Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАСКАТЫВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ШАРОВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Изобретение относится к отделочно-упрочняющей обработке деталей методами поверхностного пластического деформирования (ППД), в частности к раскатыванию отверстий в деталях, валов, втулок и пр., и может быть использовано в авиадвигателестроении, турбостроении, судостроении, автомобилестроении и других областях техники при изготовлении и ремонте цилиндрических полых деталей и деталей с отверстиями.

Под раскатыванием понимается качение инструмента (шара) по внутренней обрабатываемой поверхности [Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, с.13].

Известен способ раскатывания деталей шаровым инструментом, включающий внедрение деформирующего элемента в обрабатываемую поверхность с контактным давлением Р_к, обеспечивающим необходимую глубину внедрения, и его перемещение по обрабатываемой поверхности, при этом величину нормальной силы Р_н определяют по формуле

где

Р_к - контактное давление;

R - радиус деформирующего инструмента;

α - угол вдавливания, зависящий от свойств материала, размеров детали и инструмента (см. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 14, 15, 147 с.).

Известно, что от правильно заданного контактного давления Р_к зависят эксплуатационные свойства; неудачный выбор данного параметра может вызвать частичное разрушение поверхности (отслаивание) и понизить долговечность детали (изделия) в целом (см. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 14, 15 с.).

Величину контактного давления Р_к, входящую в формулу (1), для каждого конкретного изделия определяют экспериментальным путем, используя несколько партий опытных образцов, несмотря на это величина контактного давления Р_к является приблизительной, что снижает качество поверхностного слоя и, как следствие, отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах детали (изделия) в целом.

Технический результат заявленного изобретения - повышение эксплуатационных свойств путем повышения качества поверхностного слоя детали.

Под качеством поверхностного слоя понимают шероховатость, глубину и степень наклепа, характер и величину остаточных напряжений (см. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978, 144 с.).

Указанный результат достигается тем, что в способе раскатывания деталей шаровым инструментом, включающем внедрение деформирующего элемента в обрабатываемую поверхность с контактным давлением Р_к, обеспечивающим необходимую глубину внедрения, и его перемещение по обрабатываемой поверхности, согласно изобретению, величину контактного давления Р_к определяют по формуле

где

σ_s - предел текучести;

D - диаметр шара;

h_у - упругая деформация;

h_п - пластическая деформация.

Данная формула учитывает физико-механические свойства материала деталей и параметры обработки, что позволяет ее использовать для каждого конкретного случая, исключая при этом проведение эксперимента.

На чертеже изображена схема внедрения деформирующего элемента в виде шара в поверхность детали.

На чертеже обозначены: шар 1, обрабатываемая деталь - вал 2, d_отп. - диаметр отпечатка, h_у - величина упругой деформации; h_п - величина пластической деформации.

Реализация способа рассмотрена на примере раскатки внутреннего диаметра вала компрессора авиационного газотурбинного двигателя при необходимой глубине деформированного слоя δ_н=1 мм из материала ЭИ961Ш.

В качестве шарового инструмента выбирают упругий одношаровой раскатник. Устройство для раскатывания (раскатник) и способ его работы стандартны (см., например, Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, с.57). В зависимости от заданной глубины деформированного слоя выбирают размер деформирующего устройства - шар с диметром D, равным 15 мм, назначают режим обработки, рассчитывают контактное давление Р_к по формуле (2) и в зависимости от величины контактного давления Р_к определяют величину нормальной силы.

Величину контактного давления Р_к рассчитывают следующим образом.

По известной формуле

где

δ_н - заданная глубина деформированного слоя;

d_отп. - диаметр отпечатка.

(Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, с.18) определяют диаметр отпечатка:

d_отп.=δ_н:1,5=1,0:1,5=0,666≈0,7 мм

По известным формулам определяют:

величину упругой деформации h_y

где

D - диаметр шара;

σ_s - предел текучести; в конкретном примере σ_s=85 кГс/мм²E - модуль упругости;

в конкретном примере Е=20000 кГс/мм²

h_у=2,4(D:2)(2σ_s:E)²=2,4×(15:2)×(2×85:20000)²=0,0013 мм=1,3 мкм

- величину пластической деформации h_п

где

r_отп. - радиус отпечатка;

D - диаметр шара.

h_п=(r_отп.)²:D=(0,35)²:15=0,008 мм=8,0 мкм

Вычисляют по формуле (2) величину контактного давления:

Р_к=9σ_sD (h_y+h_п)=9×85×15(0,0013+0,008)-106 кГс

По величине контактного давления либо рассчитывают величину нормальной силы Р_н, либо данную величину определяют по табличным данным.

Далее осуществляют операцию раскатывания.

Деталь 2 (вал) закрепляют в шпинделе горизонтального токарного станка и придают ей вращательное движение. С помощью вспомогательных элементов раскатника (шток, пружина, передаточные шарики, поворотная гайка) и деформирующего устройства - шара 1 (изготовленного, например, из подшипниковых сталей ШХ15, ШХ20СТ и др.) устанавливают величину нормальной силы Р_н в соответствии с расчетной величиной контактного давления Р_к. Затем раскатник с шаром 1 подводят к вращающейся детали 2, шар 1 внедряют в обрабатываемую поверхность детали 2 (вала) на глубину внедрения Н=0,009 мм для обеспечения требуемой глубины деформированного слоя δ_н=1 мм и осуществляют продольное перемещение шара по обрабатываемой поверхности. При этом, при перемещении деформирующего элемента - шара - по обрабатываемой поверхности контролируют величину нормальной силы в пределах Р_н±5% (Р_н плюс или минус 5%), не допуская выхода за этот предел с помощью изменения.

В противном случае невозможно обеспечить должного качества обрабатываемой поверхности.

По окончании процесса раскатывания раскатник отводят в исходное положение, а деталь снимают со станка.