Самоцентрирующийся токарный патрон

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(72) Авторы Шагойка Александр Григорьевич Шагойка Григорий Антонович Струк Василий Александрович Овчинников Евгений Витальевич Михайлова Лилия Владимировна(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(57) Самоцентрирующийся токарный патрон, включающий фланец, корпус, спиральный диск, кулачок и систему привода, содержащую приводную коническую шестерню и систему ее фиксации, отличающийся тем, что приводная коническая шестерня на поверхностях трения хвостовика и торцовой части содержит триботехническое полимерное покрытие толщиной 3-10 мкм.(56) 1. Проспект фирмы -., 1999. 2. Проспект фирмы. . , 2002. 3. Патроны токарные общего назначения. Общие технические условия. ГОСТ 1654-86 Полезная модель относится к области станкостроения, в частности к устройствам, которые применяют в металлорежущих токарных станках для закрепления обрабатываемых заготовок. Известны конструкции токарных патронов общего назначения, которые включают корпус, в радиальных гнездах которого расположены приводные шестерни, кинематически связанные с зажимными кулачками посредством спирального диска 1. Данная конструкция самоцентрирующегося токарного патрона наиболее широко распространена в настоящее время в машиностроении. Наряду с существенными достоинствами описанным конструкциям самоцентрирующихся патронов присущ ряд недостатков недостаточная сила зажима повышенный износ поверхностей сопряженных деталей трения вероятность разрушения конических шестерен при незначительном превышении усилий затягивания из-за нарушения условий контактирования и явлений заедания в посадочном гнезде корпуса. Известны конструкции самоцентрирующихся токарных патронов, производимых согласно стандартам 6350,55026,55027,55029,6350 и их аналогам 702/1,201006,702/112,201011,702/11,201018,720/1. В состав конструкции входят фланец, корпус, диск спиральный, кулачок, шестерня, которые обеспечивают необходимые параметры фиксирования и центрования обрабатываемых заготовок в технологическом оборудовании 2. Наиболее близким к заявляемой полезной модели из известных технических решений является самоцентрирующийся токарный патрон, содержащий корпус, состоящий из передней и задней частей, в радиальных гнездах которого расположены приводные конические шестерни, кинематически связанные зубчатым венцом спирального диска. На одном торце спирального диска нарезаны конические зубья, взаимодействующие с тремя приводными коническими шестернями, а на другом - спираль, находящаяся в защемлении с рейками кулачков. Приводная коническая шестерня фиксируется втулкой, жестко закрепленной в корпусе посредством стопора 4. Основным механизмом изнашивания деталей патрона при соответствии их технической документации является адгезионный. В процессе эксплуатации патрона вследствие больших контактных усилий в трибосопряжениях между зубом конической шестерни и спиральным диском, между спиральным диском и зубом рейки кулачка, между торцом конической шестерни и фланцем, между центрирующей опорой конической шестерни и поверхностью посадочного отверстия во фланце возможно формирование условий для протекания явлений микросхватывания микронеровностей, которые интенсифицируют адгезионное изнашивание. На процесс адгезионного изнашивания трибосопряжений комплектующих деталей токарного патрона весьма существенное влияние оказывают усталостные явления и циклические нагрузки, обусловленные дисбалансом патрона, биениями станка и сопряжения обрабатываемая заготовка - резец, коррозионное действие компонентов смазочно-охлаждающих сред, применяемых в процессе обработки заготовок, и абразивное воздействие металлических и оксидных частиц, образующихся в результате 2 84682012.08.30 разрушения поверхностного слоя заготовки под действием режущего инструмента. Эти компоненты через зазоры сопряжений попадают в зону фрикционного контакта 3. Таким образом, в реальных условиях эксплуатации наблюдается повышенный износ комплектующих деталей токарного патрона, обусловленный совокупным сочетанием неблагоприятных факторов. Поэтому даже при оптимальном конструкторско-технологическом и материаловедческом решении существуют объективные предпосылки изнашивания,устранение которых представляет собой многофакторную проблему. Функциональное назначение токарного патрона, состоящее в обеспечении функции обрабатываемой заготовки в процессе обработки металлорежущим инструментом, реализуется благодаря вращению приводной конической шестерни вокруг оси. Конструкция конической шестерни обусловливает стабильную фиксацию ее в осевом направлении благодаря размещению хвостовика в гнезде фланца, а торцевой части во втулке. Такое конструктивное решение узла привода токарного патрона обеспечивает эффективное функционирование в течение периода, оговоренного техническими условиями. К числу существенных недостатков подобной конструкции узла привода токарного патрона относят повышенный износ сопряжения торцовая часть - втулка, приводящий к смещению вращения на некоторый уголповышенный коэффициент трения в сопряжениях торцовая часть - втулка и хвостик - гнездо фланца, создающий повышенное усилие вращения приводной шестерни возможность заедания хвостика конической шестерни в гнезде фланца, что приводит к ее разрушению и потере функциональных характеристик токарного патрона склонность зубьев конической шестерни к разрушению при нарушении оптимальных условий контактирования с зубчатым венцом спирального диска. Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик узла привода токарного патрона. Поставленная задача решается тем, что в конструкции самоцентрирующегося токарного патрона, включающего фланец, корпус, состоящий из передней и задней частей, спиральный диск, кулачки и систему привода, включающую приводную коническую шестерню и систему фиксации, приводная коническая шестерня содержит триботехническое полимерное покрытие на поверхностях трения хвостовика и торцовой части толщиной 3-10 мкм. Сущность заявленной полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 представлена конструкция самоцентрирующегося токарного патрона, содержащего корпус 2, фланец 1, в радиальных гнездах которого расположены приводные конические шестерни 5, кинематически связанные зубчатым венцом спирального диска 3. На одном торце спирального диска 3 нарезаны конические зубья, взаимодействующие с тремя приводными коническими шестернями 5, а на другом - спираль, находящаяся в защемлении с рейками кулачков 4. Приводная коническая шестерня 5 фиксируется втулкой 6, жестко закрепленной в корпусе посредством стопора 7. При повороте специального ключа, зафиксированного в гнезде конической шестерни 5, происходит ее вращение, вызывающее поворот спирального диска 3, который вызывает перемещение кулачков 4 до контакта с обрабатываемой заготовкой. Сила зажима, необходимая для осуществления технологических операций по обработке заготовок точением,обеспечивается максимальным крутящим моментом на ключе. На фиг. 2 приведена конструкция приводной конической шестерни 5 с триботехническим покрытием на хвостовике А и торцевых частях Б толщиной 3-10 мкм. Толщина покрытия определяется полем допуска сопряжений хвостовик - гнездо фланца и торцовая часть - втулка. Триботехническое полимерное покрытие на основе термопластичных полимеров (полиамидов, полиацеталей, полиэфиров, смесей полиамидов и полиолефинов), олигомеров сшивающих смол (эпоксидных, полиэфирных, фенолформальдегидных, эпоксифенольных и их смесей) и композиционных материалов на их основе наносят известными технологическими приемами 3 84682012.08.30 методом псевдоожиженного слоя и порошковых суспензий триботехнических материалов распылением растворов, эмульсий и суспензий полимерных материалов в подходящих жидкофазных системах окунанием детали или ее отдельных частей в раствор, эмульсию или суспензию триботехнического материала газопламенным напылением с применением специального технологического оборудования. Выбор конкретного способа формирования триботехнического покрытия и его состава определяется из особенностей конструкции токарного патрона (массы, размеров), объема выпускаемой партии патронов, требований к техническому ресурсу. В качестве полимерных материалов для нанесения триботехнических покрытий целесообразно использовать полиамиды марки ПА 6, ПА 66, П 610, ПАП, ПА 12, полиацетали СФД, СТД, ПФ, полиэфиры ПЭТФ, ПБТФ, полиолефины ПЭНД, ПП, СЭВА, фторопласты ПТФЭ и УПТФЭ или их смеси, смеси ПА 6 ПЭНД, ПА 66 ПТФЭ, ПА 11 ПЭНД или композиции на основе термопластичных матриц и смазочных компонентов (графит, 2,УПТФЭ). В качестве олигомеров сшивающих смол наиболее эффективны эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-20, ненасыщенные полиэфиры ПН-1, ПН-12, эпоксифенольные, фенолформальдегидные (ФФС) смолы, их смеси или композиции с графитом, 2, УПТФЭ,шунитом, геосиликатами. Механизм функционального действия триботехнических полимерных покрытий заключается в следующем. Триботехнические покрытия на полимерной матрице обладают способностью к передеформированию без разрушения, что способствует снижению контактных нагрузок на пятнах фактического контакта. Покрытие предотвращает возможность непосредственного фрикционного взаимодействия поверхностных слоев деталей трения и снижает их износ при одновременном уменьшении силы трения. Благодаря этому повышается эксплуатационный ресурс узла привода токарного патрона и уменьшается вероятность его несанкционированных разрушений при нарушении оптимального контакта в сопряжении зуб конической приводной шестерни - зубчатый венец спирального диска. Примеры конкретного исполнения деталей токарного патрона с триботехническим полимерным покрытием представлены ниже. Пример 1. Полимерное триботехническое покрытие на хвостовик А и торцовую часть Б конической шестерни 5 токарного патрона модели 3-250.35.01.000, наносили из псевдоожиженного слоя порошкообразного полиамида 11 . Покрытие наносили на рабочие поверхности конической шестерни, нагретые до температуры 2505 С. Полученные покрытия калибровали в гнезде фланца до его конечного охлаждения. Толщина триботехнического покрытия из полиамида ПА 11 составляла 5 мкм. Пример 2. Полимерное триботехническое покрытие на хвостовик А и торцовую часть Б конической шестерни 5 токарного патрона модели 3-250.35.01.000 наносили из псевдоожиженного слоя порошковой смеси ПА 6 ПЭНД (10 мас. ). Температура подложки составляла 2705 С. Покрытие калибровали механической обработкой до толщины 5 мкм. Пример 3. Полимерное триботехническое покрытие на хвостовике А и торцовой части Б конической шестерни 5 токарного патрона модели 3-250.35.010.000 формировали методом распыления суспензии ФФС марки ЛБС-140 мас.коллоидного графита марки С-1. После сушки для удаления растворителя (25) шестерню с покрытием термообрабатывали при 1505 С в течение 30 мин. Толщина покрытия составляла 10 мкм. 84682012.08.30 Пример 4. Полимерное триботехническое покрытие на хвостовик А и торцовую часть Б на конической шестерни 5 токарного патрона марки 3-250.35.010.000 наносили окунанием в суспензию феноло-спирт (80 мас. )ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ)(20 мас. ). После удаления растворителя (2) покрытие термообрабатывали на воздухе при температуре 1505 С в течение 3 мин. Толщина покрытия составила 3 мкм. Независимо от состава полимерного триботехнического покрытия и технологии его нанесения на поверхность трения конической приводной шестерни 5 токарного патрона обеспечивается эффект увеличения триботехнических характеристик узла привода, улучшается обслуживание токарного патрона и снижается вероятность разрушения приводной шестерни при нарушении оптимального контакта. Таким образом, достигнуто решение задачи, поставленной полезной моделью. Практическую апробацию заявленного технического решения осуществляли на ОАО БелТАПАЗ в токарных патронах модели 3-250.35.010.000. Стендовые и натурные испытания, а также практический опыт эксплуатации токарных патронов, изготовленных согласно полезной модели, свидетельствуют с высокой эффективности и целесообразности промышленного внедрения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5