Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Минаков Анатолий Петрович Куцеполенко Александр Владимирович Ильюшина Елена Валерьевна(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) 1. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластической деформации, содержащий корпус, снабженный осевым каналом и кольцевой камерой, связанными между собой соплами, смещенными в осевом направлении и наклоненными к цилиндрической поверхности кольцевой камеры, и свободно, например насыпью, расположенные в кольцевой камере деформирующие шары, отличающийся тем, что сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки или наоборот заготовки относительно инструмента на одинаковое расстояние, а боковые поверхности кольцевой камеры выполнены плоскими. 42472008.02.28 2. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1, отличающийся тем, что сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки или наоборот заготовки относительно инструмента на одинаковое расстояние, равное половине осевого зазора. 3. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1, отличающийся тем, что сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки или наоборот заготовки относительно инструмента на одинаковое расстояние в диапазоне от половины осевого зазора до осевого зазора включительно. 4. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1, отличающийся тем, что сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки или наоборот заготовки относительно инструмента на одинаковое расстояние,большее осевого зазора. 5. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1 или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что сопла выполнены цилиндрическими. 6. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1 или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что сопла выполнены коническими. 7. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1 или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что сопла выполнены в виде сопел Лаваля. 8. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1, отличающийся тем, что поверхность деформирующих шаров имеет параметр шероховатости 0,125 мкм. 9. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1, отличающийся тем, что поверхность деформирующих шаров имеет параметр шероховатости 0,08 мкм. 10. Инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования по п. 1, отличающийся тем, что боковые поверхности кольцевой камеры выполнены фторопластовыми.(56) 1. А.с. СССР 512043, МПК В 24 В 39/02, 1976. 2. А.с. СССР 841939, МПК В 24 В 39/02, 1981. Полезная модель относится к обработке металлов давлением, в частности к упрочняющей обработке внутренних цилиндрических поверхностей. Известен инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластического деформирования, содержащий корпус, снабженный осевым каналом и кольцевой камерой,связанными между собой соплами, наклоненными к цилиндрической поверхности камеры, и свободно (насыпью) расположенные в кольцевой камере деформирующие шары 1. При обработке указанным инструментом внутренних поверхностей вращения заготовок осевое перемещение инструмента относительно заготовки или наоборот заготовки относительно инструмента приводит к тому, что деформирующие шары, свободно расположенные в кольцевой камере инструмента, смещаются в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки, и прижимаются к боковой поверхности кольцевой камеры. Поэтому струи сжатого воздуха из сопел, оси которых совпадают с 2 42472008.02.28 осью симметрии кольцевой камеры, при смещении осей деформирующих шаров в сторону, противоположную перемещению инструмента относительно заготовки, создают дополнительное прижимающее усилие деформирующих шаров к боковой поверхности кольцевой камеры, что приводит к возрастанию силы трения между деформирующими шарами и боковой поверхностью кольцевой камеры и соответственно увеличивает износ деформирующих шаров и боковой поверхности кольцевой камеры, а также снижает скорость деформирующих шаров. К тому же струи сжатого воздуха действуют на деформирующие шары в сечениях малых радиусов, что не позволяет получать максимальной скорости деформирующих шаров и соответственно приводит к более низкой производительности по сравнению, если бы струи сжатого воздуха действовали на деформирующие шары в сечении большого радиуса. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к полезной модели является инструмент для чистовой обработки тел вращения методом пластической деформации, содержащий корпус, снабженный осевым каналом и кольцевой камерой, связанными между собой соплами, смещенными друг относительно друга в осевом направлении и наклоненными к цилиндрической поверхности кольцевой камеры, по меньшей мере одна из боковых поверхностей которой является криволинейной, и свободно (насыпью) расположенные в кольцевой камере деформирующие шары 2. При обработке указанным инструментом внутренних поверхностей вращения заготовок осевое перемещение инструмента относительно заготовки или наоборот заготовки относительно инструмента приводит к тому, что деформирующие шары, свободно расположенные в кольцевой камере инструмента, смещаются в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки, и прижимаются к боковой поверхности кольцевой камеры. Так как в осевом направлении все сопла смещены друг относительно друга, то, как бы они не были расположены, по меньшей мере, оси всех сопел,кроме одного, будут смещены от сечения большого радиуса деформирующих шаров. Причем струи воздуха из сопел, оси которых смещены относительно оси деформирующего шара (сечения большого радиуса деформирующего шара) в направлении перемещения инструмента относительно заготовки, создают дополнительное прижимающее усилие деформирующих шаров к боковой поверхности кольцевой камеры. Это ведет к увеличению силы трения между деформирующими шарами и боковой поверхностью кольцевой камеры и, следовательно, к увеличению износа деформирующих шаров и боковой поверхности кольцевой камеры, а также к снижению скорости деформирующих шаров. Струи воздуха из сопел, оси которых смещены относительно оси деформирующего шара в направлении,противоположном перемещению инструмента относительно заготовки, создают отжимающее деформирующие шары от боковой поверхности кольцевой камеры усилие. Однако струи сжатого воздуха, из всех сопел, оси которых смещены от сечения большого радиуса деформирующих шаров, действуют на деформирующие шары в сечениях малых радиусов, что не позволяет получать максимальной скорости деформирующих шаров и соответственно приводит к более низкой производительности по сравнению, если бы струи сжатого воздуха действовали на деформирующие шары в сечении большого радиуса. Известно, что при финишной пневмовибродинамической обработке заготовки с номинальным внутренним диаметром 100 мм скорость деформирующих шаров достигает 1530 м/с. Деформирующие шары расположены в камере свободно (насыпью) с радиальным и осевым зазором. Струя сжатого воздуха является упругой средой и соответственно не может надежно прижимать деформирующие шары к волнистой поверхности кольцевой камеры. Таким образом, деформирующие шары будут не копировать профиль этой волнистой поверхности, совершая колебательные движения вдоль оси, а будут ударяться в нее и отскакивать под различными углами, в том числе и в направлении, обратном направлению струй воздуха, ударяя в противоположную стенку кольцевой камеры и соударяясь между 3 42472008.02.28 собой. Это ведет к увеличению частоты соударений деформирующих шаров между собой и боковыми поверхностями кольцевой камеры и соответственно к увеличению износа деформирующих шаров, а также увеличит потерю их кинетической энергии, то есть понизит их скорость и соответственно производительность процесса. Задачей настоящей полезной модели является повышение качества и производительности обработки внутренних поверхностей вращения заготовок и повышение стойкости деформирующих шаров за счет увеличения скорости деформирующих шаров и уменьшения прижимающего их к боковой поверхности кольцевой камеры усилия либо за счет создания отжимающего их от боковой поверхности кольцевой камеры усилия. Поставленная задача решается тем, что в инструменте для чистовой обработки тел вращения методом пластической деформации, содержащем корпус, снабженный осевым каналом и кольцевой камерой, связанными между собой соплами, смещенными в осевом направлении и наклоненными к цилиндрической поверхности кольцевой камеры, и свободно (насыпью) расположенные в кольцевой камере деформирующие шары, согласно полезной модели, сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении,противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние, а боковые поверхности кольцевой камеры выполнены плоскими. Сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние, равное половине осевого зазора. Сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние в диапазоне от половины осевого зазора до осевого зазора включительно. Сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние, большее осевого зазора. Сопла выполнены цилиндрическими. Сопла выполнены коническими. Сопла выполнены в виде сопел Лаваля. Поверхность деформирующих шаров имеет параметр шероховатости 0,125 мкм. Поверхность деформирующих шаров имеет параметр шероховатости 0,08 мкм. Боковые поверхности кольцевой камеры выполнены фторопластовыми. Во избежание разночтений будем называть разность ширины кольцевой камеры и диаметра шара осевым зазором. При обработке указанным инструментом внутренних поверхностей вращения заготовок осевое перемещение инструмента относительно заготовки(или наоборот заготовки относительно инструмента) приводит к тому, что деформирующие шары, свободно (насыпью) расположенные в кольцевой камере инструмента, смещаются в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки, и прижимаются к боковой поверхности кольцевой камеры. Поэтому струи сжатого воздуха из сопел, оси которых смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние, либо сообщают деформирующим шарам скорость большую, чем в случае, когда оси сопел совпадают с осью симметрии кольцевой камеры и уменьшают прижимающее или создают отжимающее усилие деформирующих шаров от боковой поверхности кольцевой камеры, либо сообщают деформирующим шарам скорость меньшую, чем в случае, когда оси сопел совпадают с осью симметрии кольцевой камеры, создают соответственно большее отжимающее усилие деформирующих шаров от боковой поверхности кольцевой камеры. Деформирующие шары под действием струй сжатого воздуха ударяются в плоские боковые поверхности кольцевой камеры и отскакивают от них под одинаковыми углами в направлении действия струй воздуха, что приводит к уменьшению частоты соударений 4 42472008.02.28 деформирующих шаров между собой и боковыми поверхностями кольцевой камеры и,соответственно, к уменьшению потери кинетической энергии. В результате возрастает скорость деформирующих шаров и соответственно производительность процесса, а также увеличивается стойкость деформирующих шаров. Струи сжатого воздуха из сопел, оси которых смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние, равное половине осевого зазора, действуют на деформирующие шары в сечении большого радиуса и соответственно сообщают деформирующим шарам максимальную скорость и не создают дополнительное прижимающее усилие деформирующих шаров к боковой поверхности кольцевой камеры. Что ведет к уменьшению силы трения между деформирующими шарами и боковой поверхностью кольцевой камеры и соответственно к увеличению стойкости деформирующих шаров и боковой поверхности кольцевой камеры, а также к увеличению скорости деформирующих шаров и соответственно к повышению производительности. Струи сжатого воздуха из сопел, оси которых смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние в диапазоне от половины осевого зазора до осевого зазора включительно, действуют на деформирующие шары в сечении с радиусом, по крайней мере, не меньшим, чем если бы оси сопел совпадали с осью симметрии кольцевой камеры. И соответственно сообщают деформирующим шарам скорость, по крайней мере, не меньшую, чем в случае, когда оси сопел совпадают с осью симметрии кольцевой камеры. К тому же создают отжимающее деформирующий шар от боковой поверхности кольцевой камеры усилие. Струи сжатого воздуха из сопел, оси которых смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние большее осевого зазора (в диапазоне от осевого зазора до половины кольцевой камеры с вычетом половины диаметра деформирующего шара), действуют на деформирующие шары в сечении с меньшим радиусом, чем в случае, когда оси сопел совпадают с осью симметрии кольцевой камеры. И соответственно сообщают деформирующим шарам меньшую скорость, чем в случае, когда оси сопел совпадают с осью симметрии кольцевой камеры. Однако в этом случае создается отжимающее деформирующий шар от боковой поверхности кольцевой камеры усилие большее, чем в случае, когда оси сопел смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние в диапазоне от половины осевого зазора до осевого зазора включительно. Конструкция цилиндрических сопел самая технологичная из-за меньшей трудоемкости изготовления по сравнению с любыми типами сопел. Коэффициенты скорости струи и расхода воздуха при использовании конических сопел больше, чем при использовании цилиндрических. Применение сопел Лаваля позволяет получить большую скорость истечения сжатого воздуха, чем при применении конических сопел, а именно сверхзвуковую скорость с числом Маха в диапазоне от единицы до трех. Применение деформирующих шаров с поверхностью, которая имеет параметр шероховатости 0,08 мкм, позволяет получать шероховатость обработанной поверхности по параметру 0,08 мкм. Деформирующие шары с поверхностью, которая имеет параметр шероховатости 0,125 мкм, имеют меньшую стоимость, чем деформирующие шары с поверхностью,которая имеет параметр шероховатости 0,08 мкм. Поэтому в случаях, когда необхо 5 42472008.02.28 димая шероховатость обработанной поверхности может быть обеспечена деформирующими шарами с поверхностью, которая имеет параметр шероховатости 0,125 мкм,представляется нецелесообразным применение более дорогих деформирующих шаров с поверхностью, которая имеет параметр шероховатости 0,08 мкм. Применение деформирующих шаров с поверхностью, которая имеет параметр шероховатости 0,08 мкм, позволяет получать меньшую шероховатость обработанной поверхности, чем в случае применения деформирующих шаров с поверхностью, которая имеет параметр шероховатости 0,125 мкм. Поэтому в случаях, когда необходимая шероховатость обработанной поверхности не может быть обеспечена деформирующими шарами с поверхностью, которая имеет параметр шероховатости 0,125 мкм, представляется целесообразным применение более дорогих деформирующих шаров с поверхностью, которая имеет параметр шероховатости 0,08 мкм. Боковые поверхности кольцевой камеры, выполненные из фторопласта, обладают более низким коэффициентом трения и более высокой износостойкостью, чем стальные боковые поверхности кольцевой камеры. Например, коэффициент трения фторопласта находится в диапазоне от 0,04 до 0,06, а коэффициент трения стали 45 равен 0,22. Таким образом, применение фторопластовых боковых поверхностей позволяет увеличить скорость деформирующих шаров и их стойкость. Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид инструмента в осевом сечении, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки, у которого сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние, а боковые поверхности кольцевой камеры выполнены плоскими. На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1. На фиг. 3 изображен выносной элемент Б на фиг. 1 для инструмента по первому пункту формулы изобретения, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 4 изображена развертка кольцевой камеры инструмента по первому пункту формулы изобретения, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 5 изображен выносной элемент Б на фиг. 1 для инструмента по первому пункту формулы изобретения, при наличии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 6 изображена развертка кольцевой камеры инструмента по первому пункту формулы изобретения, при наличии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 7 изображен выносной элемент Б на фиг. 1 для инструмента по второму пункту формулы изобретения, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 8 изображена развертка кольцевой камеры инструмента по второму пункту формулы изобретения, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 9 изображен выносной элемент Б на фиг. 1 для инструмента по второму пункту формулы изобретения, при наличии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 10 изображена развертка кольцевой камеры инструмента по второму пункту формулы изобретения, при наличии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 11 изображен выносной элемент Б на фиг. 1 для инструмента по третьему пункту формулы изобретения, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 12 изображена развертка кольцевой камеры инструмента по третьему пункту формулы изобретения, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 13 изображен выносной элемент Б на фиг. 1 для инструмента по третьему пункту формулы изобретения, при наличии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 14 изображена развертка кольцевой камеры инструмента по третьему пункту формулы изобретения, при наличии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 15 изображен выносной элемент Б на фиг. 1 для инструмента по четвертому пункту формулы изобретения, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 16 изображена развертка кольцевой камеры 6 42472008.02.28 инструмента по четвертому пункту формулы изобретения, при отсутствии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 17 изображен выносной элемент Б на фиг. 1 для инструмента по четвертому пункту формулы изобретения, при наличии перемещения инструмента относительно заготовки. На фиг. 18 изображена развертка кольцевой камеры инструмента по четвертому пункту формулы изобретения, при наличии перемещения инструмента относительно заготовки. Предлагаемый инструмент состоит из корпуса 1 с установленными на нем кольцами 2 и 3, образующими кольцевую камеру 4 со свободно размещенными в ней деформирующими элементами - шариками 5. В корпусе 1 выполнен осевой канал 6, сообщающийся с источником сжатого воздуха (не показано). Осевой канал 6 соединяется с кольцевой камерой 4 посредством отверстий 7, отклоненных от радиального направления в сторону движения деформирующих элементов 5. Для увеличения скорости деформирующих шаров и уменьшения прижимающего их к боковой поверхности кольцевой камеры усилия либо для создания отжимающего их от боковой поверхности кольцевой камеры усилия сопла смещены от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние. Для уменьшения частоты соударений деформирующих шаров между собой и боковыми поверхностями кольцевой камеры и, соответственно, для уменьшения потерь кинетической энергии боковые поверхности 8 и 9 кольцевой камеры выполнены плоскими. Инструмент работает следующим образом. Инструмент крепят, например, в коническом отверстии пиноли задней бабки соосно с обрабатываемой заготовкой, установленной в патроне передней бабки. Обрабатываемой заготовке сообщают вращение, а инструменту - линейное перемещение вдоль оси этой заготовки. Под действием сжатого воздуха, подводимого от системы питания (не показана) через осевой канал 6 и наклонно к нему расположенные сопла 7, деформирующие шары 5 перемещаются вдоль кольцевой камеры 4 и получают орбитальное вращательное движение. Кроме вращательного, деформирующие шары совершают осциллирующее и радиальное перемещение по отношению к обрабатываемой поверхности 10 в пределах осевогои радиальногозазоров шаров 5 в кольцевой камере 4. Пластическое деформирование микронеровностей обрабатываемой поверхности осуществляется за счет периодического силового воздействия и центробежных сил, развиваемых деформирующими элементами 5 от кинетической энергии струй сжатого воздуха. Смещение осей сопел от оси симметрии кольцевой камеры в направлении, противоположном перемещению инструмента относительно заготовки (или наоборот заготовки относительно инструмента) на одинаковое расстояние, позволяет струям сжатого воздуха либо воздействовать на деформирующие шары в сечениях, более близких к сечению большого радиуса, тем самым увеличивая скорость деформирующих шаров и снижая прижимающее деформирующие шары к боковой поверхности кольцевой камеры усилие, чем в случае, когда оси сопел совпадают с осью симметрии кольцевой камеры, либо создавать отжимающее деформирующие шары от боковой поверхности кольцевой камеры усилие. Плоские боковые поверхности 8 и 9 кольцевой камеры позволяют уменьшить частоту соударений деформирующих шаров между собой и боковыми поверхностями кольцевой камеры и соответственно уменьшить потери деформирующими шарами кинетической энергии. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 12