Инструмент для отделочно-упрочняющей обработки плоской поверхности

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования БелорусскоРоссийский университет(72) Авторы Довгалев Александр Михайлович Сухоцкий Сергей Александрович Свирепа Дмитрий Михайлович Рыжанков Дмитрий Михайлович(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Инструмент для отделочно-упрочняющей обработки плоской поверхности, содержащий корпус с кольцевой полостью, в которой размещены шары-ударники, и с кольцевой полостью, в которой размещены деформирующие элементы, источник магнитного поля для разгона шаров-ударников, отличающийся тем, что снабжен двумя идентичными дисками из магнитопроводящего материала, на периферии которых выполнены зубья, диски торцовой поверхностью взаимодействуют с торцами источника магнитного поля и расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через геометрические центры шаров-ударников, зубья размещены в зоне расположения шаров-ударников, угловое расположение зубьев одного диска идентично угловому расположению зубьев другого диска,и число зубьев соответствует числу шаров-ударников. 14651 1 2011.08.30 Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для чистовой обработки плоских поверхностей деталей машин. Известен инструмент для поверхностного пластического деформирования, содержащий корпус, деформирующие шары, приводящие шары, камеру расширения 1. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению относится инструмент, содержащий корпус с кольцевой полостью, в которой размещены шары-ударники, и с кольцевой полостью, в которой размещены деформирующие элементы, источник магнитного поля для разгона шаровударников 2. При обработке инструментом-прототипом инструмент закрепляют в шпинделе станка,вращают с угловой скоростью 1 и перемещают вдоль обрабатываемой поверхности. Источник магнитного поля, закрепленный на корпусе посредством оправки, при этом также вращается с угловой скорость 1 и воздействует магнитным полем на шары-ударники. Под действием магнитного поля шары-ударники вращаются (перемещаются) вдоль кольцевой камеры с угловой скоростью 2. При этом 2 шаров-ударников меньше 1 корпуса инструмента. Это обусловлено недостаточной жесткостью магнитной связи шаровударников с источником магнитного поля, закрепленным на корпусе инструмента. В связи с этим имеет место проскальзывание шаров-ударников относительно корпуса инструмента. Так как деформирующие элементы расположены в осевой кольцевой полости, несколько ниже шаров-ударников, то они удалены от источника магнитного поля и не разгоняются магнитной силой вдоль кольцевой полости. Снижение угловой скорости вращения деформирующих элементов обеспечивает также их непрерывный контакт с поверхностью неподвижной детали. В конечном итоге угловая скорость вращения 3 деформирующих элементов существенно ниже угловой скорости вращения 2 шаровударников. В процессе упрочняющей обработки шары-ударники перемещаются в кольцевой полости с угловой скоростью вращения 2 и ударяют по деформирующим элементам, расположенным в осевой кольцевой полости и перемещающимся в окружном направлении с меньшей угловой скоростью 3. При этом деформирующие элементы под действием динамической силы внедряются в поверхность детали и осуществляют ее пластическое деформирование. Таким образом, производительность упрочняющей обработки инструментомпрототипом зависит от частоты столкновения шаров-ударников с деформирующими элементами в единицу времени. Эта частота взаимодействия существенно возрастет, если угловая скорость вращения 2 шаров-ударников увеличится до скорости вращения 1 корпуса инструмента. Таким образом, инструмент-прототип не позволяет повысить производительность упрочняющей обработки поверхностей деталей. Задача изобретения - повышение производительности упрочняющей обработки за счет увеличения частоты взаимодействия шаров-ударников с деформирующими элементами в единицу времени, а, следовательно, увеличения частоты взаимодействия деформирующих элементов с упрочняемой поверхностью. Указанная задача достигается тем, что инструмент для отделочно-упрочняющей обработки плоской поверхности, содержащий оправку, корпус, шайбу, шары-ударники, деформирующие элементы, кольцевую полость для шаров-ударников, осевую кольцевую полость для деформирующих элементов, источник магнитного поля для разгона шаровударников, согласно изобретению, снабжен двумя идентичными дисками из магнитопроводящего материала, на периферии которых выполнены зубья, диски торцовой поверхностью взаимодействуют с торцами источника магнитного поля и расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через геометрические центры шаровударников, зубья размещены в зоне расположения шаров-ударников, угловое расположе 2 14651 1 2011.08.30 ние зубьев одного диска идентично угловому расположению зубьев другого диска, и число зубьев соответствует числу шаров-ударников. Такое выполнение инструмента обеспечивает увеличение угловой скорости шаровударников, частоты взаимодействия шаров-ударников с деформирующими элементами в единицу времени, что приводит к увеличению частоты воздействия деформирующих элементов на поверхность детали. Производительность упрочняющей обработки при этом существенно повышается. Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 показан инструмент для отделочноупрочняющей обработки плоской поверхности. На фиг. 2 и фиг. 3 показаны поперечные сечения кольцевой полости для шаров-ударников. Инструмент для отделочно-упрочняющей обработки плоской поверхности содержит оправку 1, корпус 2, шайбу 3, шары-ударники 4, деформирующие элементы 5, кольцевую полость 6 для шаров-ударников 4, а также осевую кольцевую полость 7 для деформирующих элементов 5. На оправке 1 закреплен источник магнитного поля 8 в виде постоянного магнита с осевой намагниченностью, предназначенный для разгона шаров-ударников 4. Деформирующие элементы 5, располагаясь в осевой кольцевой полости 7, выходят в кольцевую полость 6 и имеют возможность взаимодействовать с шарами-ударниками 4, а также имеют возможность перемещаться в осевом направлении кольцевой камеры 7 и взаимодействовать с обрабатываемой поверхностью 9 детали 10. Инструмент снабжен двумя идентичными (одинаковыми) дисками 11, 12 из немагнитопроводного материала. На периферии дисков 11, 12 выполнены зубья 13. Диски 11, 12 торцовой поверхностью взаимодействуют с торцами 14, 15 магнита 8 и расположены симметрично относительно плоскости 16, проходящей через геометрические центры шаров-ударников 4. Зубья 13 выходят в кольцевую полость 6 и размещаются в зоне расположения шаров-ударников 4. Угловое расположение зубьев 13 диска 11 идентично угловому расположению зубьев диска 12. Число зубьев 13 соответствует числу шаров-ударников 4. Только при этом условии обеспечивается синхронизация угловых скоростей вращения шаров-ударников 4 и корпуса 1 инструмента с источником магнитного поля 8 (в противном случае шары-ударники смещаются относительно поверхности зуба 13 и имеет место проскальзывание - угловая скорость шаров-ударников становится меньше угловой скорости вращения корпуса инструмента). При этом оправка 1, корпус 2 и шайба 3 выполнены из немагнитопроводного материала (в противном случае уменьшается жесткость магнитной связи шаров-ударников с источником магнитного поля из-за рассеивания магнитного потока на детали из магнитопроводных материалов). Инструмент работает следующим образом. Деталь 10 устанавливают на столе, а оправку 1 инструмента закрепляют в шпинделе фрезерного станка. Шпинделю сообщают вращение с угловой скоростью 1 и перемещают инструмент с подачейвдоль обрабатываемой поверхности 9 детали 10. В процессе вращения инструмента магнитный поток от источника магнитного поля 8 посредством магнитопроводных дисков 11, 12 подводится и концентрируется на зубьях 13. При этом зубья 13 дисков 11, 12 фактически становятся источниками магнитного поля. Так как диски 11, 12 расположены симметрично относительно плоскости 16, проходящей через геометрические центры шаров-ударников 4, то на шары-ударники действует максимальная по величине магнитная сила, вызываемая магнитным потоком, исходящим от зубьев 13. Концентрированный магнитный поток от зубьев 13 выполняет функцию сепаратора и не позволяет шарам-ударникам 4 смещаться относительно зубьев 13 дисков 11, 12 (т.е. переходить шарам-ударникам от одного зуба к другому). В связи с этим шары-ударники ведутся зубьями 13 и перемещаются в окружном направлении с угловой скоростью, равной скорости вращения 1 инструмента. Возникающая при этом центробежная сила прижимает шары-ударники 4 к опорной поверхности кольцевой полости 6 и обеспечивает одинаковую величину радиального расхождения шаров-ударников 4, что стабилизирует траекторию их движения. 3 14651 1 2011.08.30 При этом находящиеся в осевой кольцевой полости 7 деформирующие элементы 5 контактируют с обрабатываемой поверхностью 9 детали 10 и осуществляют окружное вращение с угловой скоростью 2 вдоль осевой кольцевой полости 7 (вследствие наличия сил трения между вращающимися стенками, образующими кольцевую полость, и деформирующими элементами 5). Так как угловая скорость вращения 1 шаров-ударников 4 существенно превышает угловую скорость деформирующих элементов 5, то шарыударники 4 сталкиваются с деформирующими элементами 5. Деформирующие элементы 5 под действием динамической силы от шаров-ударников 4 внедряются в поверхность детали 10 и осуществляют ее поверхностное пластическое деформирование. В результате деформирующие элементы 5 формируют на детали 10 новую упрочненную поверхность с лунчатообразным рельефом. Так как скорость вращения шаров-ударников в заявленном инструменте возрастает(становится равной угловой скорости вращения инструмента), то увеличивается и частота столкновений шаров-ударников с деформирующими элементами в единицу времени. Соответственно увеличивается и частота взаимодействия деформирующих элементов с поверхностью детали, что повышает производительность процесса упрочнения. В качестве примера конкретного применения можно привести отделочноупрочняющую обработку детали на вертикально-фрезерном станке модели ВФ 130. Обрабатываемая деталь - пластина 20030025 из стали 45 ( 250-260), в качестве деформирующих элементов использовали шарики диаметром 10 мм из стали ШХ 15 (Э 6265), в качестве шаров-ударников - шарики диаметром 20 мм из стали ШХ 15 (Э 62-65). В качестве источника магнитного поля использовали постоянный магнит размером 712714 мм. Материал магнита 5. Материал зубчатого диска - Сталь 3,форма зубьев диска - прямобочная, размеры зуба - 1078 мм. Расстояние между зубом и шаром-ударником - 2 мм. Величина магнитной индукции в зоне зубьев диска - 0,45 Тл. Количество зубьев диска - 16 шт, количество шаров-ударников - 16 шт, количество деформирующих элементов - 34 шт. Режимы упрочнения частота вращения инструмента - 400 мин-1, частота вращения шаров-ударников - 400 мин-1, подача - 200 мм/мин, натяг взаимодействия деформирующих элементов и шаров-ударников - 3 мм. В качестве СОЖ использовалось масло индустриальное. Шероховатость упрочненной поверхности 0,63-1,25 мкм (при исходной шероховатости поверхности 6,3-12,5 мкм). Заявленный инструмент по отношению к инструменту-прототипу повышает производительность упрочняющей обработки в 1,8-2,5 раза. Источники информации 1. Минаков А.П., Бунос А.А. Технологические основы пневмовибродинамической обработки нежестких деталей / Под ред. П.И. Ящерицина. - Мн. Наука и техника, 1995. - С. 65. 2. Патент РФ 2047470 // Бюл.31. - 10.11.1995. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5