ВЫГЛАЖИВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

Название	ВЫГЛАЖИВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ
Разработчик (Авторы)	Кузнецов Виктор Павлович, Горгоц Владимир Георгиевич, Кузнецова Елена Михайловна
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	131711
Дата регистрации	27.08.2013
Правообладатель	ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ПРЕДПРИЯТИЕ "СЕНСОР"
Область применения (класс МПК)	B82B 3/00, B24B 39/00

Описание изобретения

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к конструкции инструмента для наноструктурирующей обработки металла интенсивным поверхностным пластическим деформированием.

Наноструктурирование поверхностного слоя детали возможно при обеспечении условий для накопления пластических деформаций сдвига за счет увеличения фрикционно-силового нагружения поверхностного слоя и числа проходов обрабатывающего инструмента.

Наноструктурирующая обработка поверхностного слоя с высоким фрикционно-силовым и скоростным нагружением сопровождается существенным увеличением температуры в очаге деформации. При достижении предельных значений температуры увеличиваются параметры шероховатости Ra и возникают предпосылки повреждения обрабатываемой поверхности, существенно возрастает износ инструмента.

Для обеспечения заданных параметров качества обрабатываемой поверхности, уменьшения изнашивания инструмента и увеличения производительности процесса применяют смазочно-охлаждающее технологическое средство (СОТС). В зависимости от условий технологического процесса, свойств материала инструмента и заготовок подачу СОТС в зону обработки осуществляют несколькими способами: свободно падающей струей, под давлением через сопловые насадки, в распыленном состоянии (в виде струи воздушно-жидкостной смеси) и т.д. Применение СОТС требует установки дополнительного оборудования.

Известны конструкции металлорежущих инструментов, содержащих каналы для подачи технологической жидкости: режущий инструмент, выходная часть канала которого выполнена капиллярной (a.c. №1787743); резец, содержащий державку с отверстием для подвода технологической жидкости в радиальные полости между кольцевыми пластинами (патент RU №2014169).

Известен давильный инструмент, содержащий смонтированный на оси с возможностью свободного вращения ролик с узлом подачи СОТС в зону обработки. Ролик выполнен полым, на наружной поверхности расположены отверстия, оси которых перпендикулярны продольной оси ролика. Ролик устанавливают на неподвижной оси, выполненной с центральным продольным и поперечными отверстиями для подачи СОТС под давлением в полость ролика (патент RU №2409443).

Применение СОТС обеспечивает уменьшение износа инструмента и улучшение параметра Ra поверхности за счет снижения коэффициента трения и, соответственно, уменьшения интенсивности накопления деформаций сдвига и накопления пластических деформаций сдвига.

Наиболее близким является выглаживатель, состоящий из корпуса, индентора, набора тарельчатых пружин, гайки, резинового уплотнения, установленного на гайке, надетой на индентор резиновой втулки, установленной в корпусе, в котором налита низкокипящая жидкость (патент на полезную модель №62554). Охлаждения индентора низкокипящей жидкостью, налитой в корпус, обеспечивает возможность работы инструмента с более высокими скоростями выглаживания.

Недостатком является повышенный износ и выкрашивание рабочей части инструмента при увеличенной фрикционно-силовой и скоростной нагрузке из-за повышения температуры рабочей части индентора, значение которой определяется условиями конвективного теплообмена и температурой кипения охлаждающей жидкости.

Для обеспечения накопления интенсивных сдвиговых деформаций при наноструктурирующем выглаживании за счет сохранения значения коэффициента трения для данных материалов (материал обрабатываемой детали и материал рабочей части индентора) и существенного снижения изнашивания рабочей части инструмента путем интенсивного охлаждения внутренней полости инструмента турбулентным потоком жидкого хладагента, предлагается выглаживающий инструмент для наноструктурирования поверхностного слоя деталей, содержащий корпус с полостью, индентор с полостью, резиновую втулку, надетую на индентор, пружину и резиновое уплотнение, при этом он снабжен трубкой для подачи жидкого хладагента в полости корпуса и индентора, трубкой для отвода нагретого жидкого хладагента из инструмента, втулкой, ввинченной в корпус, и нажимной вилкой, регулирующей сжатие пружины, при этом индентор с резиновой втулкой и пружина установлены во втулку, ввинченную в корпус, а рабочая часть индентора выполнена из материала с теплопроводностью более 400 Вт/М*°K.

На фиг.1 изображен выглаживающий инструмент для наноструктурирования поверхностного слоя деталей. Выглаживающий инструмент для наноструктурирования поверхностного слоя деталей содержит корпус 1 с полостью, в который ввинчена втулка 2 с установленными в ней индентором 3 с полостью и рабочей частью 4, резиновой втулкой 5, надетой на индентор, пружиной 6. В корпусе 1 установлена трубка 7 для подачи в нижнюю часть полости индентора 3 под давлением жидкого хладагента и трубка 8 для отвода нагретого жидкого хладагента из инструмента, резиновые уплотнения 9, 10 и нажимная вилка 11.

В процессе наноструктурирующей обработки поверхности инструментом с индентором из материала с высокой теплопроводностью более 400 Вт/М*°K обеспечивающим коэффициент трения f=0,3…0,35, например поликристаллического кубического нитрида бора, (Твердость и прочность высокочистых поликристаллических материалов кубического нитрида бора. Петруша И.А., Смирнова Т.И., Осипов А.С., Стратийчук Д.А., Шишонок Н.А.), охлаждение индентора обеспечивает снижение предельного значения температуры рабочей части индентора до уровня Q≤120°C.

Предлагаемая конструкция выглаживающего инструмента для наноструктурирования поверхностного слоя деталей обеспечивает интенсификацию конвективного теплообмена за счет формирования турбулентного потока жидкого хладагента в полости инструмента.

Работает выглаживающий инструмент для наноструктурирования поверхностного слоя деталей следующим образом. Нажимной вилкой 11 устанавливают необходимое сжатие пружины в соответствии с заданной силой выглаживания Р=340 Н. Инструмент закрепляют в токарно-фрезерном центре, подводят к заготовке 12 и сообщают инструменту и заготовке 12 движения в соответствии с заданными параметрами режимов выглаживания. Заготовку из цементованной стали 20Х, закаленной до HRC 59 обрабатывали на токарно-фрезерном центре MULTUS-300BM точением, затем проводили поверхностное пластическое деформирование. Скорость выглаживания Vвыгл.=20 м/мин. Подача S=0,04 мм/об. Величина параметров процесса задавалась программой. По трубке 7 под давлением 1,5 МПа подавали жидкий хладагент, который заполнял полость индентора 3, полость корпуса 1, образуя турбулентный поток и выходил через трубку 8, охлаждая рабочую часть 4 индентора, индентор 3. В качестве жидкого хладагента использовано СОТС Rhenus. При рабочем движении инструмента происходит интенсивное охлаждение рабочей части инструмента. Резиновая втулка 5 демпфирует колебания индентора. Выглаживание производили инструментом, у которого рабочая часть индентора изготовлена из кубического нитрида бора (коэффициент трения которого по цементованной стали 20X при трении без смазки равен 0,34), имеющим цилиндрическую форму заточки R=2 мм, длина образующей 3 мм. Количество проходов - 3. В результате сформирована поверхность с размером нанокристаллов менее 80 нм и шероховатостью поверхности - R_a=90-110 нм. Путевая стойкость инструмента по критерию шероховатости обработанной поверхности составляет более 9,5 км.

Применение предлагаемой конструкции выглаживающего инструмента с охлаждением индентора позволит увеличить срок службы инструмента и скорость наноструктурирующей обработки в 2-3 раза.

Формула полезной модели

Выглаживающий инструмент для наноструктурирования поверхностного слоя деталей, содержащий корпус с полостью, индентор с полостью, резиновую втулку, надетую на индентор, пружину и резиновое уплотнение, отличающийся тем, что он снабжен трубкой для подачи жидкого хладагента в полости корпуса и индентора, трубкой для отвода нагретого жидкого хладагента из инструмента, втулкой, ввинченной в корпус, и нажимной вилкой, регулирующей сжатие пружины, при этом индентор с резиновой втулкой и пружина установлены во втулку, ввинченную в корпус, а рабочая часть индентора выполнена из материала с теплопроводностью более 400 Вт/(м·К).

Изобретение "ВЫГЛАЖИВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ" (Кузнецов Виктор Павлович, Горгоц Владимир Георгиевич, Кузнецова Елена Михайловна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога