Способ комбинированной обработки шейки вала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ШЕЙКИ ВАЛА(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования БелорусскоРоссийский университет(72) Авторы Довгалев Александр Михайлович Близнюк Сергей Николаевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(56) ЧИСТОСЕРДОВ П.С. Комбинированные инструменты для отделочноупрочняющей обработки. - Минск Беларусь, 1977. - С. 54.305982, 1971.2036068 1, 1995.2036069 1, 1995.2038942 1, 1995.3680186, 1972.(57) Способ комбинированной обработки шейки вала, при котором вал устанавливают в центрах станка, при этом соосно валу к торцу его обрабатываемой шейки поджимают переходную втулку, наружный диаметр которой равен наименьшему допустимому размеру обрабатываемой шейки вала, режущий и деформирующий инструменты располагают с диаметрально противоположных сторон обрабатываемой шейки вала, прямолинейную образующую режущего инструмента размещают параллельно обрабатываемой поверхности шейки вала на расстоянии от оси центров станка, определяемом упругими свойствами 14935 1 2011.10.30 центров станка и силовыми параметрами обработки сообщают валу вращение и выполняют пластическую деформацию путем воздействия предварительно сжатым подпружиненным деформирующим инструментом на наружную поверхность переходной втулки с последующим снятием режущим инструментом основного припуска на обработку после чего деформирующему инструменту сообщают движение осевой подачи, нагружают обрабатываемую шейку вала номинальной силой деформирования и режущим инструментом срезают с нее оставшийся припуск на обработку, при этом в качестве деформирующего инструмента используют подпружиненный шариковый или торовый накатник, а величину предварительного сжатия пружины деформирующего накатника определяют из выражения деф.н . ( срвт ), 2 где- величина предварительного сжатия силовой пружины деформирующего накатника, мм деф.н. - номинальная сила деформирования, Н- жесткость пружины деформирующего инструмента, Н/мм ср - средний диаметр шейки вала, мм вт - диаметр переходной втулки, мм. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при отделочно-упрочняющей обработке цилиндрических поверхностей деталей машин резанием и поверхностным пластическим деформированием. Известен способ комбинированной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием, при котором режущий инструмент снимает припуск на обработку, а деформирующий инструмент обеспечивает деформирование поверхностного слоя 1. Однако этот метод не позволяет осуществлять калибрование валов с высокой точностью, по 6-7 квалитету точности. Это связано с тем, что при обработке деталей в технологической системе возникают упругие отжатия, обусловленные нестабильностью силы резания (из-за колебания припуска на обработку) и последовательным нагружением технологической системы силой резания и деформирования. Наиболее близким к заявленному изобретению является способ комбинированной обработки шейки вала, при котором обрабатываемый вал устанавливают в центрах станка,режущий и деформирующий инструменты располагают с диаметрально противоположных сторон обрабатываемой шейки вала, прямолинейную образующую режущего инструмента размещают параллельно обрабатываемой поверхности шейки на расстоянии от оси центров станка, определяемом упругими свойствами центров станка и силовыми параметрами обработки, сообщают валу вращение, нагружают технологическую систему номинальной силой деформирования, упруго смещают обрабатываемую шейку вала на режущий инструмент и обеспечивают снятие режущим инструментом припуска на обработку 2. Однако этот способ не позволяет осуществлять обработку термоупрочненных поверхностей деталей машин. Это связано с тем, что при осуществлении метода деформирующий элемент (ролик) взаимодействует с обрабатываемой шейкой вала по всей длине. При этом площадь взаимодействия деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью представляет собой прямоугольник, большая сторона которого равна длине обрабатываемой шейки. Действующая на деталь сила деформирования (вследствие большой площади контакта деформирующего ролика с деталью и высокой твердости термоупрочненной поверхности) не может обеспечить в зоне деформирования удельное давление, достаточное для осуществления процесса поверхностного пластического деформирования металла. Это снижает технологические возможности метода. 2 14935 1 2011.10.30 Задача изобретения - расширение технологических возможностей метода за счет его применения для отделочно-упрочняющей обработки шеек валов с термоупрочненной поверхностью. Указанная задача достигается тем, что в способе комбинированной обработки шейки вала, при котором вал устанавливают в центрах станка, при этом соосно валу к торцу его обрабатываемой шейки поджимают переходную втулку, наружный диаметр которой равен наименьшему допустимому размеру обрабатываемой шейки вала, режущий и деформирующий инструменты располагают с диаметрально противоположных сторон обрабатываемой шейки вала, прямолинейную образующую режущего инструмента размещают параллельно обрабатываемой поверхности шейки вала на расстоянии от оси центров станка,определяемом упругими свойствами центров станка и силовыми параметрами обработки сообщают валу вращение и выполняют пластическую деформацию путем воздействия предварительно сжатым подпружиненным деформирующим инструментом на наружную поверхность переходной втулки с последующим снятием режущим инструментом основного припуска на обработку после чего деформирующему инструменту сообщают движение осевой подачи, нагружают обрабатываемую шейку вала номинальной силой деформирования и режущим инструментом срезают с нее оставшийся припуск на обработку, при этом в качестве деформирующего инструмента используют подпружиненный шариковый или торовый накатник, а величину предварительного сжатия пружины деформирующего накатника определяют из выражения деф.н. (срвт ), 2 где- величина предварительного сжатия силовой пружины деформирующего накатника, мм деф.н. - номинальная сила деформирования,- жесткость пружины деформирующего инструмента, /мм- средний диаметр шейки вала, мм вт - диаметр переходной втулки, мм. Такое выполнение метода позволяет осуществлять калибрующую отделочно-упрочняющую обработку термоупрочненных шеек валов, так как в зоне взаимодействия подпружиненного деформирующего накатника с деталью обеспечивается точечный контакт и создается высокое удельное давление, достаточное для протекания процесса поверхностного пластического деформирования термоупрочненных поверхностей, характеризующихся низкой пластичностью металла. Это расширяет технологические возможности метода. Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1, 2 соответственно изображены схемы реализации метода в начале и в конце обработки. Обрабатываемый вал 1 устанавливают в центах станка. При этом соосно валу 1 к торцу 2 обрабатываемой шейки 3 поджимают переходную втулку 4, наружный диаметр 5 которой равен наименьшему допустимому размеру обрабатываемой шейки. Режущий 6 и деформирующий 7 инструменты располагаются с диаметрально противоположных сторон обрабатываемой шейки 3 вала 1. Прямолинейную образующую 9 режущего инструмента 6 размещают параллельно обрабатываемой поверхности 10 шейки 3 вала 1 на расстоянииот оси центров 11 станка, определяемом упругими свойствами центров 12 станка и силовыми параметрами обработки - номинальной силой деформирования деф.н Согласно фиг. 1 расстояние(размер статической настройки режущего инструмента 7) определяется выражением ср, мм,(1) 2 где- размер статической настройки режущего инструмента, мм ср/2 ср - средний диаметр обработки, мм 3 14935 1 2011.10.30- наибольший допустимый диаметр обработки (определяется заданным допуском на размер), мм- наименьший допустимый диаметр обработки (определяется заданным допуском на размер), мм- величина упругого смещения шейки 3 вала 1 под действием номинальной силы деформирования Рдеф.н. (упругое смещение шейки 3 обусловлено податливостью заднего цента 12 станка). деф.н. где- величина упругого смещения шейки 3 (равна величине упругого смещения заднего центра 12 станка), мм деф.н. - номинальная сила деформирования,- жесткость заднего центра 12 станка, /мм. Подставив значение (2) в выражение (1), имеем ср деф.н. Валу 1 сообщают вращение и выполняют пластическую деформацию путем воздействия предварительно сжатым подпружиненным деформирующим инструментом 8 на наружную поверхность 5 переходной втулки 4 (с последующим снятием режущим инструментом 6 основного припуска на обработку). Деформирующему инструменту 7 сообщают движение осевой подачи, нагружают обрабатываемую шейку 3 вала 1 номинальной силой деформирования деф.н. и режущим инструментом 6 срезают с нее оставшийся припуск на обработку (фиг. 2). При этом в качестве деформирующего инструмента 7 используют подпружиненный пружиной 13 державки 14 шариковый или торцовый накатник. Для определения величиныпредварительного сжатия силовой пружины 13 деформирующего инструмента 7, при которой обеспечивается предварительное нагружение технологической системы силой деформирования деф., воспользуемся схемой реализации метода, изображенной на фиг. 1. При этом учитываем, что при предварительном нагружении технологической системы силой деформирования деф. деформирующий инструмент 7 взаимодействует с переходной втулкой, имеющей диаметр вт, а окончательный диаметральный размер, получаемый режущим инструментом 6 шейки 3, равен(вт). В дальнейшем (когда деформирующему инструменту 7 сообщат осевую подачу) деформирующий инструмент 7 перейдет с переходной втулки у на шейку 3 имеющую диаметр , что обеспечивают дополнительное сжатие пружины 13 деформирующего инструмента на величину 1, равную(4) 1( - вт)/2, мм где 1- величина дополнительного сжатия пружины 13 при переходе деформирующего инструмента 7 с поверхности переходной втулки 4 на сформированную поверхность шейки 3. С учетом этой особенности запишем уравнение суммарного сжатия пружины 13, при котором обеспечивается номинальная сила деформирования 14935 1 2011.10.30 где- жесткость пружины деформирующего инструмента, /мм- величина предварительного сжатия силовой пружины деформирующего инструмента, мм (обеспечивается радиальным перемещением державки 14 деформирующего инструмента 7) деф.н. - номинальная сила деформирования,- средний диаметр шейки вала обработки, мм вт - диаметр переходной втулки, мм. При взаимодействии деформирующего инструмента 7 с поверхностью шейки 3 обеспечивается точечный контакт и создается высокое удельное давление, достаточное для протекания процесса поверхностного пластического деформирования термоупрочненной поверхности, характеризующейся низкой пластичностью металла. В процессе обработки все детали обрабатываемой партии упруго смещаются на одну и деф.н.. ту же величину деф.н. - величина постоянная для всех деталей обрабатываемой партии, т.к. для всех деталей обеспечено сжатие пружины 13 на одинаковую величину 1 мм,где- суммарная величина сжатия силовой пружины 13 деформирующего инструмента 7, мм. При этом жесткостьзаднего цента 12 также является величиной постоянной для всех деталей обрабатываемой партии. Поскольку все детали обрабатываемой партии нагружаются постоянной по величине номинальной силой деформирования, то это приводит к стабилизации величины упругого смещения всех деталей на режущий инструмент 6 и к калиброванию обрабатываемых поверхностей. При этом точность получения диаметрального размера шеек валов не зависит от исходной точности поверхности заготовки, величины припуска на обработку и находится в пределах 6-7 квалитетов. Пример конкретного выполнения способа на станках токарной группы Станок токарно-винторезный 16 Д 25 Размеры обрабатываемых деталей диаметр вала - 80 мм длинна обработки - 250 мм требуемый диаметр обрабатываемой шейки под подшипник согласно чертежу 0,0084060,008 мм длина обрабатываемой шейки - 30 мм. Материал обрабатываемых валов - сталь 40 с термоупрочненной поверхностью шейки вала 3035 . Количество деталей обрабатываемой партии - 50 шт. Диаметр деформирующего инструмента - 12 мм материал деформирующего инструмента ШХ 15 (63-65 ) жесткость пружины деформирующего инструмента 10 /мм. В качестве режущего инструмента использовали призматический резец. Материал режущей части - Т 15 К 6. Режимы обработки Скорость вращения детали 80 м/мин Скорость упругого смещения шейки вала под действием силы деформирования 0,01 мм/об Осевая подача шарикового накатника - 0,15 мм/об Припуск на обработку - 0,5 мм Номинальная величина силы деформирования (деф.н.) - 600 . 5 14935 1 2011.10.30 Жесткость центров станка 150 /мм (использовали специальные центра с повышенной податливостью для обеспечения упругого смещения вала на режущий инструмент под действием силы деформирования). Охлаждение - масло индустриальное. Исходная точность обрабатываемых шеек валов - 12 квалитет (ст. СЭВ 144-75). Величину предварительного сжатия пружины 13 деформирующего инструмента определяли по зависимости (7) деф.н.срвт Размер статической настройки резца определим по математической зависимости (3) ср деф.н. 20424 мм . 2 150 Машинное время на обработку - 1,8 мин Точность обработанных шеек - 6 квалитет (ст. СЭВ 144-75). Шероховатость обработанной поверхности -(0,32-0,10) мкм. Глубина упрочнения - 0,15 мм. Предложенный метод обработки в отличие от метода-прототипа имеет широкие технологические возможности, так как позволяет осуществлять высокоточную обработку термоупрочненных поверхностей шеек валов. Источники информации 1. Чистосердов П.С. Комбинированные инструменты для отделочно-упрочняющей обработки. - Минск Беларусь, 1977. - С. 23. 2. Чистосердов П.С. Комбинированные инструменты для отделочно-упрочняющей обработки. - Минск Беларусь. 1977. - С. 54. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.