Материал: Расширение технологических возможностей станков и станочных комплексов. Пачевский В.М., Яценко С.Н

4.1.3. Технологическое оснащение метода вибронакатывания

Для реализации этого метода используются универсальные металлорежущие станки, на которые монтируются виброголовки, конструкция которых зависит от требуемого микрорельефа, необходимых характеристик поверхности пластического деформирования, производительности и т.п. Наиболее распространены виброголовки к токарным станкам, реже - и фрезерным и сверлильным. Для обработки плоских поверхностей используются координатно-расточные станки, для направляющих большой протяженности - продольно-фрезерные и продольно-строгальные станки; виброобкатывание сферических поверхностей, червяков, червячных и зубчатых колес выполняется на токарных станках.

В связи с тем, что виброобкатывание является эффективным методом обработки, но реализующие его конструкции известны еще недостаточно, приводим наиболее перспективные конструкции устройств для нанесения регулярного микрорельефа /16/.

На рис. 17 представлена виброголовка для обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, монтируемая на плиту, установленную в суппорт токарного станка. Корпус головки сварной конструкции состоит из трех основных частей: втулки 10, угольника 24 и основания 22. Угольник служит для установки и закрепления головки. На основании корпуса установлен электродвигатель 23 типа АОЛ-22-4.

Вращение вала электродвигателя с помощью сменного эксцентрика 19 преобразовывается в возвратно-поступатель-ное движение штоком 9 с шариковой головкой (вместо шариковой головки может быть установлен алмазный или твердосплавной наконечник).

Шариковая головка состоит из рабочего шара 5, опирающегося на наружное кольцо шарикового подшипника 6, который вращается на оси 7, запрессованной и стопорящейся винтом 2 в корпусе 8 сепаратора-колпачка 4, удерживающего шар от выпадания. Резьбовое кольцо 3 фиксирует положение, которое должно обеспечить свободное вращение шара при минимальном зазоре между ним и стенками сепаратора-колпач-ка 4, удерживающего шар от выпадания. Резьбовое кольцо 3 фиксирует положение, которое должно обеспечить свободное вращение шара при минимальном зазоре между ним и стенками сепаратора. Своим хвостовиком шариковая головка устанавливается в отверстие штанги 9 и закрепляется винтом 1.

Рис. 17. Виброголовка к токарному станку

Штифтом 16 шток шарнирно соединен с втулкой 10. Наклон оси штока ограничен с одной стороны винтом 13 и с другой стороны - винтом 11, передающим усилие тарированной пружины 26 на шток. Втулка 10 при помощи оси 17 и регулируемой гайки 18 по длине тяги связана со сменным эксцентриком 19.

При вращении вала электродвигателя сидящая на шпонке 21 втулка 20, а вместе с ней и шток 9 с шариковой головкой совершают возвратно-поступательное движение параллельно оси вращения обрабатываемой заготовки с числом осцилляции, равным частоте вращения вала электродвигателя, и длиной хода, равной двойному эксцентриситету эксцентрика 19. Винт 13 предотвращает поворот втулки .10 в направляющих вкладышах 12 и 15, установленных во втулке 14 более поздней конструкции цилиндрическая направляющая заменена направляющей типа "ласточкин хвост".

Величина усилия давления шара на обрабатываемую поверхность определяется степенью предварительного сжатия тарированной пружины 26 и зависит от соотношения расстояний между осью шара, осью винта 11 и наконечника 25.

Резьбовая пробка 2 служит для предварительного сжатия пружины. Окончательная установка на необходимое для накатывания давление осуществляется дополнительным перемещением всего приспособления в направлении, перпендикулярном оси вращения заготовки. При этом шток 9 отходит от головки винта 11.

Представленное исполнение предназначено для виброобкатывания внутренних цилиндрических поверхностей диаметром более 50 мм на глубину до 125 мм. Для виброобкатывания наружных цилиндрических поверхностей меняют конструкцию штока 9. Он выполняется в виде короткого жесткого угольника. Недостатком указанной конструкции является относительно низкая жесткость, что не позволяет использовать данную конструкцию для виброобкатывания прерывистых поверхностей.

На рис. 18 представлена конструкция жесткой державки с элементами, обеспечивающими устойчивость при обработке прерывистых поверхностей. В корпусе державки помимо пружины установлен гидравлический демпфер, предохраняющий наконечник от резких ударов.

Рис. 18. Державка для обработки прерывистых поверхностей

На рис. 19 представлена конструкция многошариковой виброголовки, образующей на плоской поверхности систему синусоидальных канавок.

Корпус 5 жестко крепится к гильзе шпинделя вертикально-фрезерного или расточного станка при помощи хомута стяжным болтом б. Осцилляционное движение от шпинделя станка передается головке 2 с шариками через регулируемое эксцентриковое устройство 4 и тягу 3. Многошариковая державка (каждый шарик опирается на шарикоподшипник) упруго поджимается к обрабатываемой поверхности тарриро-ванной пружиной 1, предварительный натяг которой создается гайкой 7.

К современным изделиям предъявляются высокие требования по их долговечности и надежности. Это особо касается такого широкого технологического класса изделий, как зубчатые колеса. Существующие методы финишной обработки профиля зубьев зубчатых колес позволяют достигать хорошей шероховатости поверхности, но не обеспечивают высокой износостойкости. Все методы финишной обработки зубчатых колес, такие, как зубохонингование, притирка, шлифование выполняется на сложном специальном оборудовании дорогим инструментом, что под силу только крупным специализированным предприятиям. Технологические методы повышения долговечности (выглаживание и т.п.) предназначены, в основном, для обработки простой формы. Метод регулярного микрорельефа позволяет обеспечить требуемые эксплуатационные характеристики, при этом его технологические затраты несравненно ниже.

Рис. 19. Виброголовка для обработки плоских поверхностей с расположением выдавливаемых канавок по синусоиде

Виброобкатывание рабочих боковых поверхностей витка червяка проиизводится по схеме, показанной на рис. 20.

Деформирующему элементу 2 придается осцилляционное движение относительно обрабатываемой винтовой поверхности заготовки 1 в двух взаимно перпендикулярных направлениях по касательным плоскостям, проходящим под углом наклона и подъема. Варьируя скорость и амплитуду колебательных движений, можно изменять вид микрорельефа и значения его параметров. Основные характеристики вибро-головки; модуль обрабатываемых червяков 3-16 мм, частота, осцилляции радиального направления 150-600, тангенциального направления 1000-5000 осцилляций, амплитуда перемещения в радиальном направлении 1-30 мм, в тангенциальном - 3-5 мм, усилие вдавливания 39-147 Н, мощность приводного двигателя 0,27 кВт.

Рис. 20. Схема вибронакатывания червяка

Вибронакатывание рабочих поверхностей зуба зубчатых колес производится по схеме на рис. 21, инструментом, показанным на рис 21, б. На боковых поверхностях зубьев инструмента-колеса с помощью сепараторов закреплены в несколько рядов деформирующие элементы - шары, которые, вдавливаясь в боковые поверхности зуба обрабатываемого зубчатого колеса и совершая относительно него осцилляционное движение, образуют схемы синусоидально расположенных канавок (рис. 22).

Число рядов шаров и количество их в каждом ряду определяется модулем обрабатываемого зубчатого колеса, а также видом создаваемого микрорельефа и значениями его параметров, инструмент может быть выполнен в виде рейки. По такому же принципу обрабатываются и червячные колеса.

Рис. 21. Схема вибронакатывания зубчатого колеса (а),

инструмент (б)

Рис. 22. Виброобкатанное зубчатое колесо

В разд. 4.1 дано достаточно подробное описание использования регулярного макрорельефа для повышения долговечности и надежности изделий описаны виды регулярного микрорельефа, схемы его формообразоевния, оборудование и инструмент для реализации метода /16/. При непосредственном внедрении следует решать следующие задачи (в порядке постановки):

целесообразность применения данного метода по сравнению с классическими методами обработки;

характеристика регулярного микрорельефа в соответствии с условиями эксплуатации детали;

схема нанесения регулярного микрорельефа на рабочую поверхность;

оборудование и инструмент для реализации выбранной схемы;

оптимальные режимы обработки.

Для оптимального решения вышеперечисленных проблем необходим определенный опыт. Кафедра автоматизированного оборудования Воронежского государственного технического университета имеет некоторые наработки в этом направлении и может оказывать консультации при внедрении.

4.2. Использование поверхностно-пластических методов для финишной обработки

Регулярный микрорельеф, наносимый на рабочие поверхности детали, способствует повышению износостойкости контактирующих деталей машин и с успехом заменяет такой традиционный метод финишной обработки как шлифование. Наряду с этим методом есть еще одно нетрадиционное направление, обеспечивающее высокие качественно-точностные требования к рабочим поверхностям ответственных деталей машин. Это поверхностно-пластическое деформирование детали. В принципе многие методы нанесения регулярного микрорельефа тоже можно отнести к группе методов ППД. Основное различие этих направлений состоит в том, что при нанесении регулярного микрорельефа создается практически новый тип поверхностного слоя, а при рассмотренном направлении происходят изменения исходного поверхностного слоя без видимых коренных преобразований. Влияние ППД сводится к уменьшению микронеровностей и упрочнению поверхностного слоя. Однако и эти изменения оказывают существенное влияние на долговечность и надежность детали, повышая, например, износостойкость поверхностного, слоя в 2-3 раза.

Так же как и виброобкатывание, метод ППД реализуется на универсальных металлорежущих стайках, требуемая для его выполнения технологическая оснастка еще проще, чем при виброобкатывании /17/.

Исходя из схем обработки, поверхностно-пластическую деформацию можно выполнять инструментом непрерывного действия, ударного действия и пружинного типа.

4.2.1. Поверхностно-пластическая деформация

инструментом непрерывного действия

Процесс обкатывания инструментом непрерывного действия характеризуется постоянством контакта деформирующих роликов и обрабатываемой поверхности. Металл поверхностного слоя детали, находясь под воздействием обкатывающего ролика, находится в упруго-напряженном состоянии и течет из области максимального давления (зоны контакта) в область минимального давления, при этом происходит выравнивание шероховатости поверхности.

Инструмент непрерывного действия бывает сепараторного и бессепараторного типа. Бессепараторный инструмент выполнен по схеме простого обкатывания, его деформирующие элементы совершают вращательное движение только вокруг своей оси. Инструмент сепараторного типа может быть выполнен по схеме как простого, так и планетарного обкатывания, при котором деформирующие элементы под действием вращающейся детали или оправки совершают сложное движение -вращение вокруг собственной оси и планетарное движение вокруг оси детали. В зависимости от вида обрабатываемой поверхности, в конструкцию приспособления вводится упругий элемент, обеспечивающий в процессе обкатывания постоянное давление в контактной зоне (рис. 23).

В этом приспособлении, предназначенном для обкатывания наружных цилиндрических поверхностей, для создания нагрузки на ролик 4 используется тарированная винтовая пружина 2, расположенная в корпусе 1. Ролик устанавливается на радиальных шарикоподшипниках в державке 3. Усилие обкатывания настраивается пружиной и контролируется по ее посадке.

Рис. 23. Однороликовый инструмент для обкатывания

наружных цилиндрических поверхностей

Рычажная однороликовая конструкция Ижорского завода (рис. 24) предназначена для обработки плоских поверхностей.

Рис. 24. Однороликовый инструмент для обкатывания

плоских поверхностей

Винтовая пружина 1, воздействуя на рычаг 2, в котором на подшипниках скольжения установлен ролик 4, прижимает последний к обрабатываемой поверхности. Державка 3 оснастки закрепляется в суппорт продольно-строгального станка, но может быть адаптирована и к станкам фрезерной группы.