PL219878B1 - Narzędzie do nagniatania tocznego - Google Patents

Abstract

Narzędzie charakteryzuje się tym, że element nagniatający (4) podparty jest w koszyku (5) co najmniej dwiema kulkami pośrednimi (8), z których skrajna obtaczana jest po zewnętrznej pobocznicy pierścienia (9) łożyska tocznego (10), osadzonego na osi (11), usytuowanej w jarzmie trzpienia (6) poprzecznie względem wzdłużnej osi narzędzia.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do nagniatania tocznego, służące do powierzchniowej obróbki plastycznej metali na obrabiarkach konwencjonalnych i obrabiarkach sterowanych numerycznie.

Obróbka nagniataniem jest jedną z metod obróbki wykończeniowej metali polegającą na wykorzystaniu miejscowego odkształcenia plastycznego wytwarzanego w warstwie wierzchniej przedmiotu wskutek określonego stykowego współdziałania twardego i gładkiego narzędzia.

Nagniatanie toczne jest powierzchniową obróbką plastyczną i niesie ze sobą znane powszechnie zalety obróbki plastycznej, ale jednocześnie zapewnia gładkość i dokładność właściwą dla wykończeniowej obróbki mechanicznej. Podczas nagniatania tocznego twardy i gładki element nagniatający jest dociskany do powierzchni obrabianej z odpowiednią siłą i przemieszczając się po obrabianej powierzchni, powoduje jej wygładzenie.

Istotną zaletą nagniatania tocznego jest nie tylko samo wygładzenie powierzchni, ale również uzyskanie korzystnej z punktu widzenia tribologii struktury geometrycznej powierzchni. Nagniatanie toczne daje w efekcie nie tylko małą chropowatość powierzchni, ale również duże promienie zaokrągleń wierzchołków i wrębów nierówności oraz mały kąt ich pochylenia, co w efekcie wspólnie z wytworzonym zgniotem, naprężeniami wewnętrznymi ściskającymi i zwiększeniem twardości powoduje zwiększenie odporności na działanie czynników eksploatacyjnych, jak ścieranie, zmęczenie powierzchniowe, korozja.

Końcówki narzędzi do realizacji procesu nagniatania tocznego mają kształt kulek, wałeczków, rolek. Wykonuje się je z materiałów zapewniających odpowiednią twardość, małe powinowactwo chemiczne z materiałem obrabianym, dużą jednorodność strukturalną ułatwiającą uzyskanie wysokich gładkości powierzchni (mały współczynnik tarcia). Materiałami wykorzystywanymi są stale łożyskowe, węgliki spiekane, ceramika.

Dzięki zastosowaniu małych średnic kulek nagniatających, dużych sił nagniatania (a w efekcie wysokich naprężeń kontaktowych w materiale nagniatanym), elementów nagniatających o wysokiej twardości metodą nagniatania tocznego można nagniatać nawet najtwardsze metale i stopy, ale również materiały miękkie jak np. stopy aluminium.

Celem wynalazku jest wprowadzenie nowego rodzaju narzędzia z bezstopniową regulacją siły docisku.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że element nagniatający podparty jest w końcówce roboczej koszyka co najmniej dwiema kulkami pośrednimi, z których skrajna obtaczana jest po zewnętrznej pobocznicy pierścienia łożyska tocznego osadzonego na osi usytuowanej w jarzmie trzpienia poprzecznie względem wzdłużnej osi narzędzia.

Narzędzie ma kołek stanowiący wskaźnik wartości siły docisku sprężyny umieszczony w wałku przemieszczającym się w otworze korpusu za pośrednictwem nakrętki wzdłuż skali znajdującej się korpusie lub alternatywnie ma cyfrowy wskaźnik wartości docisku sprężyny uruchamiany przesuwem wałka. Korpus ma kształt walcowy przystosowany do mocowania w standardowym uchwycie frezarskim, na przykład HSK.

Zastosowanie w narzędziach nagniatających kulek wykonanych ze stali łożyskowej, węglików spiekanych i ceramiki umożliwia osiągnięcie istotnej poprawy chropowatości powierzchni części wykonywanych ze stali tzw. miękkich (HRC<45) i stali tzw. twardych (HRC=45 r 64), jak również żeliwa oraz stopów metali lekkich i kolorowych (w tym stopów aluminium). Narzędzia te pozwalają uzyskać wartości Ra nawet mniejsze od 0,10 ąm, a współczynnik zmniejszenia chropowatości K_Ra (określany jako stosunek chropowatości Ra przed nagniataniem do chropowatości po nagniataniu) może być większy od 10.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają;

fig. 1 - narzędzie w widoku z boku, fig. 2 - narzędzie w przekroju wzdłużnym, fig. 3 - głowicę z elementem nagniatającym, w przekroju wzdłużnym.

Narzędzie według wynalazku składa się z oprawki, którą stanowi korpus 1 i prowadzący wałek 2, oraz osadzonej w wałku głowicy 3 z elementem nagniatającym 4. Element nagniatający 4 umieszczony jest w końcówce roboczej stanowiącej koszyk 5 połączony z trzpieniem 6 osadzonym w otworze środkowym wałka 2. Koszyk blokowany jest na trzpieniu 6 nakrętką 7.

PL 219 878 B1

Element nagniatający 4 stanowi kulka osadzona w koszyku 5. Element nagniatający 4 podparty jest w koszyku 5 co najmniej dwiema kulkami pośrednimi 8, z których skrajna obtaczana jest po zewnętrznej pobocznicy pierścienia 9 łożyska tocznego 10. Łożysko toczne 10 osadzone jest na osi 11 usytuowanej poprzecznie względem wzdłużnej osi narzędzia i osadzonej w jarzmie trzpienia 6. Walcowa część trzpienia 6, odpowiadająca otworowi wałka 2, zaopatrzona jest we wpust blokujący 12.

Wałek 2 umieszczony jest w otworze korpusu 1 a jego położenie ustalane jest osadzonym w nim kołkiem 13, przemieszczającym się w rowku korpusu 1, co pozwala tylko na ruch posuwisto-zwrotny wałka 2. W otworze korpusu 1 osadzona jest sprężyna 14 ściskana oporową powierzchnią wewnętrzną wałka 2. Wałek 2 przemieszczany jest przez obrót nakrętki 15.

Zasada działania narzędzia nagniatającego opiera się na sprężystym docisku elementu nagniatającego 4 do walcowej powierzchni przedmiotu obrabianego. Docisk sprężysty uzyskiwany jest w wyniku ściskania sprężyny 14 przez przemieszczenie wałka 2 realizowane poprzez obrót nakrętki 15. Bezpośrednim elementem realizującym proces nagniatania jest element nagniatający 4 zamocowany w końcówce roboczej stanowiącej koszyk 5 głowicy 3.

Ustalenie wielkości siły nagniatania realizuje się poprzez obrót nakrętki 15, która powoduje przesuw wałka 2. Zamocowany do wałka 2 wpust pełni jednocześnie rolę wskaźnika 16 siły docisku sprężyny 14. Wartość przesunięcia odczytywana jest bezpośrednio ze skali 17 znajdującej się na korpusie 1 urządzenia nagniatającego.

W wariancie wykonania narzędzia wartość przesunięcia odczytywana jest ze wskaźnika cyfrowego uruchamianego przesuwem wałka 2.

Korpus 1 ma kształt walcowy i przystosowany jest do mocowania w standardowym uchwycie frezarskim, na przykład HSK.

Claims (4)

1. Narzędzie do nagniatania tocznego powierzchni przedmiotu, zawierające korpus, w którym osadzony jest na trzpieniu koszyk z elementem nagniatającym w postaci kulki dociskanej sprężyną, znamienne tym, że element nagniatający (4) podparty jest w koszyku (5) co najmniej dwiema kulkami pośrednimi (8), z których skrajna obtaczana jest po zewnętrznej pobocznicy pierścienia (9) łożyska tocznego (10) osadzonego na osi (11) usytuowanej w jarzmie trzpienia (6) poprzecznie względem wzdłużnej osi narzędzia.

2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma wpust stanowiący wskaźnik (16) siły docisku sprężyny (14) umieszczony w wałku (2) przemieszczającym się w otworze korpusu (1) za pośrednictwem nakrętki (15) wzdłuż skali (17) znajdującej się na korpusie (1).

3. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma cyfrowy wskaźnik wartości siły docisku sprężyny (14) uruchamiany przesuwem wałka (2).

4. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że korpus (1) ma kształt walcowy przystosowany do mocowania w standardowym uchwycie frezarskim, korzystnie w uchwycie HSK.