pulse surface plastic deformation
RU2347661C1 (en) Device for pulse strengthening of holes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100528