RU2794512C1

RU2794512C1 - Method of combined processing of parts by surface plastic deformation using ultrasonic vibrations.

Info

Publication number: RU2794512C1
Application number: RU2022117488A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Приходько; Дмитрий Сергеевич Симонов
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2023-04-19

Abstract

FIELD: combined processing of parts by surface plastic deformation using ultrasonic vibrations.

SUBSTANCE: two working tools are used, installed perpendicular to the surface of the part, and they can move along the part with longitudinal feed. Working tools are installed on opposite sides of the part opposite to each other with the displacement of their axes in the horizontal plane. The value of the mentioned displacement of the axes of the working tools is assigned as a multiple of the value of the longitudinal feed, counting from the minimum displacement of the axes, equal to the value of half the value of the longitudinal feed. Ultrasonic frequency fluctuations are imparted to the working tool, which is installed with a lag in the path of moving the working tools along the part.

EFFECT: quality of hardening in the processing of parts is improved due to the exclusion of their deflection from the pressure of the tool and uniform processing along the length of the part.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для отделочной финишной обработки деталей комбинированием поверхностного пластического деформирования на универсальных токарных станках, алмазным или твердосплавным индентором и одновременного деформирования аналогичным инструментом с воздействием на него ультразвуковых колебаний.The invention relates to the field of mechanical engineering technology and can be used for finishing finishing of parts by combining surface plastic deformation on universal lathes, diamond or hard-alloy indenters and simultaneous deformation with a similar tool with ultrasonic vibrations.

Известен способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием, при котором осуществляют обкатку поверхности детали роликом с усилием, определяемым аналитически исходя из механических свойств материала детали (см. А.С. СССР №1543768, МПК В24В 39/00, опубл. 2013 г.).A known method of hardening parts by surface plastic deformation, in which the surface of the part is rolled with a roller with a force determined analytically based on the mechanical properties of the material of the part (see A.S. USSR No. 1543768, IPC V24V 39/00, publ. 2013).

Недостатком данного способа является сложность процесса, заключающаяся в большом количестве проходов (10-12) инструмента, и необходимости совершения технологического перехода для достижения требуемого качества поверхности заготовки.The disadvantage of this method is the complexity of the process, which consists in a large number of passes (10-12) of the tool, and the need to make a technological transition to achieve the required surface quality of the workpiece.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ комбинированной обработки деталей, который состоит в том, что комбинированную обработку вращающейся заготовки ведут токарным резцом и размещенным с некоторым отставанием в направлении движения продольной подачи деформирующим элементом шаровидной формы, установленным в акустическом концентраторе, через осевой канал которого в зону обработки подводится СОЖ, при этом деформирующему элементу и СОЖ сообщают амплитудно-модулированные колебания ультразвуковой частоты (см. патент РФ №2503532, МПК В24В 39/04, опубл. 2014 г.).Closest to the claimed method is the method of combined processing of parts, which consists in the fact that the combined processing of a rotating workpiece is carried out with a turning tool and placed with some delay in the direction of movement of the longitudinal feed by a deforming element of a spherical shape installed in an acoustic concentrator, through the axial channel of which into the zone processing, coolant is supplied, while the deforming element and the coolant are informed by amplitude-modulated oscillations of ultrasonic frequency (see RF patent No. 2503532, IPC V24V 39/04, publ. 2014).

Недостатком данного способа является конструктивная сложность комбинированного процесса и ограничение показателей качества обработки, определяемое одним проходом деформирующего инструмента.The disadvantage of this method is the design complexity of the combined process and the limitation of the quality of processing, determined by one pass of the deforming tool.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества упрочнения при обработке удлиненных деталей за счет исключения их прогиба от давления инструмента и равномерной обработки по длине заготовки.The technical problem to be solved by the invention is to improve the quality of hardening in the processing of elongated parts by eliminating their deflection from tool pressure and uniform processing along the length of the workpiece.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе комбинированной обработки детали поверхностно-пластическим деформированием с использованием ультразвуковых колебаний, заключающийся в том, что осуществляют упрочнение поверхности вращающейся детали при поверхностно-пластическом деформировании, одновременно воздействуя на поверхность ультразвуковыми колебаниями, при этом используют два рабочих инструмента, установленные перпендикулярно поверхности с возможностью их перемещения вдоль детали с продольной подачей S_ПР, согласно изобретению упомянутые рабочие инструменты установлены по разные стороны от обрабатываемой детали супротивно друг другу в горизонтальной плоскости со смещением их осей, которое назначают кратным значению продольной подачи S_ПР с отсчетом от минимального смещения осей, равного значению половине продольной подачи S_ПР, при этом колебания ультразвуковой частоты сообщают рабочему инструменту, который установлен с отставанием по ходу перемещения.The solution of the stated technical problem is achieved by the fact that in the method of combined processing of a part by surface-plastic deformation using ultrasonic vibrations, which consists in hardening the surface of a rotating part during surface-plastic deformation, simultaneously acting on the surface with ultrasonic vibrations, while using two workers tools installed perpendicular to the surface with the possibility of their movement along the part with a longitudinal feed S _PR , according to the invention, the said working tools are installed on opposite sides of the workpiece opposite to each other in a horizontal plane with an offset of their axes, which is assigned a multiple of the value of the longitudinal feed S _PR with a reading from the minimum displacement of the axes, equal to the value of half the longitudinal feed S _PR , while fluctuations in the ultrasonic frequency inform the working tool, which is installed with a lag in the direction of travel.

Использование в процессе комбинированной обработки двух соответствующих инструментов, расположенных по разные стороны детали в одной плоскости супротивно друг другу и со смещением, кратным значению продольной подачи S_ПР с отсчетом от минимального смещения осей, позволяет повысить качество упрочнения при обработке удлиненных деталей за счет исключения их прогиба от давления инструмента и равномерной обработки по длине обрабатываемой детали.The use of two corresponding tools in the process of combined processing, located on opposite sides of the part in the same plane opposite to each other and with an offset that is a multiple of the value of the longitudinal feed S _PR , counting from the minimum displacement of the axes, makes it possible to improve the quality of hardening when processing elongated parts by eliminating their deflection from the pressure of the tool and uniform processing along the length of the workpiece.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема, поясняющая способ комбинированной обработки, а на фиг.2 и 3 изображен выносной элемент I на фиг, 1 для различных вариантов смещения оси рабочего инструмента.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a general diagram explaining the method of combined processing, and figure 2 and 3 shows the remote element I in figure 1 for different options for offsetting the axis of the working tool.

На чертежах приняты следующие обозначения: F_ПР1 и F_ПР2, R₁ и R₂ - соответственно сила прижатия и радиусы поверхности рабочих инструментов, воздействующих на обрабатываемую деталь; n, ξ и f - соответственно частота вращения обрабатываемой детали, амплитуда и минимальное частота ультразвуковых колебаний ультразвуковой системы; Δ - минимальное смещение осей рабочего инструмента.The following designations are adopted in the drawings: F _PR1 and F _PR2 , R ₁ and R ₂ - respectively, the pressing force and the radii of the surface of the working tools acting on the workpiece; n, ξ and f - respectively, the frequency of rotation of the workpiece, the amplitude and minimum frequency of ultrasonic vibrations of the ultrasonic system; Δ - minimum displacement of the axes of the working tool.

Способ комбинированной обработки деталей заключается в том, что вращающуюся деталь подвергают упрочнению, осуществляя воздействие на ее поверхность при поверхностно-пластическом деформировании. Одновременно на поверхность обрабатываемой детали воздействуют колебаниями ультразвуковой частоты. При этом в процессе обработки при продольной подаче S_ПР используют рабочие инструменты, которые установлены перпендикулярно поверхности упомянутой детали, но по разные стороны от обрабатываемой детали супротивно друг другу в горизонтальной плоскости и со смещением их осей. Причем смещение осей назначают кратным значению продольной подачи S_ПР с отсчетом от линии смещения осей, равному половине продольной подачи S_ПР рабочих инструментов. При этом колебания ультразвуковой частоты сообщаются рабочему инструменту, который установлен с отставанием по ходу перемещения.The method of combined processing of parts consists in the fact that the rotating part is subjected to hardening, exercising an impact on its surface during surface plastic deformation. Simultaneously, the surface of the workpiece is affected by ultrasonic frequency oscillations. At the same time, in the process of processing with longitudinal feed S _PR, working tools are used that are installed perpendicular to the surface of the said part, but on opposite sides of the workpiece opposite to each other in the horizontal plane and with their axes shifted. Moreover, the displacement of the axes is assigned as a multiple of the value of the longitudinal feed S _PR with a reference from the line of displacement of the axes, equal to half of the longitudinal feed S _PR of the working tools. In this case, ultrasonic frequency fluctuations are reported to the working tool, which is installed with a lag in the course of movement.

На схеме (см. фиг.1), поясняющей способ комбинированной обработки, изображены следующие элементы: патрон 1; обрабатываемая деталь 2; прижимная штанга 3; корпус 4; пружина 5; инструменты 6 и 7; концентратор ультразвуковых колебаний 8; ультразвуковой преобразователь 9; кожух охлаждения 10; задняя бабка 11. При этом рабочий инструмент 7 представляет собой излучатель ультразвуковой системы.The diagram (see figure 1), explaining the method of combined processing, shows the following elements: cartridge 1; workpiece 2; clamping bar 3; building 4; spring 5; tools 6 and 7; concentrator of ultrasonic vibrations 8; ultrasonic transducer 9; cooling jacket 10; tailstock 11. In this case, the working tool 7 is the emitter of the ultrasonic system.

Способ комбинированной обработки осуществляется следующим образом.The method of combined processing is carried out as follows.

При вращении обрабатываемой детали 2 с частотой n оборотов, установленной в патроне 1 и задней бабке 11, на поверхность детали воздействуют рабочие инструменты 6 и 7, которые оснащены твердосплавным наконечником шаровидной формы с радиусами кривизны R₁ и R₂, соответственно. Рабочие инструменты 6 и 7 жестко связаны с суппортом токарно-винторезного станка и прижаты к обрабатываемой поверхности детали 2 с соответствующим усилием прижима F_ПР1 и F_ПР2. Первоначально поверхность деформируется рабочим инструментом 6, а затем обрабатывается рабочим инструментом 7 в виде излучателя, на который накладываются ультразвуковые колебания с амплитудой ξ, и частотой f. Упомянутый рабочий инструмент 7 установлен относительно рабочего инструмента 6 с отставанием, для чего между осями обоих инструментов 6 и 7 назначают смещение, которое кратно продольной подачи S_ПР, но с отсчетом от минимального смещения осей, значение которого равно половине продольной подачи, т.е. Δ = 0,5 S_ПР (см. фиг.2). Рабочий инструмент 7 осуществляет деформирование поверхностного слоя обрабатываемой детали 2, выравнивая неровности поверхности после рабочего инструмента 6. При этом рабочий инструмент 7 в качестве излучателя ультразвуковых колебаний входит в состав акустической системы, включающей также волновод-концентратор 8 и преобразователь 9, и может быть выполнен сменяемым. Вариант двукратного смещения оси рабочего инструмента 7 с отчетом от минимального значения Δ = 0,5 S_ПР указан на фиг.3. В процессе обработки в рабочую зону подается охлаждающая жидкость. В итоге описанная комбинированная обработка позволяет последовательно деформировать поверхностный слой обрабатываемой детали сначала одним рабочим инструментом, а затем другим, на который накладываются ультразвуковые колебания. Смещение излучателя, на величину равную Δ = 0,5 8пр,позволяет осуществлять дополнительное демпфирование поверхностного слоя с шагом, кратным продольной подачи S_ПР, строго по вершинам образовавшегося рельефа неровностей после предварительного демпфирования при поверхностно-пластическом деформировании. При этом расположенные в одной плоскости супротивно друг другу рабочие инструменты исключают возможность прогиба удлиненных деталей и тем самым улучшают качество обработки по всей длине обрабатываемой детали. В результате обеспечивается высокая производительность процесса поскольку обработка осуществляется за один проход, снижается шероховатость поверхности, создаются сжимающие напряжения в поверхностном слое обрабатываемой детали на глубину, превышающую ее величину при деформировании без ультразвука, что улучшает качество обработки.When the workpiece 2 rotates with a frequency of n revolutions, installed in the chuck 1 and the tailstock 11, working tools 6 and 7 act on the workpiece surface, which are equipped with a spherical carbide tip with curvature radii R ₁ and R ₂ , respectively. Working tools 6 and 7 are rigidly connected to the support of the screw-cutting lathe and are pressed against the workpiece surface 2 with the appropriate clamping force F _PR1 and F _PR2 . Initially, the surface is deformed by a working tool 6, and then processed by a working tool 7 in the form of a radiator, on which ultrasonic vibrations with an amplitude ξ and a frequency f are superimposed. The mentioned working tool 7 is installed relative to the working tool 6 with a lag, for which an offset is assigned between the axes of both tools 6 and 7, which is a multiple of the longitudinal feed S _PR , but counted from the minimum displacement of the axes, the value of which is equal to half the longitudinal feed, i.e. Δ = 0.5 S _PR (see figure 2). The working tool 7 deforms the surface layer of the workpiece 2, leveling the surface irregularities after the working tool 6. At the same time, the working tool 7 as a radiator of ultrasonic vibrations is part of the acoustic system, which also includes a waveguide hub 8 and a transducer 9, and can be made replaceable . Option double displacement of the axis of the working tool 7 with a report from the minimum value of Δ = 0.5 S _PR shown in Fig.3. During processing, coolant is supplied to the working area. As a result, the described combined processing makes it possible to sequentially deform the surface layer of the workpiece, first with one working tool, and then with another, on which ultrasonic vibrations are superimposed. The displacement of the emitter, by a value equal to Δ = 0.5 8pr, allows for additional damping of the surface layer with a step that is a multiple of the longitudinal feed S _PR , strictly along the tops of the resulting irregularity relief after preliminary damping during surface plastic deformation. At the same time, working tools located in the same plane opposite each other exclude the possibility of deflection of elongated parts and thereby improve the quality of processing along the entire length of the workpiece. As a result, high productivity of the process is ensured since the processing is carried out in one pass, the surface roughness is reduced, compressive stresses are created in the surface layer of the workpiece to a depth exceeding its value during deformation without ultrasound, which improves the quality of processing.

Кроме этого, использование двух не совмещенных в одной конструкции рабочих инструментов, позволяет не тратить средства на изготовление специальных инструментов, как в прототипе, а дают возможность использовать уже имеющееся оборудование.In addition, the use of two working tools that are not combined in one design makes it possible not to spend money on the manufacture of special tools, as in the prototype, but make it possible to use existing equipment.

Таким образом, изобретение позволяет повысить качество упрочнения при обработке удлиненных деталей за счет исключения их прогиба от давления инструмента и равномерной обработки по длине обрабатываемой детали.Thus, the invention makes it possible to improve the quality of hardening in the processing of elongated parts by eliminating their deflection from tool pressure and uniform processing along the length of the workpiece.

Claims

A method for combined processing of parts by surface-plastic deformation using ultrasonic vibrations, which includes hardening the surface of a rotating part during surface-plastic deformation with simultaneous exposure of the surface of the part to ultrasonic vibrations, while using two working tools installed perpendicular to the surface of the part with the possibility of moving along the part with a longitudinal feed S _PR , characterized in that the said working tools are installed on opposite sides of the workpiece opposite to each other with their axes shifted in the horizontal plane, while the value of the said offset of the axes of the working tools is assigned a multiple of the value of the longitudinal feed S _PR counted from the minimum displacement of the axes, equal to the value of half the value of the longitudinal feed S _PR , and fluctuations in the ultrasonic frequency inform the working tool, which is installed with a lag in the direction of movement of the working tools along the part.