RU2336986C1 - Method of static-pulse mandrelling with fabricated mandrel - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: static load is applied to deforming tool in the form of mandrel along the processed surface. Fabricated mandrel is used made of coaxially installed parts: motionless part that is rigidly fixed on wave conductor and movable part that is installed on motionless part with the help of set of leaf springs under the condition of provision of its swinging and alternating movement in relation to longitudinal axis. Periodic pulse load is applied to mandrel by means of striker impact to the mentioned wave conductor. Tension is distributed equally between motionless and movable parts during surface processing.

EFFECT: technological resources are expanded.

6 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам калибрования, деформирующего прошивания и упрочнения металлических внутренних поверхностей отверстий деталей из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием со статико-импульсным нагружением деформирующего сборного инструмента.The invention relates to mechanical engineering technology, in particular to methods of calibration, deforming flashing and hardening of the metal inner surfaces of the openings of parts of steel and alloys by surface plastic deformation with static-pulse loading of a deforming assembly tool.

Известен способ дорнования отверстий, при котором по методу прошивания к деформирующему инструменту вдоль обрабатываемой поверхности с натягом прикладывают статическую нагрузку [1].There is a method of hole burning, in which, according to the stitching method, a static load is applied to the deforming tool along the work surface with interference fit [1].

Способ отличается ограниченными возможностями, низким КПД, большой энергоемкостью, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой внутренней поверхности.The method is characterized by limited capabilities, low efficiency, high energy intensity, insufficiently large depth of the hardened layer and insufficiently high degree of hardening of the treated inner surface.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа дорнования за счет применения статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом внутренних поверхностей отверстий путем использования инструмента сборной конструкции и устройства нагружения специальной формы.The objective of the invention is to expand the technological capabilities of the method of burnishing through the use of static-pulse treatment by surface plastic deformation, and also by controlling the depth of the hardened layer and the microrelief of the inner surfaces of the holes by using a prefabricated tool and a special form of loading device.

Поставленная задача решается предлагаемым способом дорнования, включающим приложение к деформирующему инструменту в виде дорна статической нагрузки вдоль обрабатываемой поверхности для обработки последней с натягом, при этом используют дорн, выполненный сборным, в виде соосно установленных частей: неподвижной части, жестко закрепленной на волноводе, и подвижной части, установленной на неподвижной части с помощью комплекта пластинчатых пружин из условия обеспечения ее возвратно-вращательного и возвратно-поступательного движения относительно продольной оси, прикладывают периодическую импульсную нагрузку к дорну путем воздействия бойка на упомянутый волновод, которые выполнены в виде стержней одинакового диаметра, при этом обеспечивают распределение натяга при обработке поверхности между неподвижной и подвижной частями поровну, а общую силу комплекта пластинчатых пружин Р_ПР, Н, принимают равной:The problem is solved by the proposed method of burnishing, including the application to the deforming tool in the form of a mandrel of a static load along the surface to be machined to tighten the latter, while using a mandrel made prefabricated in the form of coaxially mounted parts: a fixed part, rigidly fixed to the waveguide, and movable parts mounted on the fixed part using a set of leaf springs from the condition of ensuring its reciprocating and reciprocating movement from ositelno longitudinal axis, is applied a periodic impulse load to the mandrel by the action of the striker to said waveguide, which are in the form of rods of the same diameter, while providing the distribution of interference with the surface treatment between the fixed and movable portions equally, and the overall strength of the set of leaf springs P _OL, H take equal to:

(Р_СТ+Р_ИМ)>Р_ПР>Р_СТ,(P _ST + P _IM )> P _PR > P _ST ,

где Р_СТ - статическая нагрузка, Н;where R _ST - static load, N;

Р_ИМ - периодическая импульсная нагрузка, Н.R _IM - periodic pulsed load, N.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами.The essence of the proposed method is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена схема дорнования отверстия сборным деформирующим инструментом со статико-импульсным нагружением; на фиг.2 - сборный деформирующий инструмент - дорн под действием только статической нагрузки, пружины в расжатом состоянии; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сборный деформирующий инструмент - дорн под действием статической и импульсной нагрузки и сжатыми пружинами; на фиг.5 - вариант конструкции дорна с пакетом тарельчатых пружин, действует только статическая нагрузка, пружины в расжатом состоянии; на фиг.6 - вариант конструкции дорна с пакетом тарельчатых пружин, действует статическая и импульсная нагрузка, пружины в сжатом состоянии.Figure 1 presents a diagram of the burning of holes with a prefabricated deforming tool with static-pulse loading; figure 2 - prefabricated deforming tool - mandrel under the influence of only static loads, springs in the expanded state; figure 3 is a section aa in figure 2; figure 4 - prefabricated deforming tool - mandrel under the influence of static and pulsed loads and compressed springs; figure 5 - design of the mandrel with a package of Belleville springs, only a static load, springs in the expanded state; Fig.6 is a variant of the design of the mandrel with a package of Belleville springs, the static and pulsed load, the springs in a compressed state.

Предлагаемый способ служит для дорнования, т.е. калибрования отверстий, и является чистовой операцией для обработки отверстий деталей машин поверхностным пластическим деформированием. Эту операцию выполняют перемещением с натягом деформирующего инструмента - дорна 1 сборной конструкции, при этом к дорну прикладывают постоянную статическую и периодическую импульсную нагрузки вдоль обрабатываемой поверхности отверстия.The proposed method serves for burnishing, i.e. calibration of holes, and is a finishing operation for processing holes of machine parts by surface plastic deformation. This operation is performed by moving with an interference fit of a deforming tool - mandrel 1 of a prefabricated structure, while a constant static and periodic impulse load is applied to the mandrel along the machined surface of the hole.

Заготовку 2 устанавливают на плиту 3, закрепленную на столе станка, а дорн 1 вводят в обрабатываемое отверстие заготовки. Обработку начинают с включения продольной подачи S_пр, которая осуществляется благодаря постоянному действию на дорн 1 волновода 4, на который, в свою очередь, действует основная статическая нагрузка Р_СТ и дополнительная периодическая импульная нагрузка Р_ИМ. Последнюю осуществляют с помощью бойка 5, воздействующего на торец волновода 4, выполненные в виде стержней одинакового диаметра. В качестве механизма импульсного нагружения инструмента применяют гидравлический генератор импульсов (не показан) [2, 3].The workpiece 2 is installed on the plate 3, mounted on the table of the machine, and the mandrel 1 is introduced into the machined hole of the workpiece. Processing begins with the inclusion of a longitudinal feed S _ol , which is due to the constant action on the mandrel 1 of the waveguide 4, which, in turn, is affected by the main static load P _ST and an additional periodic pulsed load P _IM . The latter is carried out using the striker 5, acting on the end of the waveguide 4, made in the form of rods of the same diameter. A hydraulic pulse generator (not shown) is used as a mechanism for impulse loading of a tool [2, 3].

Статическое нагружение Р_СТ и продольная подача S_ПР волновода 4 и дорна 1 осуществляется с помощью гидроцилиндра статического нагружения 6, поршень 7 которого жестко связан штоком 8 с корпусом 9 гидравлического генератора импульсов. Волновод 4 установлен в корпусе 9 с возможностью продольного осевого перемещения и содержит лыску с размещенным в ней и в выточке корпуса 9 штифтом 10, который препятствует провороту волновода относительно продольной оси.Static loading P _CT and longitudinal supply S _{PR of the} waveguide 4 and mandrel 1 is carried out using a hydraulic loading cylinder 6, the piston 7 of which is rigidly connected by the rod 8 to the housing 9 of the hydraulic pulse generator. The waveguide 4 is installed in the housing 9 with the possibility of longitudinal axial movement and contains a flange with a pin 10 located in it and in the undercut of the housing 9, which prevents the waveguide from turning relative to the longitudinal axis.

Дорн 1 выполнен сборным и состоит из двух частей: жестко закрепленной на волноводе 4 части 11, неподвижной по отношению к волноводу, и подвижной части 12, которая соосно установлена на неподвижной части. Соосность двух частей дорна осуществлена с помощью центрирующего пальца 13, принадлежащего подвижной части, который входит в центральное отверстие по скользящей посадке неподвижной части дорна.The mandrel 1 is made prefabricated and consists of two parts: rigidly fixed to the waveguide 4 of the part 11, which is stationary relative to the waveguide, and the movable part 12, which is coaxially mounted on the fixed part. The alignment of the two parts of the mandrel is carried out using a centering finger 13 belonging to the movable part, which enters the Central hole along the sliding fit of the stationary part of the mandrel.

Подвижная часть 12 дорна с помощью пластинчатых пружин 14 соединена с неподвижной частью 11. Пластинчатые пружины 14 имеют Z-образную форму, благодаря которой реализуется возможность сообщать подвижной части возвратно-вращательное и возвратно-поступательное в продольном направлении движения относительно продольной оси. Пластинчатые пружины 14 изготовлены, например, из стальной холоднотянутой термообработанной ленты по ГОСТ 21996-76. Количество пластинчатых пружин 14 в комплекте (например, 3 шт, см. фиг.3) зависит от размеров дорна и обрабатываемого отверстия заготовки. Как вариант, пружины 14 могут быть исполнены в виде тарельчатых (взятых, например, по ГОСТ 3057-79), см. фиг.5-6. Однако тарельчатые пружины не позволяют реализовать и придать возвратно-вращательное движение подвижной части дорна.The movable part 12 of the mandrel with the help of leaf springs 14 is connected to the fixed part 11. The leaf springs 14 have a Z-shape, due to which it is possible to communicate the movable part reciprocating and reciprocating in the longitudinal direction of movement relative to the longitudinal axis. Leaf springs 14 are made, for example, of cold-drawn steel heat-treated tape according to GOST 21996-76. The number of leaf springs 14 in the kit (for example, 3 pieces, see figure 3) depends on the size of the mandrel and the workpiece’s hole to be machined. Alternatively, the springs 14 can be made in the form of disk-shaped (taken, for example, according to GOST 3057-79), see FIGS. 5-6. However, Belleville springs do not allow to realize and impart a reciprocating movement of the movable part of the mandrel.

В собранном виде радиальное биение деформирующих элементов не должно превышать 0,02...0,05 мм. Рабочая форма подвижной деформирующей части 12 представляет собой усеченный конус с углом 3...5°, а неподвижной части 11 - цилиндрическую поверхность, играющую роль калибрующей ленточки. Ширина цилиндрической поверхности подсчитывается по формуле: b=0,3d^0,6, где b - ширина цилиндрической поверхности неподвижной части 11 дорна, мм; d - диаметр обрабатываемого отверстия, мм.When assembled, the radial runout of the deforming elements should not exceed 0.02 ... 0.05 mm. The working form of the moving deforming part 12 is a truncated cone with an angle of 3 ... 5 °, and the fixed part 11 is a cylindrical surface, playing the role of a calibrating tape. The width of the cylindrical surface is calculated by the formula: b = 0.3d ^0.6 , where b is the width of the cylindrical surface of the stationary part 11 of the mandrel, mm; d is the diameter of the machined hole, mm

Предлагаемый способ, осуществляемый сборным дорном, позволяет общий натяг i распределить между частями дорна, например, поровну i=i_П++i_H или в любой другой пропорции, где i_П - натяг, приходящийся на подвижную часть дорна; i_Н - натяг, приходящийся на неподвижную часть дорна.The proposed method, carried out by a prefabricated mandrel, allows the overall interference i to be distributed between the parts of the mandrel, for example, equally i = i _P ++ i _H or in any other proportion, where i _P is the interference fit on the movable part of the mandrel; i _N is the interference fit on the fixed part of the mandrel.

Соотношение силы комплекта пружин Р_ПР и сил, действующих на дорн Р_СТ и Р_ИМ, должно удовлетворять неравенству:The ratio of the force of the set of springs R _PR and the forces acting on the mandrel R _ST and R _IM must satisfy the inequality:

(Р_СТ+Р_ИМ)>Р_ПР>Р_СТ (P _ST + P _IM )> P _PR > P _ST

где Р_ПР - общая сила комплекта пружин, Н;where R _PR - the total strength of the set of springs, N;

Р_СТ - статическая нагрузка, Н;P _ST - static load, N;

Р_ИМ - периодическая импульсная нагрузка, Н.R _IM - periodic pulsed load, N.

При обработке по предлагаемому способу обязательно применение смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС), предотвращающего схватывание деформирующих элементов с обрабатываемым металлом, что приводит к браку обработанных деталей и нередко к разрушению деформирующих элементов. Для деталей из углеродистых и низколегированных сталей, из цветных металлов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов) применяют сульфофрезол, МР-1, МР-2, эмульсии. Для деталей из высоколегированных, жаростойких и коррозионно-стойких сталей и сплавов применяют СОТС: АСМ-1, АСМ-4; АСМ-5, АСМ-6. При обработке деталей из закаленных сталей используют смазку АСФ-3. В предлагаемом способе помимо внешнего полива СОТС используют подачу изнутри, осуществляемую через центральный канал 15 волновода 4 и боковые отверстия 16 в подвижной части 12 дорна, кроме того, СОТС заполняет канавку между частями дорна.When processing according to the proposed method, it is necessary to use a lubricant-cooling technological tool (COTS), which prevents the setting of deforming elements with the metal being treated, which leads to the marriage of processed parts and often to the destruction of deforming elements. For parts of carbon and low alloy steels, of non-ferrous metals (bronze, brass, aluminum alloys), sulfofresol, MP-1, MP-2, emulsions are used. For parts made of high alloy, heat-resistant and corrosion-resistant steels and alloys, the following types of SOTS are used: ASM-1, ASM-4; ASM-5, ASM-6. When machining parts from hardened steels, ASF-3 grease is used. In the proposed method, in addition to external COTS irrigation, an inside feed is used, which is carried out through the central channel 15 of the waveguide 4 and side holes 16 in the movable part 12 of the mandrel, in addition, MOTS fills the groove between the parts of the mandrel.

Особенностью работы по предлагаемому способу со статико-импульсным нагружением сборного дорна является следующее:A feature of the work according to the proposed method with static-pulse loading of a prefabricated mandrel is the following:

- если на сборный дорн не действует импульсная нагрузка, а только статическая, то он работает как обычный, при этом пружина не сжата и части дорна максимально удалены друг от друга;- if the assembly mandrel is not affected by the impulse load, but only static, then it works as usual, while the spring is not compressed and the parts of the mandrel are maximally distant from each other;

- при суммарном действии статической и импульсной нагрузки на сборный дорн преодолевается сопротивление пружин и подвижная часть приблизится к неподвижной части и провернется относительно продольной оси, причем в таком состоянии дорна процесс дорнования будет продолжаться, пока действует импуьсная нагрузка;- with the combined action of a static and pulsed load on the prefabricated mandrel, the spring resistance is overcome and the movable part will approach the fixed part and will turn around the longitudinal axis, and in this state the mandrel will continue to burn until the impulse load acts;

- по прекращению действия импульсной нагрузки начинает работать комплект пружин, причем неподвижная часть остается на месте, а подвижная часть будет перемещаться в продольном направлении, удаляясь от неподвижной части.- upon termination of the pulse load, a set of springs starts to work, and the fixed part remains in place, and the moving part will move in the longitudinal direction, moving away from the fixed part.

Это позволяет увеличить время пластического деформирования при каждом ударе бойка, что положительно влияет на шероховатость обрабатываемой поверхности, глубину упрочненного слоя и степень упрочнения.This allows you to increase the time of plastic deformation at each impact of the striker, which positively affects the roughness of the treated surface, the depth of the hardened layer and the degree of hardening.

Дистанционное расположение частей дорна позволяет избежать напрессовки отслоившихся загрязнений в виде окалины, ржавчины и т.п. (например, при обработке необработанных горячекатанных труб).The remote location of the mandrel parts allows avoiding the pressing of exfoliated dirt in the form of scale, rust, etc. (e.g. when processing untreated hot rolled pipes).

Пример. Дорновали по предлагаемому способу заготовки гильз гидроцилиндров с толщиной стенки 5...20 мм, изготовленные из стали 45, на модернизированном вертикально-протяжном станке мод. 7Б65 с использованием специального гидравлического генератора импульсов (ГГИ) и сборного дорна. Модернизация касалась установки на станке гидроцилиндра, осуществляющего статическое нагружение инструмента силой до Р_СТ=40 кН. Наибольшее значение энергии ударов, развиваемые ГГИ, А=280 Дж (сила удара 260 кН, скорость удара 7,2 м/с), при частоте ударов f=5...15 Гц. Натяг инструмента составлял 0,5...1,5 мм, ширина деформирующей ленточки - 10...40 мм.Example. Dorn on the proposed method of blanking cylinder liners with a wall thickness of 5 ... 20 mm, made of steel 45, on a modernized vertical-broaching machine mod. 7B65 using a special hydraulic pulse generator (GGI) and prefabricated mandrel. The modernization concerned the installation of a hydraulic cylinder on the machine, which carries out static loading of the tool with a force of up to P _CT = 40 kN. The highest value of the impact energy developed by the GGI is A = 280 J (impact force 260 kN, impact velocity 7.2 m / s), with an impact frequency f = 5 ... 15 Hz. The tightness of the tool was 0.5 ... 1.5 mm, the width of the deforming tape was 10 ... 40 mm.

Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных поверхностей гильз уменьшился до значения Ra=0,5...0,065 мкм при исходном - Ra=5...6,5 мкм, производительность повысилась более чем в два раза, энергоемкость процесса составила 18 кВт, что в 2,2 раза меньше, чем при традиционном дорновании.The processing showed that the roughness parameter of the treated liner surfaces decreased to Ra = 0.5 ... 0.065 μm with the initial value Ra = 5 ... 6.5 μm, the productivity increased more than twice, the energy consumption of the process was 18 kW, which is 2.2 times less than with traditional burnishing.

Также установлено, что с увеличением диаметра инструмента происходит уменьшение удельного давления на нагружаемую поверхность, а это приводит к улучшению условий прохождения инструмента через обрабатываемое отверстие. Увеличение удельного давления снижает шероховатость, при этом поверхность приобретает профиль с периодически повторяющимся шагом, что положительно сказывается на работоспособности упрочненных таким образом заготовок.It was also established that with an increase in the diameter of the tool, the specific pressure on the loaded surface decreases, and this leads to an improvement in the conditions for the tool to pass through the hole to be machined. The increase in specific pressure reduces roughness, while the surface acquires a profile with periodically repeating steps, which positively affects the performance of workpieces hardened in this way.

Предлагаемый способ расширяет технологические возможности процесса дорнования за счет применения статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием, а также за счет управления глубиной упрочненного слоя и микрорельефом внутренних поверхностей отверстий путем использования сборного дорна и устройства нагружения специальной формы.The proposed method extends the technological capabilities of the burning process through the use of static-pulse processing by surface plastic deformation, as well as by controlling the depth of the hardened layer and the microrelief of the inner surfaces of the holes by using a prefabricated mandrel and a special form of loading device.

Источники информацииInformation sources

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова.- 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.397, рис.16, б; С.402, рис.23.1. Reference technologist-machine builder. In 2 vols. T.2 / Ed. A.G. Kosilova and R.K. Meshcheryakova. - 4th ed. reslave. and add. - M .: Mechanical Engineering, 1986. P.397, Fig. 16, b; S.402, Fig. 23.

2. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.2. Kirichek A.V., Lazutkin A.G., Soloviev D.L. Static-pulse processing and equipment for its implementation // STIN, 1999, No. 6. - S.20-24.

3. Патент РФ №2090342, МПК⁶ В24В 39/04. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей ППД. 95122309/02. 21.12.95. 20.09.97. Бюл. №26.3. RF patent No. 2090342, IPC ⁶ V24V 39/04. Lazutkin A.G., Kirichek A.V., Soloviev D.L. Water hammer device for processing PPD parts. 95122309/02. 12/21/95. 09/20/97. Bull. No. 26.

Claims (1)

Способ дорнования, включающий приложение к деформирующему инструменту в виде дорна статической нагрузки вдоль обрабатываемой поверхности для обработки последней с натягом, отличающийся тем, что используют дорн, выполненный сборным, в виде соосно установленных неподвижной части, жестко закрепленной на волноводе, и подвижной части, установленной на неподвижной части с помощью комплекта пластинчатых пружин из условия обеспечения ее возвратно-вращательного и возвратно-поступательного движения относительно продольной оси, прикладывают периодическую импульсную нагрузку к дорну путем воздействия бойка на упомянутый волновод, которые выполнены в виде стержней одинакового диаметра, при этом обеспечивают распределение натяга при обработке поверхности между неподвижной и подвижной частями поровну, а общую силу комплекта пластинчатых пружин Р_ПР (Н) принимают равной:A mandrel method, including applying to the deforming tool in the form of a mandrel a static load along the surface to be machined to tighten the latter, characterized in that the mandrel is used, which is prefabricated, in the form of a coaxially mounted stationary part rigidly fixed to the waveguide and a movable part mounted on the fixed part using a set of leaf springs from the condition of providing its reciprocating and reciprocating motion relative to the longitudinal axis, apply periodic impulse load to the mandrel by impacting the striker on the mentioned waveguide, which are made in the form of rods of the same diameter, while ensuring the distribution of interference when processing the surface between the stationary and moving parts equally, and the total force of the set of leaf springs P _PR (N) is equal to: (Р_СТ+Р_ИМ)>Р_ПР>Р_СТ,(P _ST + P _IM )> P _PR > P _ST , где Р_СТ - статическая нагрузка, Н;where R _ST - static load, N; Р_ИМ - периодическая импульсная нагрузка, Н.R _IM - periodic pulsed load, N.

Images