Устройство для нанесения и упрочнения покрытий на винтовых поверхностях металлических заготовок

Устройство для нанесения и упрочнения покрытий на винтовых поверхностях металлических заготовок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК, В корпусе которого установлена сменная гайка с окном, через которое ударные тела поступают на обрабатываемую поверхность заготовки, о тличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки, в него дополнительно введены две гайки, установленные по ходу движения обрабатываемой поверхности перед сменной гайкой соосно с ней, при этом первая по ходу движения гайка из антифрикционного материала выполнена с переменным шагом винтовой поверхности так, что между боковыми .частями винтовой поверхности гайки и обрабатываемой поверхностью образован зазор для подачи материала покрытия, сужающийся в направлении ко второй по ходу движения гайке, причем в зоне наибольшего зазора в первой гайке выполнено окно для подачи материала покрытия, вторая гай- Ш ка выполнена из упругого антифрикци (Л онного материала и имеет профиль вин товой поверхности, плотно контактирус с обрабатываемым профилем.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (П) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВЪб

ЬЕм °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3520917/25-08 (22) 08. 12. 82 (46) 23. 06. 84. Бюл. Р 23 (72) В.О.Курганович, Н.Н.Смаглюк и A. В.Телевной (71) Омский политехнический институт (53) 621. 9.047(088. 8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 608564, кл. В 06 В 3/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 889722, кл. С 21 D 7/06, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ

И УПРОЧНЕНИЯ ПОКРЫТИЙ HA ВИНТОВЫХ

ПОВЕРХНОСТЯХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК в корпусе которого установлена сменная гайка с окном, через которое ударные тела поступают на обрабатываемую поверхность заготовки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с

ЗОВ С 21 Э 7/06// В 24 В 1/04 целью повышения качества обработки, в него дополнительно введены две гайки, установленные по ходу движения обрабатываемой поверхности перед сменной гайкой соосно с ней, при зтом первая по ходу движения гайка из антифрикционного материала выполнена с переменным шагом винтовой поверхности так, что между боковыми .частями винтовой поверхности гайки и обрабатываемой поверхностью образован зазор для подачи материала покрытия, сужающийся в направлении ко второй по ходу движения гайке, причем в зоне наибольшего зазора в первой гайке выполнено окно для подачи материала покрытия, вторая гайка выполнена из упругого антифрикционного материала и имеет профиль вин товой поверхности, плотно контактиру

Ющей с обрабатываемым профилем.

1098963

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологическо му оснащению процесса изготовления металлических деталей машин с упрочненным поверхностным слоем, и может быть использовано во всех отраслях, где требуется изготовление равнопрочных деталей с поверхностями равной износостойкости: ходовых винтов, зубчатых и червячных передач и т.д.

Известно устройство для упрочнения плоских поверхностей деталей, содержащее излучатель ультразвуковых колебаний, соединенный с волноводом в виде тонкостенного металлического цилиндра, цилиндрическую рабочую ка- 15 меру, расположенную соосно с волноводом и соединенную с ним через кольцевой фланец, внутри камеры размещены инструменты в виде шариков, а сверху камера закрыта приспособлением, на котором закрепляют обрабатываемую заготовку (1) .

Однако даннок устройство не обеспечиваетт качестве н ной обраб отки наружных сложнопрофильных поверхностей метал- g5 лических деталей типа резьбовых и червячных.

Известно устройство для пневмодинамического упрочнения наружных реэьбовых поверхностей, содержащее ЗО сменную гайку с окнами, через которые осуществляется упрочнение резьбы посредством воздействия на нее стальных шариков, приводимых в движение сжатым воздухом (2 . 35

Однако известное устройство не обеспечивает точности профиля обрабатываемой поверхности заготовки вследствие хаотичного воздействия ударных тел, кроме того, не удается 4g получить одинаковое качество разных поверхностей, так как различные участки профиля резьбы по разному ориен. тированы в отношении основного направления потока ударных тел. Исполь- 45 эовать известное устройство для нанесения защитных покрытий нецелесообразно, так как будет иметь место черезмерный расход дорогостоящего материала покрытия. ! .Целью изобретения является повышение качества упрочнения наружных сложнопрофильных поверхностей деталей путем направленного воздействия на профиль и одновременного нанесения на поверхности защитных или твердых смазывающих покрытий, а также обеспечение возможности избирательной обработки той части сложноцрофильной поверхности, которая поцвергается наибольшему износу, при экономичном 60 расходовании материала покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для нанесения и упрочнения покрытий на винтовых пов"-.рхностяx заготовок, в корпусе 65 которого установлена сменная гайка с окном, через которое ударные тела поступают на обрабатываемую поверхность заготовки, введены две гайки, установленные по ходу движения обрабатываемой поверхности перед сменной гайкой соосно с ней, при этом первая по ходу движения гайка иэ антифрикционного материала выполнена с переменным шагом винтовой поверхности так, что между боковыми частями винтовой поверхности гайки и обрабатываемой поверхностью образован зазор для подачи материала пок» рытия, сужающийся в направлении к второй по ходу движения гайке, причем в зоне наибольшего зазора в первой гайке выполнено окно для подачи материала покрытия, вторая гайка выполнена из упругого антифрикционного материала и имеет профиль винтовой поверхности, плотно контактирующий с обрабатываемым профилем.

На фиг. 1 представлено устройство для упрочнения заготовок, позволяющее осуществлять процесс упрочнения на серийном вертикально-сверлильном станке — полуавтомате, общий вид; на фиг. 2 — сечение А-A на фиг. 1 (применительно к упрочнению винтовых поверхностей заготовок); на фиг.3 ,схема процесса.упрочнения и натира ния обрабатываемой поверхности.заготовки в устройстве; на фиг. 4 — схема контакта винтовых поверхностей детали с тремя частями сменной гайки", иа фиг. 5 и 6 — варианты ограничения эоны нанесения покрытия", на фиг. 7 и 8 - варианты ограничения площади упрочнения обрабатываемой поверхности, иллюстрирующие возможность работы устройства по избиратель ному нанесению покрытия и упрочнению.

Устройство состоит (фиг. 1 и 2 ) из основания 1, на котором с помощью кронштейнов 2 и 3 закреплен корпус 4 со сменной гайкой, состоящей из трех частей 5-7. Гайка, состоящая из ча« стей 5-7, соосно размещенных в корпусе 4, зафиксирована посредством фланца 8 и с помощью регулируемого винтового зажима 9,10. Прокладка 11 позволяет регулировать усилия сжатия частей гайки.

Первая часть гайки 5 снабжена окном 12, к которому с помощью штуцера присоединен трубопровод 13 для подачи материала покрытия в зону сопряжения профиля обрабатываемой заготовки 14 с профилем гайки 5. Вторая часть гайки 6 установлена между выходной частью гайки 5 и третьей (нижней ) частью гайки 7. Третья часть гайки 7 снабжена прямоу гольным окном 15 для размещения торца 16 концентратора 17 магнитострикционногп преобразователя 18. В окно f5 на

1098963 торце концентратора размещают ударные тела 19 (стальные шарики диаметром dI„) .

Для проведения процесса нанесения покрытия и упрочнения устройство устанавливают на стол 20 вертикально-сверлильного полуавтомата и совмещают общую ось комплекта частей 5-7 гайки с осью вращения шпинделя 21, От шпинделя 21 через приспособление

22 передается вращательное движение обрабатываемой детали 14. Для управле ния началом и окончанием цикла работы устройства и станка станок снабжен конечными выключателями 23 и 24 и .сменными упорами 25 и 26. Конечные 15 выключатели 23 и 24 закреплены на станине станка 27, а упоры 25 и. 26 на сверлильной головке 28.

Ширина прямоугольного окна 15 в части гайки 7 определяется размером 70 профиля обрабатываемой заготовки 14, а длина (фиг. 2) зависит от диаметра винтовой поверхности детали 14 и размера ударных тел 19 d> Эксперименты показали, что наилучшее ка- 25 честно обработки обеспечивается в том случае, когда расстояние 6 от обрабатываемой поверхности 14 до шариков 19, свободно лежащих на торце

16 концентратора 17, находится в пре- 30 делах (1-1,5) d> поэтому длина окна 15 выбирается так, чтобы минимальное расстояние от шариков 19 до обрабатываемого профиля детали 14 было не менее d, а максимальное h> — не более 1 5 dц

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от параметров сложнопрофильной поверхности обрабатываемой заготовки 14 подбирается комп40

I лект частей 5-7 гайки, которые соосно устаавливают в корпус 4 и сжимают фланцем 8. Соосность установки и правильность их сложнопрофильных поверхностей обеспечивают путем их пред- 45 варительного навннчивания на обрабатываемую заготовку 14 (или на деталь— эталон), которая удаляется после сжатия комплекта частей 5-7 гайки в корпусе 4. Перед сжатием комплекта частей 5-7 с помощью винтового устройства 9,10 между корпусом 4 и фланцем 8 устанавливают прокладку 11, высоту которой подбирают так, чтобы деформация части 6 обеспечивала меж- 55 ду профилями детали 14 и части 6 нулевой зазор или натяг в пределах допуска на средний диаметр профиля обрабатываемой детали 14 (сопряжеиие вида Н 4) ) 60

Далее к окну 12 части 5 через штуцер присоединяют трубопровод 13, обеспечивающий подачу материала покрытия. Покрытие подается в состоянии взвеси в среде жидкости или газа. В, 65 прямоугольное окно 15,части 7 вводят концентратор 17 ультразвукового магнитострикционного преобразователя 18, на котором размещают ударные тела 19 (фиг. 1, 2 и 4).

Заготовку 14 закрепляют в приспособлении 22, ввинчивают в комплект частей 5-7 гайки так, чтобы первый виток сложнопрофильной поверхности вошел в зацепление с первым витком части 5 гайки. Устанавливают упор 25 так, чтобы в этом положении нажимался конечный выключатель 23, что служит сигналом для включения механизма подачи материала покрытия (не показан). Устанавливают упор 26 так, чтобы он нажимал на конечный выключатель 24 в тот момент, когда начало сложнопрофильной поверхности заготовки 14 перекроет окно 15 в части 7 гайки. Это служит сигналом на включение ультразвукового генератора (не показан), питающего магнитострикционный преобразователь 18. Длина упоров 25 и 26 выбирается равной части длины заготовки 14, занимаемой сложнопрофильной поверхностью.

Устанавливают число оборотов шпинделя 21 станка в пределах

1-2 об/мин и согласуют с этим движением величину подачи 5 сверлильной головки 28 так, чтобы она соответствовала шагу сложнопрофильной поверхности заготовки 14. После перечисленных действий устройство готово к работе.

Устанавливают обрабатываемую заготовку 14 в приспособление 22, вручную подводят ее в исходную позицию (когда упор 25 поджимает конечный выключатель 23) и включает станок.

Заготбвка 14 медленно вращается и проходит комплект частей 5-7 гайки до конечного положения (отключения коне мого выключателя 24), после че,го осуществляют реверс вращения шпин,целя 21 и, следовательно, заготовки 14, выводят ее и=- зоны обработки, 1вынимают иэ приспособления 22, после чего устанавливают новую заготовку и цикл повторяется.

В процессе движения заготовки 14 сквозь комплект частей 5-7 гайки на ее обрабатываемой поверхности происходят процессы, указанные на фиг. 3.

При контакте заготовки 14 с частью гайки 5 между поверхностями заготовки и гайки возникает клиновый зазор, уменьшающийся по ходу движения заготовки. Материал покрытия 29 втягивается в зазор 30, уплотняется по мере уменьшения его проходного сечения и равномерно распределяется по поверхности заготовки (эона равномерного распределения I).

Далее поверхность заготовки входит в контакт с поверхностью части 6

1098963 гайки, выполненной из упругого деформируемого материала. Использование такого материала обеспечивает плотный контакт между винтовыми поверхностями заготовки и частью 6. Материал покрытия 29 равномерно втирается в микронеровности поверхности заготовки (зойа втирания П). Когда профиль заготовки вступает в контакт с частью гайки 7 и проходит над окном 15, он подвергается ударному воздействию стальных шариков 19. В результате происходит упрочнение поверхностного слоя, отлаживание неровностей и внедрения в поверхностный слой заготовки материала покрытия 29 (зона внедрения и упрочнения Ю).

Конкретная реализация описанных процессов осуществляется за счет элементов конструкций частей 5-7 гайки (фиг. 4). Внутренняяя винтовая 20 поверхность части 5 составной гайки выполнена (один вариант) по типу модифицированной конической резьбы таким образом, что зазор между винтовой поверхностью заготовки 14 и 25 частью 5 гайки постепенно уменьшается в направлении второй части б гайки и на границе перехода от части 5 к части 6 становится близким к нулю (6) > Sg > g U . указа но усло- 30 вие обеспечейо, если угол между осью зубьев заготовки и осью зубьев части 5 гайки в пределах 1,8-2,0 (что соответствует конусности 1:161:15 ) ° 35

При этОм по наружным и внутренним диаметрам профилей гайки и заготовки обеспечивают минимальный гарантированный зазор, т.е. диаметр выступов и диаметр впадин заготовки меньше соответственно диаметрам впадин и диаметрам выступов частей 5-7 гайки (d g, < d о, d» z J с, ), что обеспечиaaeTcR вйполнением указанных сопряжений по типу H 4/hq.

При переходе винтовой поверхности 45 заготовки от контакта с частью 5 гайки к контакту с. частью б зазор между боковыми поверхностями профилей (зубьев) становится равным 0 за счет деформации части 6 и создания плотного контакта между поверхностями.

При переходе винтовой поверхности заготовки от контакта с частью 6 гайки к контакту с частью 7 между боковыми поверхностями профилей имеет место гарантированный зазор, обеспеченный выполнением поверхности гайки точностью сопряжений типа

G6/Ьк . 60

Так как не вся боковая поверхность профиля заготовки участвует в работе, то покрытие и упрочнение целесообраз Но осуществлять избирательноо. 65

Для этой цели на профиле части 5 гайки выполняется канавка (полость

Б может быть получена профильным резцом}, в которую подается материал покрытия (фиг. 5) .

Высота полости 5, ., образуемой между частью 5 гайки и профилем заго-, товки 14, аналогично описанному слу- чаю, уменьшается до нуля по направлению к второй части 6 гайки (фиг.б).

Соответственно уменьшается и площадь зоны упрочнения Z (фиг. 7). Особенно эффективным становится применение устройства в том случае, когда предварительная эксплуатация детали 14 в изделии позволяет. точно установить характер и зону наибольшего износа (например, зону длительного диаметра для червяка).

Тогда эона, в которую подается покрытие (полость Б), может быть уменьшена согласно характеру износа детали (}>, > Ъ;; Ь, >} g >, уменьшается также и площадь зоны упрочнения (фиг. 6 и 8), что дает возможность экономить материал покрытия и уменьшить расход энергии на упрочнение.

Изменяя диаметр ударных тел 19, можно регулировать качество поверхностного слоя (шероховатость, напряжения, глубина наклона, глубина внедрения материала покрытия).

При .использовании устройства можно наносить все твердые смазывающие материалы в виде порошка и пасты на основе дисульфидов молибдена, вольфрама или диселенидов молибдена, вольфрама, ниобия, тантала, графита, а также противозадирные и защитные металлические покрытия, которые можно приготовить в виде мелкодисперсных частиц (свинец, кадмий и т.д.)

Использование предлагаемого устройства позволяет осуществлять избирательное упрочнение винтовых поверхностей, одновременное нанесение на профиль защитных или твердых смазывающих покрытий, получать детали равной прочности и износостойкости, а также значительно экономить доростоящие материалы покрытия, обеспечить высококачественное и равномерное yr.ðî÷íåíèå и нанесение покрытий по всей обрабатываемой-поверхности, автоматизировать процесс нанесения покрытия, снизить его трудоемкость и реализовать процесс на универсальном серийном оборудовании при его незначительной модернизации (для вертикально-сверлильного станка полуавтомата модернизация состоит в замене асинхронного привода регулируемым приводом постоянного тока).

При незначительных усовершенствованиях разработанного устройства возможно увеличение интенсивности процесса упрочнения и нанесения покрытия на поверхность заготовки.

Усовершенствование заключается в выполнении нескольких окон для установки ультразвуковых генераторов по окружности третьей части гайки. !Три работе нескольких ультразвуковых преобразователей пропорционально возрастает степень упрочнения поверхности.

109896 3

А-А

l5

19

1098963

Составитель В.Дрожалова

Редактор Н.Джуган Техред A.À÷ Корректор В.Бутяга

Заказ 4322/22 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óàãîðîä, ул.Проектная. 4