Устройство для поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности цилиндра и способ поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности цилиндра.

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРА И СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРА(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования БелорусскоРоссийский университет(72) Авторы Довгалев Александр Михайлович Сухоцкий Сергей Александрович Рыжанков Дмитрий Михайлович Свирепа Дмитрий Михайлович(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) 1. Устройство для поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности цилиндра, содержащее деформирующий инструмент, включающий шайбы из немагнитопроводного материала, образующие кольцевые камеры с установленными в них с возможностью окружного вращения деформирующими шарами, отличающееся тем, Фиг. 1 18191 1 2014.04.30 что содержит две устанавливаемые на торцы цилиндра крышки из немагнитопроводного материала с торцовыми уплотнениями и каналами для подвода воздуха или масла механизм автоматического сматывания электрического шнура, включающий закрепленный на торце одной из крышек держатель с установленным с возможностью вращения валом, соединенным с барабаном, и спиральную пружину возврата, один конец которой закреплен на держателе, а другой - на валу деформирующий инструмент содержит два поршня из немагнитопроводного материала с резиновыми манжетами центрирующий стержень из немагнитопроводного материала обойму, состоящую из шихтованных пластин из магнитопроводного материала с центральным отверстием и радиальными пазами, количество которых кратно трем трехфазные обмотки переменного тока и преобразователь частоты,при этом обойма своим центральным отверстием установлена на центрирующем стержне,трехфазные обмотки переменного тока размещены в радиальных пазах обоймы, шайбы установлены на наружной поверхности обоймы соосно центрирующему стержню, торцы поршней совместно с торцами шайб образуют крайние кольцевые камеры, а рабочая длина трехфазных обмоток переменного токаопределена из выражения(-1),где- ширина кольцевой камеры- количество кольцевых камер- ширина шайбы. 2. Способ поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности цилиндра устройством по п. 1, при котором вводят в отверстие цилиндра деформирующий инструмент, крышками которого герметично закрывают торцы цилиндра, деформирующим шарам сообщают окружное вращение от магнитного поля трехфазных обмоток переменного тока деформирующего инструмента, которому сообщают возвратно-поступательное движение подачей воздуха или масла в противоположные относительно него полости крышек, при этом скорость возвратно-поступательного движения регулируют разницей давления воздуха или масла, подаваемого в противоположные полости крышек. Изобретение относится к области упрочняющей обработки методом поверхностного пластического деформирования и может быть использовано в машиностроении для отделочно-упрочняющей обработки внутренней поверхности деталей большой длины, например цилиндров и гильз, без применения металлообрабатывающего оборудования. Известен способ поверхностного пластического деформирования, при котором деформирующий элемент вводят в контакт с обрабатываемой деталью, нагружают деталь силой деформирования, сообщают детали вращение и перемещают деформирующий элемент вдоль обрабатываемой поверхности 1. Недостатком способа является низкая производительность процесса упрочнения. Кроме того, требуется сообщать детали вращение, что не позволяет использовать метод для упрочняющей обработки деталей большой длины, выходящей за размеры существующего станочного оборудования. Наиболее близким к заявляемому изобретению относится способ отделочноупрочняющей обработки внутренней поверхности гильзы инструментом, деформирующим шарам которого сообщают окружное перемещение вращаемым магнитным полем 2. Известен и инструмент для осуществления способа, состоящий из шайб из немагнитопроводного материала, образующих кольцевую камеру, деформирующих шаров, установленных в кольцевой камере с возможностью окружного вращения 3. Характерной особенностью способа-прототипа и инструмента для его осуществления является то, что для его осуществления необходимо наличие металлообрабатывающего станка, в первую очередь для базирования и закрепления детали, сообщения вращения детали и инструменту (либо только инструменту), а также сообщения инструменту движения подачи вдоль обрабатываемой поверхности от механизма привода подачи станка. 2 18191 1 2014.04.30 Это снижает технологические возможности способа и инструмента для его осуществления, так как упрочнить внутреннюю поверхность детали, в том числе гильзы, без применения металлообрабатывающего оборудования (станка) не представляется возможным. Задача изобретения - расширение технологических возможностей за счет обеспечения отделочно-упрочняющей обработки внутренней поверхности деталей большой длины типа цилиндров и гильз без применения металлообрабатывающего оборудования. Поставленная задача достигается тем, что устройство для поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности цилиндра, содержащее деформирующий инструмент, включающий шайбы из немагнитопроводного материала, образующие кольцевые камеры с установленными в них с возможностью окружного вращения деформирующими шарами, согласно изобретению, содержит две устанавливаемые на торцы цилиндра крышки из немагнитопроводного материала с торцовыми уплотнениями и каналами для подвода воздуха или масла механизм автоматического сматывания электрического шнура, включающий закрепленный на торце одной из крышек держатель с установленным с возможностью вращения валом, соединенным с барабаном, и спиральную пружину возврата, один конец которой закреплен на держателе, а другой - на валу деформирующий инструмент содержит два поршня из немагнитопроводного материала с резиновыми манжетами центрирующий стержень из немагнитопроводного материала обойму, состоящую из шихтованных пластин из магнитопроводного материала с центральным отверстием и радиальными пазами, количество которых кратно трем трехфазные обмотки переменного тока и преобразователь частоты, при этом обойма своим центральным отверстием установлена на центрирующем стержне, трехфазные обмотки переменного тока размещены в радиальных пазах обоймы, шайбы установлены на наружной поверхности обоймы соосно центрирующему стержню, торцы поршней совместно с торцами шайб образуют крайние кольцевые камеры, а рабочая длина трехфазных обмоток переменного токаопределена из выражения(-1),где- ширина кольцевой камеры- количество кольцевых камер- ширина шайбы. Поставленная задача достигается и тем, что реализует способ поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности цилиндра, при котором вводят в отверстие цилиндра деформирующий инструмент, крышками которого герметично закрывают торцы цилиндра, деформирующим шарам сообщают окружное вращение от магнитного поля трехфазных обмоток переменного тока деформирующего инструмента, которому сообщают возвратно-поступательное движение подачей воздуха или масла в противоположные относительно него полости крышек, при этом скорость возвратно-поступательного движения регулируют разницей давления воздуха или масла, подаваемого в противоположные полости крышек. Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 изображено устройство для поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности цилиндра фиг. 2 - сечение- фиг. 1. Устройство для поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности цилиндра содержит деформирующий инструмент, состоящий из шайб 1, 2 из немагнитопроводного материала, образующих кольцевую камеру 3, деформирующих шаров 4,установленных в кольцевой камере 3 с возможностью окружного вращения. Устройство содержит две устанавливаемые на торцы цилиндра крышки 5, 6 из немагнитопроводного материала с торцовыми уплотнениями 7, 8 и каналами 9, 10 для подвода воздуха или масла механизм автоматического сматывания электрического шнура 11,включающий закрепленный на торце одной из крышек держатель 12 с установленным с 3 18191 1 2014.04.30 возможностью вращения валом 13, соединенным с барабаном 14, и спиральную пружину возврата 15, один конец которой закреплен на держателе 12, а другой - на валу 13 деформирующий инструмент содержит два поршня 16, 17 из немагнитопроводного материала с резиновыми манжетами 18, 19 центрирующий стержень 20 из немагнитопроводного материала обойму 21, состоящую из шихтованных пластин из магнитопроводного материала с центральным отверстием 22 и радиальными пазами 23, количество которых кратно трем трехфазные обмотки переменного тока 24 и преобразователь частоты 25, при этом обойма 21 своим центральным отверстием 22 установлена на центрирующем стержне 20,трехфазные обмотки переменного тока 24 размещены в радиальных пазах 23 обоймы 21,шайбы 1, 2 установлены на наружной поверхности 26 обоймы 21 соосно центрирующему стержню 20, торцы 27, 28 поршней 16, 17 совместно с торцами 29, 30 шайб 1 и 2 образуют крайние кольцевые камеры 31, 32, а рабочая длина трехфазных обмоток переменного тока 24 определена из выражения(-1),где- ширина кольцевой камеры- количество кольцевых камер- ширина шайбы. Способ осуществляется следующим образом. Цилиндр (гильзу) 33 неподвижно устанавливают в направляющих 34 технологического приспособления. В отверстие 35 цилиндра 33 вводят многорядный деформирующий инструмент, содержащий несколько смещенных в осевом направлении рядов деформирующих шаров 4, расположенных в кольцевых камерах 31, 3, 32. Торцы цилиндра 33 посредством торцовых уплотнений 7, 8 герметично закрывают крышками 5, 6 и фиксируют их крепежными винтами 36, 37. Деформирующим шарам 4 сообщают окружное перемещение вращающимся электромагнитным полем от неподвижных трехфазных обмоток переменного тока 24 деформирующего инструмента. Для создания вращающегося электромагнитного поля на неподвижные обмотки 24 деформирующего инструмента с помощью преобразователя частоты 25 подают трехфазное напряжение переменного тока. Вследствие возникающего электромагнитного возбуждения обмоток 24 образуется вращающееся электромагнитное поле, выходящие в кольцевые камеры 3, 31, 32 инструмента. Возникающая в процессе вращения деформирующих шаров 4 центробежная сила прижимает их к упрочняемой поверхности отверстия 35 цилиндра 33. Под действием центробежных сил обеспечивается протекание процесса поверхностного пластического деформирования металла, снижение исходной шероховатости поверхности,формирование модифицированного поверхностного слоя с высокими эксплуатационными свойствами. Для обеспечения процесса поверхностного пластического деформирования поверхности по всей длине обрабатываемой детали 33 деформирующему инструменту сообщают возвратно-поступательное движение подачи. В полости 9 и 10 крышек 5, 6 подают рабочий агент - воздух или масло. При этом давление рабочего агента в противоположных полостях 38 и 39 различается по величине. Давление рабочего агента в полости 38 детали 33 выше давления, создаваемого им в полости 39. При этом сила давления рабочего агента,действующая на поршень 17, превышает силу, действующую на поршень 16 деформирующего инструмента. Вследствие этого деформирующий инструмент с вращающимися электромагнитным полем деформирующими шарами 4 перемещается справа налево относительно фиг. 1, что и обеспечивает упрочнение поверхностного слоя отверстия 35 цилиндра 33 по всей длине обработки. При этом скорость подачи деформирующего инструмента регулируют разницей давления рабочего агента в противоположных полостях 38 и 39 цилиндра. Чем больше разница давления рабочего агента в полостях 38 и 39, тем выше скорость подачи деформирующего инструмента относительно обрабатываемой поверхности. 4 18191 1 2014.04.30 Пример конкретного выполнения. Характеристика упрочняемой детали номинальный диаметр отверстия упрочняемой поверхности цилиндра - 120 мм длина цилиндра - 12 м материал цилиндра - сталь 45 ГОСТ 1050-88 ( 200) исходная шероховатость внутренней поверхности цилиндра после лезвийной обработки -6,3 мкм исходный квалитет точности обработки отверстия цилиндра после лезвийной обработки - 8 квалитет упрочняемый цилиндр перед обработкой устанавливали горизонтально в призматических направляющих технологического приспособления без приложения силы закрепления(цилиндр удерживался в приспособлении под действием собственного веса и возникающих при этом сил трения). Характеристика инструмента диаметр деформирующих шаров - 12 мм, ГОСТ 3722-81,0,08 мкм количество кольцевых камер инструмента- 4 шт. количество трехфазных обмоток переменного тока инструмента - 12 шт. ширина кольцевой камеры инструмента- 12,2 мм ширина шайбы- 8 мм рабочую длину трехфазных обмоток переменного тока определяем по зависимости (1)12,248(4-1)72,8 мм. Режимы упрочнения величина индукции вращающегося магнитного поля - 0,4-0,8 Тл окружная скорость вращения деформирующих шаров в кольцевых камерах инструмента - 15-20 м/с осевая подача деформирующего инструмента - 200-1000 мм/мин давление рабочего агента (воздуха) - 0,3 МПа разница давления рабочего агента, подаваемого в противоположные полости относительно плунжерного деформирующего инструмента, введенного в полость цилиндра 0,1-0,2 МПа количество проходов плунжерного деформирующего инструмента - 2 шероховатость упрочненной поверхности 0,63 - 1,25 мкм. Заявленный способ и инструмент для его осуществления позволяют осуществлять отделочно-упрочняющую обработку внутренней поверхности деталей большой длины,например цилиндров и гильз, без применения металлообрабатывающего оборудования,что расширяет их технологические возможности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6