Способ вибрационного упрочнения деталей типа тел вращения

(56) Авторское сМ 831581, кл. В М. Кук,льная сыва- прочовых афик батыпного у за- ьюи ции способа соного посредстсновании 2в котором своГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ л. В 41политехнический институткомсомола, Каменск-Уральаводн, М,П.Плунский, А,и В.А,Щигельвидетельство СССР24 В 31/067, 1978.(54) СПОСОБ ВИБРАЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для упрочнения поверхностей деталей формы тел вращения со сложным профилем образующей. Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем обеспечения обработки поверхностей детаИзобретение относится к области машиностроения и предназначено для упрочнения поверхностей деталей формы тел вращения со сложным профилем образующей,Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем обеспечения обработки поверхностей деталей сложного профиля с большим перепадом диаметров на малой длине.На фиг, 1 представлена принципиальная схема устройства для реализации описываемого способа при упрочнении наружной поверхности; на фиг, 2 - сечение лей сложного профиля с большим перепадом диаметров на малой длине. Способ включает сообщение детали обкатки по поверхности колеблющегося корпуса по обрабатывающим стальным закаленным шарикам, предварительно загруженным вместе с деталью в контейнер. Диаметр внутренней цилиндрической поверхности корпуса выбирают большим максимального диаметра обрабатываемой детали на 4 - 5 диаметров обрабатывающих шариков плюс две амплитуды колебаний корпуса. Обьем загружаемых обрабатывающих шариков составляет 0,7-0,8 объема свободного пространства между деталью и корпусом, При одновременном упрочнении наружных, внутренних и торцовых поверхностей деталей длину корпуса выбирают большей длины детали на шесть диаметров обрабатывающих шариков. 1 з,п. ф-лы, 4 ил,А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - принципиа схема устройства для реализации опи емого способа при одновременном у нении наружных, внутренних и торц поверхностей детали и на фиг, 4 - гр зависимости частоты вращения обра ваемой детали от соотношенИя насы обьема обрабатывающих тел к объем полняемого пространства между детал корпусом,Устройство для реализастоит из упруго установленвом пружин 1 на оцилиндрического корпуса 3, 17736935 10 15 бш - диаметр обрабатывающего шари ка; бодно размещены обрабатываемая деталь 4 и обрабатывающие тела 5(фиг. 1), Твердость обрабатывающих тел, а именно, стальных закаленных шариков, превышает твердость материала обрабатываемой детали 4, Корпус 3 оснащен крышкой 6, образующей совместно с ним замкнутую цилиндрическую поверхность, и торцовыми стенками 7, к которым присоединены вибровоэбудители 8, для сообщения контейнеру круговых колебаний в плоскости, перпендикулярной его оси. Внутренняя поверхность корпуса 3 для уменьшения износа и звукоизоляции футе- рована резиной или полиуретаном 9. Диаметр внутренней цилиндрической поверхности корпуса 3 выполнен равнымО к=Од г (4-5)бш+2 А, (1) где Ок - диаметр полости корпуса;Ол - диаметр детали;. А - амплитуда колебаний корпуса.Рабочая длина корпуса 3 на (0,25 - 0,50)с 1 щ превышает длину обрабатываемой детали 4.Упрочнение деталей согласно описываемому способу осуществляют следующим образом, При отключенном питании вибровозбудителей 8 и открытой крышке 6 в корпусе 3 свободно устанавливают подлежащую обработке деталь 4 (фиг, 1), такий образом, что ее геометрическая ось параллельна оси корпуса 3, Пространство между деталью 4 и внутренней поверхностью корпуса 3 на 0,7-0,8 его объема заполняют обрабатывающими ша-икагли 5, Закрывают крышку 6 и запуска, вибровозбудителей 8 сообщают корпусу 3 круговые колебания в плоскости, перпендикулярной его геометрической оси с амплитудой А, удовлетворяющей соотношение (1) и требуемой частотой, Под действием колебаний корпуса расположенная внутри него деталь 4, благодаря эффекту вибрациоиного поддержания вращения, вовлекается в обкатку, Обкатка обрабатываемой детали 4 происходит по поверхности, эквидистачтной ее наружной поверхности, по слою толщиной в несколько обрабатывающих шариков с частотой, равной частоте колебаний корпуса (фиг. 2). За каждый период колебаний корпуса 3 обрабатываемая деталь 4 осуществляет одно движение обкатки по слою обрабатывающих шариков 5 по внутренней поверхности корпуса 3, провернувшись при этом на некоторый угол вокруг своей геометрической оси, Провороты обрабатываемой детали 4 за каждый из периодов колебаний корпуса 3 суммируются в направленное вращение детали 4 при ее об 25 30 35 40 50 55 катке в направлении, противоположном направлению колебаний корпуса 3, На фиг, 2 направление вращения обрабатываемой детали 4 и колебаний корпуса 3 обозначены стрелками. При обкатке обрабатываемая деталь 4, воздействуя на обрабатывающие шарики 5 центробежной силой, прижимает их своей наружной поверхностью к внутренней поверхности корпуса 3. Между деталью и корпусом образуется слой обрабатывающих шариков, толщина которого по длине образующей изменяется в соответствии с формой детали, Слой обрабатывающих шариков образует поверхность, эквидистантную наружной обрабатываемой поверхности детали при соосном ее расположении с корпусом, по которой и происходит обкатка детали. Эксцентриситет детали 4, т.е. разница радиусов поверхности обкатки, образованной слоем обрабатывающих шариков, и наружной поверхности обрабатываемой детали, в каждом произвольном поперечном сечении корпуса постоянен, При обкатке в каждый момент времени деталь 4 контактирует с корпусом 3 через определенное количество обрабатывающих шариков 5, расположенных вдоль образующей ее наружной поверхности. По мере перемещения детали 4 при ее обкатке она входит в ударный контакт с очередной группой размещенных вдоль образующей нарукной поверхности детали группой обрабатывающих шариков 5, Соударяющиглися телами при этом являются сама деталь с одной стороны и корпус 3 - с другой. Развиваемое обкатывагощейся деталью 4 усилие деформирования равно центробежной силе и прямо пропорционально массе детали, ее эксцентриситсту и квадрату круговой частоты колебаний корпуса 3, Б местах контакта с обрабатывающими шаоиками 5 материал детали 4 в поверхностном его слое пластически деформируется, упрочняется. Вращение детали 4 при ее обкатке вокруг своей геометрической оси способствует равномерному покрытию следами соударений всей обрабатываемой наружной поверхности детали, т,е, равномерному ее упрочнению. При объемах загрузки обрабатывагсщих шариков, выходящих за пределы 0,70,8, нарушаются условия существования устойчивого режима обкатки обрабатываемой детали по слою обрабатывающих шариков, При отсутствии обкатки величина сообщаемой поверхности детали энергии деформирования ограничивается массой единичного обрабатывающего шарика, что существенно меньше энергии деформирования, развиваемой при обкатке массивной детали, В результате снижается определяе 1773693мая энергией деформирования толщина упрочненного слоя на обработанных поверхностях детали 4, По завершению обработки останавливают вибровоэбудители 8, открывают крышку корпуса 6 и извлекают обработанную деталь 4. На ее место устанавливают в корпус 3 очередную подлежащую упрочнению деталь 4 и цикл обработки повторяют в описанном выше порядке.При технологической необходимости одновременного упрочнения наружных, внутренних и торцовых поверхностей детали 4 рабочую длину корпуса 3 принимают большей длины детали на шесть диаметров обрабатывающих шариков 5 (фиг. 3), Свободное пространство, образованное внутренней поверхностью контейнера и всей поверхностью детали на 0,7.0,8 обьема заполняют обрабатывающими шариками 5, Обработку детали 4 осуществляют аналогично описанному выше процессу. При этом при сообщении корпусу 3 колебаний часть обрабатывающих шариков 5 движущейся деталью 4 вытесняется через зазоры между торцами карлуса 3 и детали 4 во внутреннюю полость обрабатываемой детали 4. Их соударением с внутренними и торцовыми поверхностями детали 4 при обкатке детали 4 наружной поверхностью по слою обрабатывающих шариков 5 и обеспечивается улрочнение поверхностей внутри детали 4, Величину суммарного зазора между торцовыми поверхностями детали 4 и корпуса 3, равную шести диаметрам обрабатывающих шариков, выбирают из следующих соображений. При величине суммарного зазора, меньшей шести диаметров обрабатывающих шариков 5, на торцовых поверхностях обрабатываемой детали 4 лри ее улрочнении наблюдались забои и вмятины, приводящие к браку. Забои и вмятины исчезают при обработке детали с величиной суммарного зазора, равной или превышающей шесть диаметров обрабатывающих шариков 5. Однако в последнем случае увеличиваются габариты, материало- и энергоемкость устройства для реализации описываемого способа, В связи с этим рекомендуемая величина суммарного зазора равна шести диаметрам обрабатывающих шариков 5,Согласно предложенному способу осуществляли упрочняющую обработку партии дисков колес легкового автомобиля "Жигули", изготовленных методом литья из алюминиевого сплава АЛ. Максимальный диаметр диска в ребордной части равен 365 мм, диаметр обода 330 мм, высота его 157 мм. В цилиндрическом контейнере с диаметром внутренней поверхности 410 мм и 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 длиной 160 мм производили обработку наружных поверхностей дисков. Наблюдения эа перемещениями диска внутри контейнера осуществляли через встроенные в торцовые стенки контейнера окна в стробоскопическом свете, В качестве обрабатывающих тел использовали стальные закаленные шарики диаметром 8 мм. Амплитуда сообщаемых контейнеру круговых колебаний, перпендикулярных к геометрической оси контейнера, составляла 3 мм при частоте колебаний 24 Гц. На первом из партии дисков исследовали влияние соотношения насыпного объема загрузки Чн обрабатывающих шариков к объему Ч пространства контейнера между его внутренней поверхностью и наружной поверхностью детали, на частоту вращения обрабатываемого диска. Исследования проводили следующим образом. Устанавливали в контейнер диск и свободное пространство междуним и контейнером полностьюэаполняли обрабатывающими шариками. Сообщали контейнеру колебания и фиксировали частоту вращения и характер перемещений обрабатываемого дис;а, Затем останавливали вибровоэбудители, удаляли из контейнера часть обрабатывающих шариков в объеме 0,05 Ч и вновь сообщали контейнеру колебания и фиксировали частоту вращения и характер перемещений диска. Порционное извлечение шариков производили из полностью заполненного пространстваЧн между контейнером и деталью ( =1) доЧ полного удаления шариков из контейнера Чн(=О). Результаты исследований представЧлены на фиг, 4 в виде графика, где по осиЧн абсцисс отложено соотношение - , поЧоси ординат - частота вращения диска лри его обработке, В диапазоне от полнойЧнзагрузки контейнера(=1) до соотношенияЧЧн- 0,8 наблюдалось медленное проворачивание диска вокруг своей оси в направлении, совпадающем с направлением колебаний контейнера, с частотой 2 - 3 обоЧнроа в минуту. При - 0,8 зафиксирована обкатка диска по слою обрабатывающих шариков и его вращение в направлении противоположном направлению колебаний с частотой 12-13 об/мин. В диапазоне от Чн Чн=0,8 до =0,7 зафиксировано наличие ЧЧобкатки диска по слою шариков с частотойего вращения п=12-18 оборотов в минуту, причем наибольшая частота вращения - 18 об/мин зафиксирована при =0,75, ПриЧн=0,7 обкатка исчезла, изменилось наЧнправление вращения диска, а его частота составила 5 - 6 об/мин. Уменьцение количеЧнства шариков в контейнере с =0,7 до Чн=0,5 не приводило к появлению обкатки, Наблюдалось вращение диска в направлении, совпадающем с направлением колебаний контейнера, с частотой вращения 5 - б оборотов в минуту, При дальнейшем уменьшении количества шариков в контейнере ( Чн г- 0,5) диск хаотически перемещается в контейнере с ударами о его внутреннюю поверхность, резкими проворотами то в одну, то в другую сторону, Направленное его вращение отсутствует. В каждом из диапазонов произведена упрочияющая обработка дисков, иа протяжении 10 минут, Из различных участков упрочненных наружных поверхностей дисков вырезали образцы материала, иа шлифах которых после их рекристаллизационнаго аткига и травления в растворе Каллера определяли пад микроскопом при 120-кратном увеличении толгцииу упрачнениого слоя, В первом длапаэанеЧн1 - 0,8 на наружной поверхности диска толщина упрачненнога слоя находится в пределах 0,20-0,25 мм при выса, й равномерности обработки. Ва втором диапазоне 0,80,7 сохраняется высокая равномерность упрочнения наружных и внутренних поверхностей при толщине упрочненнаго слоя 0,6-0,65 мм. В диапазаНие 0,7 - 0,5 обеспечивается толшина упрочненного слоя 0,2 мм, причем обнаружены участки с неравномерной обработкой и отдельными забоинами, Обработка дискаЧнв диапазоне -0,5 в результате хаотичного перемещения диска внутри контейера, сопровождаощегося ударами о внутреннюа поверхность ка 4 тей 4 ера, привела к образованию на ребарднай части диска множества эабоин и вмятин, в связи с чем диск пришел в негодность.В цилиндрическом контейнере с диаметром внутренней поверхности 410 мм и длиной 205 мм, и при режимах, аналогичных укаэанным выше, производили исследова 5 10 ние процесса совместного упрочнения наружных, внутренних и торцовых поверхностей дисков и их обработку в разных диапазонах объемов. При этом обьемам Чзаполняемого пространства являлся внутренний обьем контейнера за вычетам обьема диска. Экспериментальное изучение влияния соотношения обьемов - иа скаЧ рость вращения диска в рассматриваемом случае привело к тем ке результатам, что и обработки ие обнаружено. Из результатов эксперимента следует, что оптимальным, с точки зрения обеспечения толщины упрачиениого слоя и равномерности упрочнения как при обработке наружных, так и при совместной обработке наружных, внутренних и торцовых поверхностей, является диапазон соотношения абьема шариков к абьему свободного пространства 0,8- " )0,7.ЧБ сравнении с прототипом предлокеиный способ позволяет обеспечить упрочнение наружных и торцовых поверхностей деталей формы тел вращения сложного профиля с большим перепадом диаметров на малой длине. Обеспечиваемая описанным способом высокая равномерность упрачнения при большой толщине упрочненнога 45 50 гг в предыдущем случае (фиг, 4), Исследование и обработку партии дисков проводили аналогично описанной выше обработке наружной 15 поверхности дисков. После определениятолщины упрочиеннаго слал оказалась, чтаЧ 4в первом диапазоне 1 . 0,8 как на внутЧренних, так и на наружных и торцовых по верхиастях диска толщина упрачиеннагослоя находится в пределах 0,20 - 0,25 мм при равномерной обработке. Во втором диапазоне 0,8- 0,7 сохраняется равиамер ность упрочиения поверхностей притолщине упрочненного слоя 0,6 - 0,65 мм. В диапазоне 0,7- , )0,5 на наружных и внутренних поверхностях обеспечивается 30 толщина упрачненнога слоя 0,2 мм на торцовых 0,1 - 0,15 мм, причем обнаружены участки с неравномерной обработай и отдел ь ными забои на ми на диске, О брабатЧн35 ка диска в диапазоне - , 0,5 в результатехаотичного перемещения диска внутри контейнера, сопровождающегося ударами а внутреннюо и торцовуо поверхности контейнера, привела к образованию на ребар. дной части диска и торцах забаии и вмятин.На внутренней поверхности диска следовслоя позволит увеличить долговечность обработанных деталей, в особенности подверженных в п роцессе эксплуатации знакопеременным циклическим нагружениям, например, барабанов и реборд авиаци онных колес, автомобильных дисков и т,п.Формула изобретения1. Способ вибрационного упрочнения деталей типа тел вращения, при котором обрабатываемую деталь обкатывают в поло сти заполненного стальными шариками корпуса в режиме вибрационного поддер жания вращения, при этом размеры полости определяют в зависимости от размеров обрабатываемой детали, диаметра обрабаты вающих шариков и амплитуды колебаний корпуса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обеспечения обработки20 поверхностей деталей сложного профиля с большим перепадом диаметров на малой ,цлине, форму полости корпуса выбирают цилиндрической с диаметром Ок, определяемым по формулеОК=Одмакс+(4 5)бш+2 А,где О- максимальный диаметр обрабатываемой детали;бш - диаметр обрабатывающего шарика;А - амплитуда колебаний корпуса, а насыпной объем стальных закаленных шариков берут равным 0,7-0,8 объема заполняемого шариками пространства между корпусом и деталью.2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи й с я тем, что длину полости корпуса выбирают большей длины детали на шесть диаметров обрабатывающих шариков..ЮР Составитель В.ЩигельТехред М.Моргентал Корректор Л.Филь Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3896 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5