RU2478457C1 - Tool for finishing and gaging metallic inner cylindrical surfaces - Google Patents
Tool for finishing and gaging metallic inner cylindrical surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478457C1 RU2478457C1 RU2011139430/02A RU2011139430A RU2478457C1 RU 2478457 C1 RU2478457 C1 RU 2478457C1 RU 2011139430/02 A RU2011139430/02 A RU 2011139430/02A RU 2011139430 A RU2011139430 A RU 2011139430A RU 2478457 C1 RU2478457 C1 RU 2478457C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deforming
- tool
- cutting
- grooves
- cutting elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Milling Processes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам и устройствам для чистовой обработки резанием, калиброванием и упрочнением металлических внутренних цилиндрических поверхностей деталей из сталей и сплавов со статико-импульсным нагружением деформирующе-режущего инструмента.The invention relates to mechanical engineering technology, in particular to methods and devices for finishing machining, cutting, calibrating and hardening the metal inner cylindrical surfaces of steel and alloy parts with static-pulse loading of a deforming cutting tool.
Известен инструмент для чистовой обработки с калиброванием металлических внутренних цилиндрических поверхностей деталей, содержащий деформирующе-режущие элементы, имеющие на наружной поверхности выполненные под углом к оси инструмента заборный и обратный конусы с расположенной между ними цилиндрической ленточкой [1].A known tool for finishing with calibration of the metal inner cylindrical surfaces of the parts, containing deforming and cutting elements having on the outer surface made at an angle to the axis of the tool intake and inverse cones with a cylindrical ribbon located between them [1].
Известный инструмент отличается ограниченными технологическими возможностями, небольшим снимаемым припуском, недостаточно большим натягом, незначительной глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой внутренней поверхности, невысокой производительностью и стойкостью инструмента, низким КПД и большой энергоемкостью оборудования.The known tool is characterized by limited technological capabilities, a small removable allowance, insufficiently tight fit, insignificant depth of the hardened layer and insufficiently high degree of hardening of the machined inner surface, low productivity and tool life, low efficiency and high energy consumption of the equipment.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей чистовой обработки внутренних поверхностей за счет применения комбинированной деформирующе-режущей протяжки со статико-импульсным нагружением [4, 5] и подвижными деформирующе-режущими элементами, позволяющей увеличить снимаемый припуск, управлять глубиной упрочненного слоя, степенью упрочнения и микрорельефом внутренних поверхностей отверстий, а также повышение производительности и стойкости инструмента, снижение энергоемкости оборудования и повышения его КПД.The objective of the invention is to expand the technological capabilities of finishing internal surfaces through the use of combined deforming and cutting broaches with static-pulse loading [4, 5] and movable deforming and cutting elements, which allows to increase the removed allowance, to control the depth of the hardened layer, the degree of hardening and the microrelief of the internal hole surfaces, as well as increasing productivity and tool life, reducing energy intensity of equipment and increasing its efficiency.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого инструмента для чистовой обработки с калиброванием металлических внутренних цилиндрических поверхностей деталей, содержащего деформирующе-режущие элементы, имеющие на наружной поверхности выполненные под углом к оси инструмента заборный и обратный конусы с расположенной между ними цилиндрической ленточкой, причем на деформирующе-режущих элементах, количество которых выбрано четным, выполнены канавки и выступы равной ширины, причем канавки расположены под углом к оси инструмента с образованием положительного переднего угла в нормальном сечении к боковой поверхности канавки, расположенного с левой стороны переднего торца при правом расположении канавок или с правой стороны переднего торца при левом расположении канавок, при этом угол расположения канавок определен по формуле:The problem is solved using the proposed tool for finishing with calibration of the metal inner cylindrical surfaces of parts containing deforming and cutting elements having an intake and inverse cones with a cylindrical ribbon located between them and on the deforming cutting elements, the number of which is chosen even, made grooves and protrusions of equal width, and the grooves are located at an angle to the axis of the tool to form a positive rake angle in the normal section to the side surface of the groove, located on the left side of the front end of the grooves at the right location or the right side at the front end of the left arrangement groove, wherein the angle of the grooves is defined by the formula:
ω=arc tg(b/1),ω = arc tg (b / 1),
где l - высота деформирующе-режущего элемента, мм;where l is the height of the deforming-cutting element, mm;
b - ширина канавки или выступа, мм;b is the width of the groove or protrusion, mm;
ω - угол расположения канавки относительно продольной оси инструмента, град.ω is the angle of the groove relative to the longitudinal axis of the tool, deg.
при этом деформирующе-режущие элементы подвижно по скользящей посадке установлены на оправке с использованием упорных подшипников, установленных у переднего торца первого деформирующе-режущего элемента и у заднего торца последнего деформирующе-режущего элемента, причем деформирующе-режущие элементы соединены и зафиксированы между собой торцовыми шпонкам так, что выступы элементов расположены в шахматном порядке с перекрытием впадин одного элемента выступами другого, при этом на заднем торце последнего элемента выполнены кулачки, образующие полумуфту, входящую в зацепление с полумуфтой, выполненной на торце полого вала, охватывающего оправку, причем между полумуфтами установлена цилиндрическая винтовая пружина сжатия, упомянутый полый вал выполнен невращающимся относительно оправки с возможностью продольного перемещения при воздействии на него импульсной силы, а на рабочие поверхности и отверстия деформирующе-режущих элементов нанесен слой эпилама.while the deforming-cutting elements are movably mounted on a sliding fit on the mandrel using thrust bearings mounted at the front end of the first deforming-cutting element and at the rear end of the last deforming-cutting element, and the deforming-cutting elements are connected and fixed to each other by end keys that the protrusions of the elements are staggered with overlapping the hollows of one element with the protrusions of the other, while the cams are made on the rear end of the last element, about brazed half coupling engaged with the half coupling made on the end face of the hollow shaft covering the mandrel, and a cylindrical compression screw spring is installed between the half couplings, said hollow shaft is made non-rotating relative to the mandrel with the possibility of longitudinal movement when subjected to pulsed force, and on the working surfaces and holes deforming-cutting elements applied epilame layer.
Сущность предлагаемой конструкции инструмента поясняется чертежами.The essence of the proposed design of the tool is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена предлагаемая конструкция инструмента с двумя подвижными деформирующе-режущими элементами в положении в момент действия на оправку статической РСТ нагрузки и действия на полый вал импульсной РИМ нагрузки, при этом деформирующе-режущие элементы не подвижны относительно продольной оси оправки, кулачковая муфта включена, общий вид с частичным продольным сечением; на фиг.2 - предлагаемая конструкция инструмента с двумя подвижными деформирующе-режущими элементами в положении в момент действия на оправку только статической РСТ нагрузки, при этом деформирующе-режущие элементы могут свободно поворачиваться относительно продольной оси оправки, кулачковая муфта выключена, общий вид с частичным продольным сечением; на фиг.3 - первый деформирующе-режущий элемент, частичное продольное сечение; на фиг.4 - поперечный разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 - разрез Б - Б на фиг.3; на фиг.6 - вид на торец последнего деформирующе-режущего элемента, вид по В на фиг.1; на фиг.7 - развертка рабочих поверхностей двух деформирующе-режущих элементов; на фиг.8 - след траектории движения развертки рабочих поверхностей двух деформирующе-режущих элементов; на фиг.9 - поперечное сечение Г-Г на фиг.8 в положении в момент окончания круговой подачи первого элемента под действием только статической нагрузки при выключенной муфте; на фиг.10 - поперечное сечение Г-Г на фиг.8 в положении в момент окончания продольного поступательного движения первого элемента под действием статической и динамической нагрузок при включенной муфте; на фиг.11 - схема устройства для обработки отверстия предлагаемым инструментом, позволяющим нагружать его статической и периодической импульсной нагрузками, слева показан инструмент с выключенной муфтой и работающий с круговой подачей деформирующе-режущиих элементов при обработке.Figure 1 presents the proposed design of the tool with two movable deforming and cutting elements in position at the moment of action on the mandrel of the static P ST load and the action on the hollow shaft of the pulsed R IM load, while the deforming and cutting elements are not movable relative to the longitudinal axis of the mandrel, cam coupling included, general view with partial longitudinal section; figure 2 - the proposed design of the tool with two movable deforming and cutting elements in position at the moment of action on the mandrel only static P ST load, while the deforming and cutting elements can freely rotate relative to the longitudinal axis of the mandrel, the cam clutch is off, General view with partial longitudinal section; figure 3 - the first deforming-cutting element, a partial longitudinal section; figure 4 is a transverse section aa in figure 3; figure 5 - section B - B in figure 3; figure 6 is a view of the end face of the last deforming-cutting element, a view along In figure 1; 7 is a scan of the working surfaces of two deforming-cutting elements; on Fig - trace of the motion path of the scan working surfaces of two deforming-cutting elements; in Fig.9 is a cross section GG in Fig.8 in the position at the time of the end of the circular feed of the first element under the action of only static load when the clutch is off; figure 10 is a cross section GG in figure 8 in position at the time of the end of the longitudinal translational motion of the first element under the action of static and dynamic loads with the clutch engaged; 11 is a diagram of a device for processing a hole with the proposed tool, allowing it to be loaded with static and periodic pulsed loads, the tool with the clutch turned off and working with a circular feed of deforming and cutting elements during processing is shown on the left.
Предлагаемый инструмент предназначен для чистовой комбинированой обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием (ППД) с калиброванием [6] и упрочнением металлических внутренних цилиндрических поверхностей 1 отверстий заготовок 2 из сталей и сплавов деформирующе-режущим инструментом 3, к которому прикладывают статико-импульсную нагрузку с помощью силовых гидроцилиндров 4 (фиг.11) [4, 5]. Обрабатываемую заготовку устанавливают на опорной плите 5 станка 6.The proposed tool is intended for the final combined machining by cutting and surface plastic deformation (PPD) with calibration [6] and hardening of the metal inner cylindrical surfaces of 1 holes of
Деформирующе-режущий инструмент 3 содержит не менее двух деформирующе-режущих элементов 7, количество которых выбрано четным. Наружная поверхность деформирующе-режущих элементов выполнена в виде заборного конуса 8 с углом α к продольной оси, обратного конуса 9, выполненного под углом β к продольной оси инструмента, и расположенной между ними цилиндрической ленточкой 10. На наружной поверхности выполнены канавки 11 с образованием выступов 12. Канавки выполнены шириной b, равной ширине образованных выступов, под углом ω к продольной оси инструмента. Боковые стороны канавки 11 выполнены под углом γ1 к продольной оси инструмента в плоскости поперечного сечения деформирующе-режущего элемента (фиг.4), причем угол γ1 выполнен положительным с левой стороны переднего торца каждого элемента при правом расположении канавок и, наоборот, положительным с правой стороны переднего торца элемента при левом расположении канавок. Канавки выполнены под углом ω к продольной оси инструмента, который определяют по формуле:Deforming and
ω=arc tg(b/l),ω = arc tg (b / l),
где l - высота деформирующе-режущего элемента, мм; b - ширина канавки или выступа, мм; ω - угол расположения канавки относительно продольной оси инструмента, град.where l is the height of the deforming-cutting element, mm; b is the width of the groove or protrusion, mm; ω is the angle of the groove relative to the longitudinal axis of the tool, deg.
Деформирующе-режущие элементы 7 подвижно по скользящей посадке, например по dH7/h6, установлены на оправке 13 с использованием упорных подшипников 14, расположенных у переднего торца первого элемента и у заднего торца последнего элемента. Деформирующе-режущие элементы должны быть неподвижны между собой, так как выступы и впадины каждого элемента расположены в шахматном порядке друг к другу. Выступы одного элемента перекрываются впадинами другого элемента. Поэтому деформирующе-режущие элементы соединены и зафиксированы между собой торцовыми шпонками 15.The deforming-
На заднем торце последнего элемента выполнены кулачки, образующие полумуфту 16, входящую в зацепление с полумуфтой 17, выполненной на торце полого вала 18, охватывающего оправку 13. Полый вал 18 установлен на оправке 13 с возможностью только продольного перемещения. Это возможно, например, при использовании шлицевого соединения или скользящей шпонки (не показаны). При продольном перемещении полого вала, например, сверху вниз (согласно фиг.1, 2, 11) полумуфты 16 и 17 сцепляются и деформирующе-режущие элементы становятся неподвижными и не вращающимися относительно оправки. Конструкция кулачковой сцепной муфты может быть выполнена согласно рекомендациям источника [7].At the rear end of the last element, cams are made, forming a
Между полумуфтами 16 и 17 установлена цилиндрическая винтовая пружина сжатия 19, необходимая для расцепления полумуфт при снятии продольной импульсной нагрузки РИМ, воздействующей на полый вал.Between the
На рабочих поверхностях и отверстии деформирующе-режущих элементов 7 нанесен слой эпилама, представляющий собой многокомпонентную систему, включающую фторосодержащие поверхностно-активные вещества и регулирующие добавки в различных растворителях. В результате эпиламирования молекулы технологического модифицированного состава проникают в пограничный слой и образуют на его поверхности тончайшую нанопленку толщиной 3…50 нм, которая позволяет снизить коэффициент трения в 2…3 раза, а поверхностную энергию до 1000 раз. Это обеспечивает придание трущимся поверхностям антифрикционных и антиадгезионных свойств. Сформированная барьерная пленка выдерживает температуру до 459°С, не разрушается при ударных нагрузках до 300 кг/мм, не растворяется ни в одном из применяемых углеводородных растворителей [8].On the working surfaces and the opening of the deforming-
Для обработки отверстий предлагаемым инструментом используют, например, устройство, позволяющее нагружать инструмент статической и периодической импульсной нагрузками (фиг.11). Оправка 13 соединена с волноводом 20 и подвергается воздействию периодической импульсной РИМ и статической РСТ нагрузкам и передает эти нагрузки на деформирующе-режущие элементы инструмента. Установка и крепление оправки на волноводе осуществляется с возможностью быстрого демонтажа и съема инструмента, например, с помощью патрона для протягивания (не показан). Устройство содержит гидроцилиндр 21, воздействующий статической нагрузкой РСТ на деформирующе-режущий инструмент 3, через гидроцилиндр 22, в котором расположены боек 23 и волновод 20. Гидроцилиндр 22 выполнен с возможностью приложения к инструменту посредством бойка 23 периодической импульсной нагрузки РИМ и передачи статической нагрузки РСТ, вырабатываемой гидроцилиндром 21 статической нагрузки. В качестве механизма импульсного нагружения инструмента применяют гидравлический генератор импульсов (не показан) [2, 3]. Гидравлический генератор импульсов (ГГИ) питает силовые гидроцилиндры.For processing holes with the proposed tool, for example, a device is used that allows the tool to be loaded with static and periodic pulsed loads (Fig. 11). The
На деформирующе-режущие элементы инструмента, которые установлены на оправке, воздействует шток 24 гидроцилиндра 21. На штоке подвижно расположен гидроцилиндр 22 с волноводом 20, к которому дополнительно прикладывают периодическую импульсную Рим нагрузку посредством бойка 23. Волновод жестко связан с полым валом 18 и передает импульсную нагрузку инструменту. Гидроцилиндры 4 питаются от гидравлического генератора импульсов (не показан) [2, 3].The deforming and cutting elements of the tool that are mounted on the mandrel are affected by the
Деформирующий элемент 7, входящий в состав инструмента, имеет на наружной поверхности заборный конус 8, выполненный под углом α к оси инструмента, и обратный конус 9, выполненный под углом β к оси инструмента, с расположенной между ними цилиндрической ленточкой 10, которая калибрует обработанную поверхность. Начало образования выступов на обрабатываемой поверхности происходит при входе переднего торца первого деформирующе-режущего элемента в отверстие заготовки.The
Инструмент работает следующим образом. Во время рабочего хода первый элемент входит в отверстие заборной частью передним торцом (фиг.11) и начинает пластически увеличивать диаметр отверстия в зоне выступов деформирующе-режущего элемента и в меньшей степени в зоне канавок, за счет чего на поверхности отверстия образуются выступы, испытывающие окружные растягивающие напряжения (фиг.9). Но поскольку деформирующе-режущие элементы свободно установлены на оправке и полумуфты расцеплены, а выступы на рабочей части элементов выполнены под углом ω к продольной оси, то элементы будут поворачиваться вокруг продольной оси инструмента и дальнейшая подача элементов будет круговой SКР. Таким образом, при выключенной кулачковой муфте, когда полумуфты расцеплены, и продольная импульсная нагрузка РИМ не действует на полый вал, инструмент работает с круговая подачей SKP деформирующе-режущих элементов. При этом деформирующе-режущие элементы только деформируют обрабатываемую заготовку и не срезают припуск. Деформирование выступов на заготовке будет осуществляться на длине h до тех пор, пока не включится муфта, т.е. пока не начнет действовать РИМ импульсная нагрузка. Если предположить, что длина деформированного выступа равна высоте элемента h=l мм, то это значит, что на всей высоте элемента его канавки будут заполнены выступами деформированного металла обрабатываемой заготовки. Такое допущение принято при пояснении принципа работы инструмента и показано на фиг.8.The tool works as follows. During the working stroke, the first element enters the opening with the front end (Fig. 11) and begins to plastically increase the diameter of the hole in the area of the protrusions of the deforming-cutting element and to a lesser extent in the area of the grooves, due to which protrusions are formed on the surface of the hole, experiencing circumferential tensile stresses (Fig.9). But since the deforming and cutting elements are freely mounted on the mandrel and the coupling halves are disengaged, and the protrusions on the working part of the elements are made at an angle ω to the longitudinal axis, the elements will rotate around the longitudinal axis of the tool and the further supply of elements will be circular S KP . Thus, when the cam clutch is turned off, when the coupling halves are disengaged, and the longitudinal impulse load P IM does not act on the hollow shaft, the tool operates with a circular feed S KP of deforming cutting elements. In this case, the deforming-cutting elements only deform the workpiece and do not cut the allowance. The deformation of the protrusions on the workpiece will be carried out at a length h until the clutch engages, i.e. until the P IM impulse load begins to operate. If we assume that the length of the deformed protrusion is equal to the height of the element h = l mm, then this means that at the entire height of the element its grooves will be filled with protrusions of the deformed metal of the workpiece. This assumption is made when explaining the principle of the tool and is shown in Fig. 8.
При действии РИМ на полый вал две полумуфты сцепляются и включается кулачковая муфта, при этом свободное вращение элементов прекращается и они жестко фиксируются на оправке. Левая боковая поверхность канавки при правом их расположении на элементе встает на пути движения образованного на поверхности отверстия выступа, и последний начинает срезаться (фиг.5). При этом резание осуществляется в зоне растяжения, что способствует снижению сил резания, так как предварительное растяжение способствует накоплению степени разрушения в срезаемом слое, а также увеличивает показатель напряженного состояния в зоне резания.Under the action of P IM on the hollow shaft, two half-couplings engage and the cam clutch engages, while the free rotation of the elements stops and they are rigidly fixed on the mandrel. The left lateral surface of the groove, when placed right on the element, stands in the way of the protrusion formed on the surface of the hole, and the latter begins to be cut off (Fig. 5). In this case, the cutting is carried out in the tension zone, which helps to reduce the cutting forces, since the preliminary tension contributes to the accumulation of the degree of destruction in the shear layer, and also increases the stress state in the cutting zone.
Процесс срезания стружки происходит с момента начала действия импульсной нагрузки РИМ, которая сцепляет полумуфты и переводит круговую подачу SКР элементов в продольную SПР подачу инструмента. Момент окончания резания связан с окончанием действия импульсной нагрузки.The process of cutting chips occurs from the moment the pulse load P IM starts, which couples the coupling halves and translates the circular feed S KP elements in the longitudinal S PR tool feed. The end of cutting is associated with the end of the pulse load.
Рассмотрим процесс срезания стружки первым элементом инструмента вновь установленной заготовки и начало рабочего хода при включении импульсной нагрузки.Consider the process of cutting chips by the first tool element of a newly installed workpiece and the beginning of the working stroke when switching on the pulse load.
Процесс срезания стружки начинается при касании переднего торца деформирующе-режущего элемента в точке Д, то есть в зоне образования выступов на обрабатываемой поверхности, и по мере продвижения деформирующе-режущего элемента ширина стружки увеличивается, причем процесс резания происходит на повышенных режимах резания, т.к. действует импульсная нагрузка. При вхождении точки перехода заборного конуса в цилиндрическую ленточку в зону обработки толщина срезаемого слоя «a» достигнет максимальной величины «aMAX» и будет равна максимальной высоте НMAX образующихся выступов. Экспериментально установлено:The chip cutting process begins when the front end of the deforming-cutting element is touched at point D, that is, in the zone of formation of protrusions on the surface to be machined, and as the deforming-cutting element advances, the chip width increases, and the cutting process occurs at higher cutting conditions, because . Impulse load applied. When the transition point of the intake cone enters the cylindrical ribbon in the treatment zone, the thickness of the cut-off layer “a” will reach the maximum value “a MAX ” and will be equal to the maximum height H MAX of the formed protrusions. Experimentally established:
H≈(0,12…0,2)·i, мм;H≈ (0.12 ... 0.2) · i, mm;
где i - натяг на деформирующий элемент, мм.where i is the interference on the deforming element, mm
При дальнейшем движении инструмента материальная точка В заготовки должна войти в зону обработки последней в точке Г режущей кромки, пройдя путь, равный l - высоте элемента. При этом в этой точке высота образованного выступа будет равна нулю. Таким образом, в точке Г режущей кромки процесс резания происходить не будет, поэтому ширина стружки, продолжая увеличиваться, достигнет величины ДГ, а толщина стружки будет уменьшаться до нуля. То есть при перемещении деформирующе-режущего элемента на величину l при одном импульсе действия силы РИМ процесс стабилизируется.With further movement of the tool, the material point B of the workpiece should enter the processing zone of the latter at the point Г of the cutting edge, having traveled a path equal to l - the height of the element. Moreover, at this point, the height of the formed protrusion will be equal to zero. Thus, the cutting process will not occur at point Г of the cutting edge, therefore, the width of the chip, continuing to increase, will reach the DW value, and the thickness of the chip will decrease to zero. That is, when moving the deforming-cutting member by an amount l when a single pulse of the force F MI process is stabilized.
Сила резания и деформирования при входе элемента в зону резания и выходе из нее будет изменяться не скачкообразно, а постепенно, что значительно снижает вибрации и, как следствие, снижает волнистость обработанной поверхности. Кроме того, выполнение канавок под углом ω к вектору главного движения значительно снижает силы резания, так как увеличивается кинематический передний угол γK=arc tg(tgγ/sinω), а процесс резания становится косоугольным.The force of cutting and deformation when the element enters the cutting zone and exits from it will not change stepwise, but gradually, which significantly reduces vibration and, as a result, reduces the waviness of the treated surface. In addition, the grooves at an angle ω to the main motion vector significantly reduce the cutting forces, since the kinematic rake angle γ K = arc tg (tgγ / sinω) increases, and the cutting process becomes oblique.
Максимальным значением величины продольного перемещения h при действии одного импульса РИМ может быть принята величина l, т.е. величина, равная высоте элемента 7. Практически величина продольного перемещения h при действии одного импульса РИМ принимается в пределах 0<h<l и зависит от величины силы импульса, его длительности и частоты, технологических требований к обрабатываемому отверстию (точности отверстия, шероховатости и др.), размеров инструмента и т.д. Определение оптимальной величины продольного перемещения h производится опытным путем.The maximum value of the magnitude of the longitudinal displacement h under the action of a single pulse P IM can be taken as l, i.e. a value equal to the height of the
Процесс срезания стружки элементом инструмента, осуществляемый после круговой подачи, характеризуется тем, что все впадины элемента уже заполнены деформируемым металлом заготовки на величину h по высоте элемента. Поэтому срезание стружки происходит сразу на всей высоте h шириной стружки, равной (h/cosα·cosω). Толщина срезаемого слоя «a» будет неравномерной: у переднего торца - равна нулю и максимальная величина «aMAX» будет равна максимальной высоте HMAX образующихся выступов. Данный процесс срезания стружки осуществляется в зоне растяжения, что способствует снижению сил резания, отличается высокой производительностью и повышенным качеством обработанной поверхности.The chip cutting process by the tool element, carried out after a circular feed, is characterized by the fact that all the hollows of the element are already filled with the wrought metal of the workpiece by the value of h along the height of the element. Therefore, chip cutting occurs immediately at the entire height h with a chip width equal to (h / cosα · cosω). The thickness of the cut-off layer “a” will be uneven: at the front end it is equal to zero and the maximum value “a MAX ” will be equal to the maximum height H MAX of the formed protrusions. This chip cutting process is carried out in the tensile zone, which helps to reduce cutting forces, is characterized by high productivity and high quality of the processed surface.
Угловое смещение выступов и впадин элементов относительно друг друга и расположение их в шахматном порядке с перекрытием впадин одного элемента выступами другого обеспечивает равномерное удаление припуска по окружности отверстия. Последний по ходу движения инструмента деформирующе-режущий элемент завершает обработку отверстия поверхностным пластическим деформированием цилиндрической ленточкой.The angular displacement of the protrusions and depressions of the elements relative to each other and their staggered arrangement with overlapping of the depressions of one element with the protrusions of another ensures uniform removal of the allowance around the circumference of the hole. The last deforming-cutting element along the path of the tool completes the hole processing with surface plastic deformation by a cylindrical ribbon.
Таким образом, инструмент эффективно увеличивает отверстие за счет пластической деформации участками заборного конуса, цилиндрической ленточки и обратного конуса и срезания механически упрочненного поверхностного слоя, а также обеспечивает пластическую деформацию отверстия, что приводит к уменьшению длины инструмента и повышению качества обработанной поверхности. Введение комбинированной подачи с чередованием продольного и кругового перемещения деформирующе-режущих элементов позволяет увеличить производительность, интенсифицировать процесс и повысить качество обработки.Thus, the tool effectively enlarges the hole due to plastic deformation by sections of the intake cone, cylindrical ribbon and inverse cone and cutting off the mechanically hardened surface layer, and also provides plastic deformation of the hole, which leads to a decrease in the length of the tool and an increase in the quality of the processed surface. The introduction of a combined feed with alternating longitudinal and circular movement of the deforming-cutting elements can increase productivity, intensify the process and improve the quality of processing.
Предлагаемый инструмент служит для комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием внутренних поверхностей отверстий. Эту операцию выполняют перемещением с натягом инструмента через обрабатываемое отверстие заготовки, при этом деформирующе-режущим элементам инструмента с помощью импульсной и статической нагрузок сообщают продольную подачу, чередующуюся с круговой подачей. Заготовку 2 устанавливают в опорной плите 5 станка 6 (например, вертикально-протяжного станка мод. 7Б65) и заходной направляющей частью вводят инструмент в предварительно обработанное отверстие заготовки.The proposed tool is used for combined cutting and surface plastic deformation of the inner surfaces of the holes. This operation is carried out by moving with an interference fit of the tool through the workpiece’s machined hole, while the deforming-cutting elements of the tool are informed by pulse and static loads of a longitudinal feed alternating with a circular feed. The
Обработку, например, начинают с включения продольной подачи SПР, которая осуществляется благодаря постоянному действию на инструмент штока 24 гидроцилиндра 21, который через гидроцилиндр 22 оказывает статическое воздействие РСТ на оправку инструмента и дополнительное периодическое импульсное воздействие РИМ волновода 20 на полый вал 18 с деформирующе-режущими элементами, причем на волновод, в свою очередь, действует боек 23.Processing, for example, begins with the inclusion of the longitudinal feed S PR , which is due to the constant action of the
Исходный импульс, сформированный в бойке в момент удара по волноводу, отражаясь от свободного торца бойка с противоположным знаком, доходит до волновода, одна его часть вновь отражается в боек, а другая переходит в волновод и распространяется в направлении нагружаемой поверхности. Дойдя до нагружаемой поверхности, последняя часть импульса распределяется на проходящий и отраженный. Проходящие волны деформации при равенстве длин бойка и волновода не накладываются и не разрываются, а следуют друг за другом, кроме того, при равенстве площадей контакта поперечных сечений бойка и волновода энергия удара наиболее полно реализуется в контакте с нагружаемой средой.The initial impulse generated in the striker at the moment of impact on the waveguide, reflected from the free end of the striker with the opposite sign, reaches the waveguide, one part of it is again reflected in the striker, and the other goes into the waveguide and propagates in the direction of the loaded surface. Having reached the loaded surface, the last part of the pulse is distributed on the transmitted and reflected. Passing deformation waves with equal lengths of the striker and the waveguide do not overlap and do not break, but follow each other, in addition, when the contact areas of the cross sections of the striker and the waveguide are equal, the impact energy is most fully realized in contact with the loaded medium.
Инструмент под действием статической нагрузки РСТ с постоянной скоростью, равной, например, скорости традиционного протягивания, проходит расстояние h, при этом деформирующе-режущие элементы с круговой подачей SКР пластически деформируют обрабатываемое отверстие, создавая выступы и впадины под углом ω к продольной оси.The tool under the action of a static load P ST with a constant speed equal, for example, to the speed of traditional pulling, travels a distance h, while the deforming-cutting elements with a circular feed S КР plastically deform the machined hole, creating protrusions and depressions at an angle ω to the longitudinal axis.
Под действием импульсной нагрузки РИМ оправка с деформирующе-режущими элементами, совершающими продольное перемещение SПР быстро, со скоростью, на порядок превышающей скорость традиционного протягивания, уходит вниз (согласно фиг.7) на расстояние h, зависящее от величины натяга, силы удара, его длительности и других факторов. При этом производится срезание припуска и упрочнение обрабатываемой поверхности. Цикл, состоящий из двух режимов: статического и импульсного нагружений инструмента, повторяется.Under the influence of the pulsed load P IM, the mandrel with deforming-cutting elements that perform longitudinal movement S PR quickly, at a speed an order of magnitude higher than the speed of traditional pulling, goes down (according to Fig. 7) by a distance h, depending on the magnitude of the interference, impact force, its duration and other factors. In this case, the allowance is cut and the surface being hardened. A cycle consisting of two modes: static and pulsed tool loading, is repeated.
Предлагаемый инструмент повышает производительность обработки, позволяет увеличить величину натяга, и повышается стойкость режущего инструмента, так как твердый сплав, из которого изготовлены деформирующе-режущие элементы, эффективно работает на больших скоростях (100…150 м/мин), снижается параметр шероховатости обработанной поверхности, повышается глубина упрочненного слоя и др.The proposed tool increases the productivity of processing, allows you to increase the magnitude of the interference fit, and increases the durability of the cutting tool, since the hard alloy of which the deforming and cutting elements are made works effectively at high speeds (100 ... 150 m / min), the roughness parameter of the processed surface is reduced, the depth of the hardened layer increases, etc.
Глубина упрочненного слоя предлагаемым инструментом достигает 1,5…2,5 мм, что значительно (в 3…4 раза) больше, чем при традиционном протягивании. Наибольшая степень упрочнения составляет 15…30%. В результате статико-импульсной обработки по сравнению, например, с традиционным протягиванием 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 tool reaches 1.5 ... 2.5 mm, which is significantly (3 ... 4 times) more than with traditional pulling. The greatest degree of hardening is 15 ... 30%. As a result of static-pulse processing compared with, for example, traditional drawing, 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. Обрабатывали предлагаемым инструментом отверстие диаметром 30 мм; заготовки из материала - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Обработку производили инструментом с двумя деформирующе-режущими элементами диаметром 30 мм, высотой 15 мм каждый, из стали твердого сплава ВК8, имеющим длину заборного конуса 9 мм, обратного конуса 4,5 мм, ширину ленточки 1,5 мм, углы: α=4,5°; β=7,5°; ω=35°; γ=5°, ширину канавки и выступа b=10,5 мм. Обработку вели на модернизированном вертикально-протяжном станке мод. 7Б65 с использованием специального ГГИ - гидравлического генератора импульсов. Модернизация касалась перевода станка из «тянущего» режима в «толкающий», установки на станке, на толкающем штоке волновода, бойка и корпуса гидроцилиндра, осуществляющих дополнительное периодическое импульсное нагружение инструмента. Смазочно-охлаждающая жидкость - сульфофрезол. Скорость статической обработки - SПР=4 м/мин, скорость импульсной обработки - 32…40 м/мин. Наибольшее значение энергии ударов, развиваемое ГГИ, А=280 Дж (сила удара 260 кН, скорость удара 7,2 м/с), при частоте ударов f=5…15 Гц. Натяг инструмента составлял i=0,1…0,25 мм на диаметр. Статическое нагружение осуществлялось силой до РСТ=40 кН.Example. We worked with the proposed tool a hole with a diameter of 30 mm; billets of material - steel 18HGT GOST 4543-74, hardness HB 207-228, weight - 5.8 kg. The processing was carried out with a tool with two deforming and cutting elements with a diameter of 30 mm, a height of 15 mm each, of steel of VK8 hard alloy having a length of the intake cone of 9 mm, an inverse cone of 4.5 mm, a ribbon width of 1.5 mm, and angles: α = 4 5 °; β = 7.5 °; ω = 35 °; γ = 5 °; groove and protrusion width b = 10.5 mm. Processing was carried out on a modernized vertical broaching machine mod. 7B65 using a special GGI - a hydraulic pulse generator. The modernization concerned the transfer of the machine from the “pulling” mode to the “pushing” mode, installation on the machine, on the pushing rod of the waveguide, the hammer and the cylinder body, which carry out additional periodic pulsed loading of the tool. Cutting fluid - sulfofresol. The speed of static processing - S PR = 4 m / min, the speed of pulsed processing - 32 ... 40 m / min. The highest value of the impact energy developed by the GGI, A = 280 J (impact force 260 kN, impact velocity 7.2 m / s), with an impact frequency f = 5 ... 15 Hz. The interference fit was i = 0.1 ... 0.25 mm per diameter. Static loading was carried out by force up to P CT = 40 kN.
Эпиламирование деформирующих элементов производили композициями ТУ 25.07.1120-75 и 6СФК-180-05 ТУ-6-02-1229-82 по технологиям, рекомендуемым производителем [8].Epilation of deforming elements was performed by the compositions TU 25.07.1120-75 and 6SFK-180-05 TU-6-02-1229-82 according to the technologies recommended by the manufacturer [8].
Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных поверхностей отверстий уменьшился до значения Ra=0,5…0,065 мкм при исходном - Ra=5…6,5 мкм, производительность повысилась более чем в три раза по сравнению с традиционным протягиванием и предварительным растачиванием, используемым на базовом предприятии в ОАО "Ливгидромаш". Энергоемкость процесса уменьшилась в 2,2 раза. Глубина упрочненного слоя достигла 1,6…2,1 мм. Наибольшая степень упрочнения составляла 18…25%. В результате статико-импульсной обработки эффективная глубина слоя, упрочненного на 20% и более, возросла в 1,9…2,3 раза, а глубина слоя, упрочненного на 10% и более - в 1,8…2,1 раза.The processing showed that the roughness parameter of the machined surface of the holes decreased to Ra = 0.5 ... 0.065 μm with the initial Ra = 5 ... 6.5 μm, productivity increased by more than three times in comparison with the traditional stretching and preliminary boring used on the base enterprise in OAO Livhydromash. The energy intensity of the process decreased by 2.2 times. The depth of the hardened layer reached 1.6 ... 2.1 mm. The greatest degree of hardening was 18 ... 25%. As a result of static-pulse processing, the effective depth of the layer hardened by 20% or more increased by 1.9 ... 2.3 times, and the depth of the layer hardened by 10% or more by 1.8 ... 2.1 times.
Предлагаемый инструмент позволяет повысить производительность и качество обработанной поверхности, вести обработку с большим натягом, значительной глубиной упрочненного слоя и достаточно высокой степенью упрочнения, повысить КПД и снизить энергоемкость оборудования, уменьшить длину протяжки и сократить расходы на инструмент.The proposed tool allows to increase the productivity and quality of the processed surface, to carry out processing with a large interference fit, a significant depth of the hardened layer and a sufficiently high degree of hardening, to increase the efficiency and reduce the energy consumption of the equipment, reduce the length of the broach and reduce the cost of the tool.
Предлагаемый инструмент расширяет технологические возможности комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием за счет применения статико-импульсного нагружения инструмента и введения круговой подачи деформирующе-режущих элементов инструмента, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом обрабатываемых внутренних поверхностей.The proposed tool expands the technological capabilities of combined processing by cutting and surface plastic deformation through the use of static-pulse loading of the tool and the introduction of a circular feed of deforming and cutting tool elements, as well as by controlling the depth of the hardened layer and the microrelief of the machined internal surfaces.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №1764866. МПК В23D 43/02. 1992 - прототип.1. Patent of the Russian Federation No. 1764866. IPC B23D 43/02. 1992 - prototype.
2. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации. // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.2. Kirichek A.V., Lazutkin A.G., Soloviev D.L. Static-pulse processing and equipment for its implementation. // STIN, 1999, No. 6. - S.20-24.
3. Патент РФ №2090342. МПК6 В24В 39/04. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей ППД. 95122309/02. 21.12.95. 20.09.97. Бюл. №26.3. RF patent No. 2090342. IPC 6 V24V 39/04. Lazutkin A.G., Kirichek A.V., Soloviev D.L. Water hammer device for processing PPD parts. 95122309/02. 12/21/95. 09/20/97. Bull. No. 26.
4. Патент РФ №2312757. МПК В24В 39/02. Устройство для статико-импульсного дорнования отверстий методом протягивания. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Селеменев К.Ф. Заявка №2006116871/02. 16.05.2006; 20.12.2007.4. RF patent No. 2312757. IPC V24V 39/02. Device for static-pulse burning of holes by pulling. Stepanov Yu.S., Kirichek A.V., Soloviev D.L., Afanasyev B.I., Fomin D.S., Selemenev K.F. Application No. 2006116871/02. 05/16/2006; 12/20/2007.
5. Патент РФ №2312754. МПК В24В 39/02. Способ статико-импульсного дорнования отверстий методом протягивания. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Селеменев К.Ф. Заявка №2006115432/02. 04.05.2006; 20.12.2007.5. RF patent No. 2312754. IPC V24V 39/02. The method of static-pulse burning of holes by pulling. Stepanov Yu.S., Kirichek A.V., Soloviev D.L., Afanasyev B.I., Fomin D.S., Selemenev K.F. Application No. 2006115432/02. 05/04/2006; 12/20/2007.
6. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.397…410.6. Reference technologist-machine builder. In 2 vols. T.2 / Ed. A.G. Kosilova and R.K. Meshcheryakova. - 4th ed. reslave. and add. - M.: Mechanical Engineering, 1986. S.397 ... 410.
7. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.2. -5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. С.208…213.7. Reference designer-mechanical engineer. In 3 vols. T.2. -5th ed., Revised. and add. - M.: Mechanical Engineering, 1980. P.208 ... 213.
8. Киричек А.В., Звягина Е.А. Эпиламирование - нанотехнология для повышения эффективности механической обработки. // Справочник. Инж. Журн. 2007. - №2(119).8. Kirichek A.V., Zvyagina E.A. Epilation - nanotechnology to increase the efficiency of machining. // Reference. Ing. Zhurn. 2007. - No. 2 (119).
Claims (1)
ω=arc tg(b/l),
где l - высота деформирующе-режущего элемента, мм;
b - ширина канавки или выступа, мм;
ω - угол расположения канавки относительно продольной оси инструмента, град;
при этом деформирующе-режущие элементы подвижно по скользящей посадке установлены на оправке с использованием упорных подшипников, установленных у переднего торца первого деформирующе-режущего элемента и у заднего торца последнего деформирующе-режущего элемента, причем деформирующе-режущие элементы соединены и зафиксированы между собой торцовыми шпонками так, что выступы элементов расположены в шахматном порядке с перекрытием впадин одного элемента выступами другого, при этом на заднем торце последнего элемента выполнены кулачки, образующие полумуфту, входящую в зацепление с полумуфтой, выполненной на торце полого вала, охватывающего оправку, причем между полумуфтами установлена цилиндрическая винтовая пружина сжатия, упомянутый полый вал выполнен невращающимся относительно оправки с возможностью продольного перемещения при воздействии на него импульсной силы, а на рабочие поверхности и отверстия деформирующе-режущих элементов нанесен слой эпилама. Tool for finishing with calibration of the metal inner cylindrical surfaces of the parts, containing deforming and cutting elements having on the outer surface made at an angle to the axis of the tool intake and inverse cones with a cylindrical ribbon located between them, characterized in that on the deforming and cutting elements, the number which are even, grooves and protrusions of equal width are made, and the grooves are located at an angle to the axis of the tool with the formation of a positive front the angle in the normal section to the side surface of the groove located on the left side of the front end with the right location of the grooves or on the right side of the front end with the left location of the grooves, while the angle of the grooves is determined by the formula:
ω = arc tg (b / l),
where l is the height of the deforming-cutting element, mm;
b is the width of the groove or protrusion, mm;
ω is the angle of the groove relative to the longitudinal axis of the tool, deg;
while the deforming-cutting elements are movably mounted on a sliding fit on the mandrel using thrust bearings mounted at the front end of the first deforming-cutting element and at the rear end of the last deforming-cutting element, and the deforming-cutting elements are connected and fixed to each other by end keys that the protrusions of the elements are staggered with overlapping the hollows of one element with the protrusions of the other, while the cams are made on the rear end of the last element, forming a half coupling engaged with the half coupling made on the end face of the hollow shaft covering the mandrel, and a cylindrical compression screw spring is installed between the half couplings, said hollow shaft is made non-rotating relative to the mandrel with the possibility of longitudinal movement when subjected to pulsed force, and on the working surfaces and holes deforming-cutting elements applied epilame layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011139430/02A RU2478457C1 (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Tool for finishing and gaging metallic inner cylindrical surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011139430/02A RU2478457C1 (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Tool for finishing and gaging metallic inner cylindrical surfaces |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2478457C1 true RU2478457C1 (en) | 2013-04-10 |
Family
ID=49152239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011139430/02A RU2478457C1 (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Tool for finishing and gaging metallic inner cylindrical surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2478457C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1202761A1 (en) * | 1984-04-21 | 1986-01-07 | Московский автомеханический институт | Method and broaching tool for machining by deforming and cutting |
| SU1764866A1 (en) * | 1989-04-18 | 1992-09-30 | Липецкий политехнический институт | Broaching |
| RU2312754C1 (en) * | 2006-05-04 | 2007-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) | Method for static-pulse broaching of openings |
| RU2336987C1 (en) * | 2007-01-23 | 2008-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) | Device for static-pulse mandrelling with fabricated tool |
-
2011
- 2011-09-27 RU RU2011139430/02A patent/RU2478457C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1202761A1 (en) * | 1984-04-21 | 1986-01-07 | Московский автомеханический институт | Method and broaching tool for machining by deforming and cutting |
| SU1764866A1 (en) * | 1989-04-18 | 1992-09-30 | Липецкий политехнический институт | Broaching |
| RU2312754C1 (en) * | 2006-05-04 | 2007-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) | Method for static-pulse broaching of openings |
| RU2336987C1 (en) * | 2007-01-23 | 2008-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) | Device for static-pulse mandrelling with fabricated tool |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7958635B2 (en) | Process for producing a pulley for a continuously variable belt drive transmission | |
| RU2336987C1 (en) | Device for static-pulse mandrelling with fabricated tool | |
| US6960121B2 (en) | Method of honing bores | |
| RU2336986C1 (en) | Method of static-pulse mandrelling with fabricated mandrel | |
| RU2478457C1 (en) | Tool for finishing and gaging metallic inner cylindrical surfaces | |
| RU2478025C1 (en) | Method finishing part cylindrical surfaces with their sizing and hardening | |
| RU2320471C1 (en) | Method for static-pulse working of screws | |
| RU2541220C2 (en) | Rolling of raceway of thrust ball bearing race | |
| RU2460627C2 (en) | Method of mandrelling with static pulse loading | |
| RU2460626C2 (en) | Device for static pulse mandrelling | |
| RU2474486C1 (en) | Method of plastic forming and reaming part inner cylindrical surfaces by forming cutter | |
| RU2487785C2 (en) | Method of static pulse cutting with gaging of part bore inner surfaces | |
| RU2483857C1 (en) | Device for static pulse flaring of ball bearing outer race inner way | |
| RU2484928C2 (en) | Method of finishing parts cylindrical surfaces with their sizing and hardening | |
| RU2478456C2 (en) | Method of static pulse cutting with gaging of part bore inner surfaces | |
| RU2479406C2 (en) | Device for machining shaped bores | |
| RU2457097C1 (en) | Method of static-pulsed elastic burnishing | |
| RU2479407C2 (en) | Method of plastic deformation of complex shape bores with heating | |
| RU2464152C2 (en) | Device for static-pulse elastic hardening | |
| RU2483858C1 (en) | Device for static pulse flaring of ball bearing outer race inner way | |
| CN106862858B (en) | Method for producing a recess in a drive shaft, drive shaft and axial piston machine | |
| RU2479405C2 (en) | Method of static pulse mandrelling of shaped bores | |
| RU2533507C1 (en) | Mandrel | |
| RU2522996C2 (en) | Method for pulse rolling of raceway of thrust ball bearing race | |
| RU2285601C1 (en) | Apparatus for static-pulse expanding of internal grooves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130928 |