Вальцовочный инструмент

АНИЕ И БРЕТЕН 21) 4743560/2722) 29.03 М31) 88 880982332) 02.08.8833) ОЕ а тмит ми Тов давпениическое деКомитет Российской Федерации по патентам и товариьтм знакаь(Я 1) Б 824339 04 формирование. Сущность изобретения: инструмент имеет корпус с осевым отверстием, гнездо дпя деформирующего элемента в виде гидростатической опоры. Корпус может быть выполнен с плунжером, несущим роликовую гоповку с гнездом для деформирующего элемента. Плунжер может быть выпопнен с направляющим диском и подпружинен в осевом направлении, Деформирующий элемент может быть подпружинен относительно корпуса. В роликовой гоповке попость может, быть выполнена в виде двухступенчатого отверстия. Деформирую - щий элемент может быть выполнен из керамического материала. 10 зпф-лы, 18 ип.2004408 Составитель В. БезброваТехред М, Моргентал Корректор Н, Ревска едактор Т;орячев Заказ 33 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента3035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 гарина, 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, УжгороИзобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при обработке, предпочтительно,наружной поверхности методом поверхностной пластической деформации, 5Известен вальцовочный инструмент,содержащий корпус с осевым отверстием,по крайней мере одним деформирующимэлементом и по крайней мере одним гнездом для установки деформирующего элемента.Недостатком известного инструментаявляется. относительно небольшой срокслужбы инструмента,Цель изобретения - увеличение срока 15службы инструмента.Указанная цель достигается за счет того, что гнездо под деформирующий элементвыполнено в виде гидростатической опоры,Корпус может быть снабжен плунжером 20с роликовой головкой, в которой выполненогнездо для установки деформирующего элемента, а на противоположном деформирующему элементу конце плунжера может бытьустановлен направляющий диск с отверстиями.Плунжер может быть подпружинен в,осевом направлении относительно корпусапосредством пружины, установленной концентрично относительно плунжера. Плунжер может быть подпружинен посредствомпакета тарельчатых пружин, На конце плунжера может быть размещен реэьбовой стержень с установленной концентричнос нимпружиной, 35Роликовая головка соединена с налом, аинструмент может быть снабжен упором,взаимодействующим с валом.Деформирующий элемент может бытьподпружинен относительно корпуса натяжной пружиной.В роликовой головке может быть выполнена полость для размещения де бормируюцего элемента в виде двухступенчатогоотверстия, образующая меньшей ступени 45которого направлена по касательной к деформирующему элементу, а образующаябольшей ступени - параллельна продольной оси инструмента.Инструмент может быть выполнен в виде диска, несущего равномерно расположенные по его периметру деформирующиеэлементы.Деформирующие элементы могут бытьвыполнены из керамического материала, 55На фиг,1 изображен предлагаемый инструмент, продольный разрез; на фиг,2 - тоже, вариант с возвратной пружиной и расположением на нескольких валах; на фиг.Зто же, вариант с дроссельным каналом; на фиг, 4-то же, вариант с регулируемым дросселем; на фиг.5 - 8 - варианты выполнения инструмента, продольный разрез; на фиг,9 - вальцовочный ролик, продольный разрез, вальцовочного инструмента; на фиг,10 - разрез на фиг,9; на фиг,11 - разрез Б-Б на фиг,9; на фиг.12 - разрез В - В на фиг,9; на фиг,13 - диаграмма; на фиг.14 - продольный разрез через роликовую головку; на фиг.15 - вырез из фиг.13 с вальцовочным роликом в вальцовочном положении; на фиг.16 и 17 - то же, в различных положения; на фиг,18 - вальцовочный инструмент для отверстий, вид спереди; на фиг,19 - то же, вид сбоку,Вальцовочный инструмент, например, для накатного полирования поверхностей на обточенных деталях, предпочтительн 6 цилиндрических внешних поверхностей, закрепляется с помощью корпуса 1 в держателе инструмента товарного станка, например токарного станка с ЧПУ, или в револьверной головке центрового токарного станка, Вальцовочный ролик 2 (шарик), который установлен в гидростатической опоре 3 и предохранен от выхода, прижимается с вальцовочным усилием Е к подлежащей накатному полированию поверхности обрабатываемой детали, Вальцовочное усилие Е воспринимается роликовой головкой 4, которая состоит из ролика 2 и опоры 3 и направляется с помощью плунжера, расположенного в корпусе 1 и относящейся к нему крышке 5. ВаЛьцовочное усилие Е создается текучей средой, находящейся под давлением и являющейся необходимой для гидростатической опоры. Источник давления присоединен к присоединительному элементу б, а текущая среда проходит в направлении стрелки 7 через канал 8, поступает в опору 3 и образует между чашей 9 опоры и роликом 2 подушку давления,Одновременно текучая среда нагружает также и поперечное сечсние 10 плунжера. Поддавлением текучей среды на вальцовочный ролик 2 и плунжер 5 роликовая головка 4 перемещается в направлении обрабатываемой детали 11, и ролик 2 прижимается к детали 11, создавая усилия, предусмотренные для накатного полирования. Текучая среда проходит через инструмент, и устанавливается стационарное течение, Текучая среда, выходящая в опору 3, отводится из роликовой головки 4 через разгрузочные каналы 12 и используется для смазки в процессе вальцовки. Вальцовочное усилие Е определяется поверхностью 13 на ролике 2, нагружаемой давлением текучей среды. Как только ролик 2 под давлением прикасается к детали 11, наступает равновесие сил, таккак поверхность 13 ролика 2 равна поперечному сечению 10 плунжера,Плунжер 14 установлен и аксиально направляется в отверстия, концентрично выполненные в крышке 5 корпуса 1, Между отверстием и крышкой 5 предусмотрено уплотнение 15 для герметизации кольцевого зазора, чтобы предотвратить выход текучей среды между плунжером 14 и крышкой 5. Крышка 5 соединена с помощью резьбы с корпусом 1 и одновременно фиксирует находящийся в корпусе 1 упор 16 в направляющем отверстии, Для герметизации зазора между крышкой 5 и корпусом 1 предусмотрено уплотнение 17.В крышке б предусмотрено дополнительное направление плунжера 14, которое образовано тем, что направляющий диск 18 закреплен на плунжере 14 с помощью резьбы 19, Этот диск 18 направляет плунжер 14 в направляющем отверстии корпуса 1 и одновременно служит в качестве ограничителя хода с помощью упоров 16 и 20. Для обеспечения равномерного создания давления в направляющем отверстии корпуса 1 направляющий диск 18 выполнен с перепускными отверстиями 21.Вальцовочный инструмент (см,фиг.2) дополнительно снабжен возвратной пружиной 22, которая с помощью крышки 5 закреплена между упором 16 и диском 18 и с помощью которой роликовая головка 4 и соответственно плунжер 14 могут быть возвращены в исходное положение (см.фиг,2), При использовании возвратной пружины 22 поперечное сечение 10 плунжера больше, чем поверхность 13 опоры 3, что обеспечивает равенство суммы всех сил нулю,Ролик 2 имеет в опоре 3 в направлении обрабатываемой детали 11 такой зазор, при котором в образовавшейся подушке давления ролик 2 является свободным от удерживающих частей 23 при прилегании его к обрабатываемой детали 11, Корпус 1 может быть установлен на зажимном валу 24 в многократном расположении. При этом зажимной вал 24 может быть смонтирован с возможностью вращения вокруг оси 25.Вальцовочный инструмент см.фиг.3) для воздействия давлением оснащен дросселем 26, расположенным на входе в канал 98 плунжера 14, Гидростатицеской опорой 3 образуется дроссель 27, С помощью дросселя 26 входное давление Р 1 в камере 28 дросселируется до давления Р 2 в канале 8, так что для создания вальцовочного усилия в расположении имеется давление Р 2. Так как давление Р 1 больше, чем давление Р 2, на плунжере 14 в распоряжении имеется силовой избыток, который делает возможнымпредусмотрение возвратной пружины 22, Возможно поперечное сечение плунжера выполнить равным или даже меньшим чем поверхность 13 ролика 2, Требуется лишь путем установки соответствующей возвратной пружины установить сумму всех сил равной нулю. При этом возвратная пружина должна иметь по возможности плоскую характеристику.На фиг.4 представлен инструмент, в ко 510 помощью дроссельной иглы 30. которая выполнена как винт, входит своим острием в отверстие и ограничивает его поперечное сечение, Для установки желаемого давления Р 2 дроссельная игла 30 с помощью реэь 20 бы аксиально смещается в отверстии, Для предотвращения изменения установленного поперечного сечения течения дроссельная игла фиксируется контрайкой 31. Уплотнение 15, расположенное под контргайкой 31, уплотняет дроссельную иглу против выхода текучей среды.На фиг.5 показан вальцовочный инструмент для накатного полирования поверхностей на обточенных деталях, который 25 30 закрепляется с помощью корпуса 32 в держателе инструмента или револьверной головке токарного станка с ЧПУ, или центрового токарного станка. Ролик 2, который установлен на опоре 3 и предохранен 35 от выхода, прижимается с вальцовочным усилием Р к подлежащей вальцовке поверхности обрабатываемой детали 11, Вальцовочное усилие Г воспринимается роликовой головкой 4, которая на конце, противопо 40 ложном относительно ролика 2, выполнена в виде поршня 33, который расположен в цилиндре 34 корпуса 1, С помощью присоединительного элемента 35 опора 3 отдельно от корпуса снабжается текучей ср;:.дой. Кор 45 пус 36 через присоединительный элемент 37 снабжается рабочей средой. Уплотнение 38 между поршнем 33 и цилиндром 34 и уплотнение 39 между корпусом 1 и реэьбовой цапфой 40, которая соединена с плунжером, препятствуют выходу рабочей среды из корпуса 36, Против усилия возвратных и ружин 41, которые помещены в отверстии корпуса 1 и с одной стороны прилетают к корпусу 1, а с другой - к нажимной шайбе 42 с гайкой 43, расположенными на цапфе 40, аксиально проходящей через пружины 41, роликовая головка 4 прижимается к обраба 50 55 тываемой детали 11 при нагружении давлением корпуса 36 через элемент 37 с тором дроссель 29 для определения давле. ния Р 2 расположен не на плунжере, а нароликовой головке 4 и выполнен как регулируемый дроссель. Поперечное сечение от верстия сужается или расширяется с10 20 25 30 35 40 45 50 помощью рабочей среды, Одновременно активируется опора 3 путем ее наполнения тиекучей средой через элемент 35, Усилие корпуса 36 и усилие опоры 3 должны при вальцовке находиться в равновесии, тем самым опора 3 становится работоспособной, а также создается необходимое вальцовочное усилие.На фиг.6 показан инструмент, аналогичный инструменту, показанному на фиг,5 Выполненный в качестве среднего цилиндра течения корпус 32 теперь заменен корпусом 44, в котором расположен пакет 45 пружин, собранный из тарельчатых пружин,Однако, может быть и специалная нажимная пружина, Пружины пакета 45 расположены в соответствующем отверстии корпуса 44 и нажимают на заднюю сторону вала 46 роликовой головки, Вал 46 установлен с воэможностью смещения в корпусе 44. С другой стороны пружины пакета пружин упираются в конец корпуса 44, в котором они установлены. Вал 45 головки 4 удлинен цапфой 47, которая проходит в отверстии корпуса 44, На своем свободном конце цапфа 47 имеет продольное отверстие 48, в которое вставлен штифт 49, Кроме того, штифт 49 проходит через отверстие 50, которое предусмотрено в корпусе 44, Этот инструмент позиционируется тем, что он закрепляется в обрабатйвающем станке, причем ролик 2 прижимается к детали 11, а пружины 45 таким образом сжимаются до заданного вальцовочного усилия, При создании предусмотренного вальцовочного усилия вал 46 с присоединенной цапфой 47 смещается по отношению к корпусу 44. Одновременно опора 3 через присоединительный элемент 51 наполняется текучей средой и таким образом активируется. При вальцовке сила пружин находится в равновесии с силой текучей среды на опоре 3, Пружины че должны быть обязательно тарельчатыми или винтовыми. Могут быть использованы, например, стержневые пружины, расположенные в направлении движения на некотором расстоянии одна от другой и параллельно одна другой. Они могут смещаться по отношению одна к другой против иэгибаемого усилия. На фиг.7 показан наиболее упрощенный вариант инструмента. Зажимной вал и роликовая головка представляет собой один узел, так что относительное движение между двумя указанными частями является невозможным. Поскольку зажимные средства, в которых установлен такой инструмент, не допускаот соответствующего радиального перемещения общее возможное радиальное перемещение ролика 2 определяется его зазором 52. При прикосновении инструмента и обрабатываемой детали 11 ролик 2так позиционирован, что он прилегает к детали 11, однако, имеет зазор по отношениюк чаше 9 опоры и по отношению к удерживающим частям 23, При активации опоры 3ролик 2 прижимается к детали 11, Такимобразом создается вальцовочное усилие,На фиг,8 показан инструмент, почтисовпадающий с инструментом, показаннымна фиг.7, только присоединительный элемент 47 предусмотрен внизу на конце зажимного вала,На фиг,8 показан инструмент, где яснораспознается использование ролика 2.Вальцовочный ролик снова гидростатически направляется в роликовой головке 4.Роликовая головка 4 установлена с возможностью смещения в гнезде корпуса 1. Между роликовой головкой и корпусомрасположена возвратная пружина 53 в качестве натяжной пружины. Кроме того, роликовая головка содержит плунжер 14который установлен с возможностью смещения описанным образом в соответствующем отверстии корпуса 1 и содержитвнутренний присоединительный канал 54,который через дроссель 26 соединен с отверстием 55. Отверстие 55 может снабжаться рабочей средой черезпрйсоединительный элемент 56,Исполнение гидростатической опорывальцовочного ролика 2 следующее(см.фиг.10 - 12). Образуется чаша 9 опоры,имеющая форму 57, внутри которой создается давлением текучей среды и которая несет ролик 2, Перетекающая текучая средаотводится через разгрузочные каналы 58.При прикосновении ролика 2 к соответствующей поверхности обрабатываемой детали11 по контактной поверхности между деталью 11 и роликом 2 создается соответствующее вальцовочное усилие, котороеудерживается в равновесии по отношениюк давлению текучей среды. Если бы этогоравновесия не было, то поверхность ролика2 лежала бы на верхней кромке формы 57,Однако, в случае равновесия она на ней нележит, так что возникает небольшой зазор,из которого может выходить текучая среда,которая затем направляется дальше череззагрузочные каналы 58. Предпочтительно,если форма 57 чаши 9 опооы соответствуетформа контактной поверхности между роликом 2 и деталью 11,Для ограничения хода роликовой головки 4 она содержит сбоку паз 59, в которыйвходит резьбовой палец 60, перемещаю-,щийся в соответствующей резьбе корпуса,Однако, он ввинчивается лишь один раз так, 2004408 10510 15 20 30 40 45 50 55 что цапфа входит в паз 59, что делает возможным перемещение роликовой головки 4 на ход 61, который ограничивается верхним и нижэним упорами 62, в которые упирается цапфа.На фиг,13 представлена диаграмма с кривыми для ламинарного течения и турбулентного течения, в случае которой на оси ординат нанесено отношение входного давления к давлению в напорной камере для обеспечения гидростатической опоры вальцовочного ролика, а на оси абсцисс нанесено отношение дроссельных площадей.. Ниже объясняется ход процесса накатного полирования с помощью вальцовочного инструмента согласно фиг.3,Вальцовочный инструмент устанавливается с помощью корпуса 1 в держателе инструмента токарного станка, Обрабатываемая деталь 11 закрепляется в зажимном патроне токарного станка, и включается привод зажимного патрона, так что обрабатываемая деталь 11 приводится во вращение, Вальцовочный инструмент с помощью держателя инструмента так б, изко подво, ится . участку обрабатываемой детали, подлоашему накатному полированию, пока ва.ьцовочный олик 2 не оказываетсл удаленным от обр;. батываемой детали приблизительно на половину хода 61 роликовв. головки. Затем текучая среда гидростатической опоры под давлением Р 1 подается через присоединительный элемент 6 в камеру 28, проходит через дроссель 26 в канале 8 и создает здесь давление Рг. Текучая среда течет кдросселю 27, и опора 3 активируется. Одновременно с этим процессом роликовая головка под действием давления текучей среды перемещается к обрабатываемой детали 11 и цри соприкосновении с ней происходит прижатие ролика 2. Теперь опора 3 является активной, и вальцовочный ролик 2 вращается будучи приводимым во вращение детал ью 11. Может быть начата и родольная подача держателя инструмента, и обычным образом может производиться процесс вальцовки, Если подлежа ций вальцовке участок обрабатываемой детали имеет отклонения от цилиндрической формы, то роликовая головка 4 с вальцовым роликом 2 мокет следовать такому отклонению. Если подаваемое давление Р 1 становится меньше рабочего давления, то роликовая головка 4 относится возвратной пружиной 22 от обрабатываемой детали.На фиг,14 - 17 представлен простой инструмент, который по своей существенной конструкции соответствует описанному инструменту согласно фиг,7 и 8, Однако, в области гидростатической опоры исполнение инструмента согласно фиг.14 - 17 изменено, Это изменение впервые сделало возможным в случае гидростатических опор относительно большое движение хода вальцовочных роликов, которые тем самым оказываются способными избегать относительно большие неточности размеров обрабатываемой детали без того, чтобы это оказало достойное упоминание влияния на вальцовочное усилие. В принципе это объясняется тем, что дроссельный зазор для масла под давлением гидростатической опоры не изменяет движение хода вальцовочного ролика за исключением крайнего положения,Инструмент (см, фиг,14 - 17) имеет зажимной вал, который распола ает присоединительым элементом 51 для масла под давлением. Канал 63, соединенный с элементом 51 для масла под давлением и имеющий поперечное сечение 64 течения, проводит масло под давленйем в направляющую камеру 65, которая выполнена в виде цилиндра. В этом случае ролик 2 выполнен как шарик с диаметром такой величины, что ролик 2 входит в цилиндр лишь с оставлением дро:се,.ьного зазора 66 между поверхностью шарика и стенками 67 цилиндра, На проивопсложном каналу 63 конца цилиндр является открытым и имеет тем расширенную область 68, К этой расширенной области далее наружу примыкает суженная область 69, образованнаяаклонными поверхностями 70, так что суженная область 69 посредством образуюгцих м наклонных поверхностей 70 на удерживающей части 23 образует открь;тое наружу цоперечное сечение 71, которое меньше чем поперечное сечение 72 направляющей камерй 65. Внутри общей области расширения и сужения предусмотрены разгрузочные каналы 12,Исполнение такой роликовой головки делает возможным вполне значительное перемещение ролика 2 в направлении 73 движения хода на величину 74 свободы перемещеия,Нижнее полокение вальцовочого ролика 2 представлено средней осью 75. Это положение является таким, что ролик 2 как раз касается поверхности открытого наружу поперечного сечения 71. Теперь ролик 2, чтобы придти в надежное вальцовочное положение или чтобы быть в состоянии следовать неточностям размеров или неточностям формы подлежащей вальцовке обрабатываемой детали, может перемещаться наружу в положение средней оси 75 на величиу 74 без того, чтобы это вызвало изменение дроссельного зазора 66, Таким образом ролик 2 может перемещаться навполне значительное расстояние в радиальном направлении наружу без одновременного уменьшения вальцовочного усилия, Лишь когда имеет место превышение указанного положения, например, вследствие окончания вальцовочного процесса и ухода с поверхности обрабатываемой детали, происходит дальнейшее перемещение ролика 2 в наружном направлении, как это показано на фиг,16. В самом крайнем положении, как показано на фиг,16, вальцовочный ролик удерживается удерживающими частями 19, Однако, при этом между периферийной поверхностью ролика, с одной стороны, и внутренними поверхностями, которые примыкают к цилиндру в наружном направлении, образуется открытое кольцевое поперечное сечение 76, которое значительно больше, чем дроссельный зазор 66, так что там масло под давлением может входить в большем количестве и стекать через разгрузочные каналы 12, Вальцовочный ролик 2 удерживается в этом положении с относительно меньшим усилием до тех пор, пока он снова не подводится к поверхности, подлежащей вальцовке, и таким образом снова оттесняется до тех пор, пока не образуется дроссельный зазор 66 и не создается вальцовочное усилие.Возможное исполнение инструмента представлено на фиг.18 и 19, В этих инструментах используется конструкция гидростатической опоры роликовой головки, В данном случае также предусмотрена направляющая камера 65 с расположенным в ней вальцовочным роликом 2, которая многократно расположена через равные промежутки в цилиндрическом основан;и 77, При этом цилиндрическое основание может быть выполнено как полое тело, которое охватывает подлежащую обработке деталь, или по типу цилиндрической оправки, как это представлено на фиг.18 и 19, Направляющие камеры 65 с находящимся в них роликом 2 образованы в цилиндрическом основании и имеют радиальное направление, Все направляющие камеры 65 снабжаются рабочей средой через канал 78. Таким образом образуется роликовая головка, которая может охватывать обрабатываемую деталь или, как показано в варианте исполнения согласно фиг,18 и 19, может быть вставлена или введена в отверстие обрабатываемой детали для обработки поверхности отверстия, При этом нагружение давлением роликов 2 может произойти уже перед вводом инструмента в отверстие обрабатываемой детали, так что стенки отверстия обрабатываемой детали оттесняют вальцовочные ролики во время фазы ввода5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в направляющие камеры 65 настолько, что там устанавливаются давление рабочей среды, заданное количеством подаваемой рабочей среды или другими соответствующими мерами, и тем самым связанное с этим давлением вальцовочное усилие, При этом инструмент или обрабатываемая деталь, или как инструмент, так и обрабатываемая деталь могут ужет находиться во вращении, или вращательное движение указанных частей может начаться также лишь в момент соприкосновения роликов 2 с поверхностью обрабаты ваемой детали, Не следует опасаться недопустимого одностороннего смещения роликовой головки, потому что в таком случае вальцовочные ролики 2 входят в расширенную область 68 (см.фиг,16 и 17) так, что образующийся в таком случае зазор вызывает уменьшение вальцовочного усилия, вследствие чего роликовая головка немедленно снова отцентрируется в правильное положение,Роликовая головка может быть снабжена зажимным валом 24 так, как это описано в отношении других роликовых головок, и при этом может удерживаться с возможностью поворота вокруг оси 25 или с возможностью поворота посредством удерживающих элементов.Вальцовочный инструмент с гидростатически направляемым вальцовочным роликом имеет ряд преимуществ, Инструмент имеет малые размеры и благодаря этому как и любой другой инструмент для обработки резанием может быть вставлен в револьверную головку соответствующего обрабатывающего станка. Его можно ввести в контакт с обрабатываемой деталью при ее вращении, так что не является более необходимым требовавшееся до сих пор неподвижное состояние обрабатываемой детали для обеспечения контакта с инструментами для накатного полирования, Одновременно вальцовочные ролики имеют по сушеству более продолжительный срок службы чем ранее, так как отсутствует образование питтинга, происходившее ранее вследствие взаимодействия с требовавшимися до сих пор опорными роликами, Это преимущество еще более усиливается при применении вальцовочных роликов из керамических материалов.Метод обеспечения гидростатической опоры как таковой является известным и им хорошо владеют. Особое исполнение направляющих камер, которое было описано на примере фиг.14 - 17, значительно улучшает такую опору и дслает возможным большее движение хода или движениеотклонения вальцовочного ролика без до 2004408