Краткая справка [6]. Установлено, что наличие на деталях типа валов отверстий, канавок, проточек и т.п. элементов, являющихся концентраторами напряжений, уменьшает усталостную прочность таких деталей от 2 до 5 раз по сравнению с аналогичными деталями с гладкими поверхностями. В то же время усталостную прочность валов можно повысить, если упрочнить металл, охватывающий концентраторы напряжений. С этой целью используют различные методы поверхностного пластического деформирования: раскатывание, упрочнение чеканкой, дробеструйный наклеп и др. и устройства их реализации. Например, в работе [3, с.101] приведено одно из устройств для обработки прямоугольных канавок валов поверхностным пластическим деформированием, в котором упрочнение металла в окрестности канавки осуществляется роликом с винтовыми уступами.
Однако результаты контроля качества поверхности канавок, накатанных такими роликами, показали на недостаточную степень упрочнения металла боковых сторон канавок. Было выявлено, что основной причиной этого недостатка является малая величина давления ролика на боковые поверхности канавки, создаваемого только за счет сил трения ролика с дном канавки.
Вместе с тем известно устройство[7], позволяющее производить упрочнение боковых поверхностей канавок и проточек на валах. Оно представляет собой державку с размещенной в ней оправкой. В оправке установлен корпус с двумя деформирующими роликами, сумма диаметров которых больше ширины обрабатываемой канавки. Требуемая степень упрочнения металла в окрестности канавки достигается за счет заданного натяга между роликами и боковыми поверхностями канавки. Однако данное устройство способно упрочнять только торцевые поверхности канавок и проточек на валах.
С целью расширения технологических возможностей устройства по заявке № 2367996 было предложено ввести в его конструкцию дополнительную пару деформирующих роликов для упрочнения дна канавки. В результате разработано новое устройство, обеспечивающее эффективное упрочнение всех поверхностей канавок.
Анализ признаков аналога, прототипа и изобретения. В таблице 1 приведены наиболее важные признаки аналога, прототипа и изобретения, выделенные в ходе функционального анализа конструктивной структуры перечисленных устройств. Необходимость наличия этих признаков оценивалась с точки зрения реализации каждым из объектов заданной технической функции и достижения требуемого технического результата.
Таблица 1
| Признаки устройств | ||
| Аналог | Прототип | Изобретение |
| 1. Деформирующий ролик 2. Корпус, содержащий деформирующий ролик 3. Державка 4. Корпус размещен в державке 5. Ролик упрочняет дно канавки 6. Ролик помимо вращательного движения совершает поступательное перемещение вдоль своей оси 7. Ролик имеет два винтовых уступа противоположных направлений 8. Значения диаметров ролика и канавки не являются кратными величинами | 1. Два деформирующих ролика 2. Корпус, содержащий ролики, деформирующие боковые поверхности канавки 3.Державка 4.Оправка 5.Оправка установлена в державке 6.Корпус размещен в оправке 7.Ролики совершают только вращательное движение 8.Сумма диаметров роликов больше ширины накатываемой канавки | 1. Две пары деформирующих роликов 2. Корпус, содержащий ролики, деформирующие боковые поверхности канавки 3. Державка 4. Оправка 5. Оправка установлена в державке 6. Корпус размещен в оправке 7. Ролики совершают только вращательное движение 8. Сумма диаметров роликов, упрочняющих боковые поверхности канавки больше ее ширины 9. Оправка содержит ролики, деформирующие дно канавки 10. Оси роликов, деформирующих дно канавки, расположены в плоскости, перпендикулярной оси оправки 11. Державка имеет винтовой паз 12. Корпус содержит штифт, вставленный в винтовой паз державки |
Из приведенных данных следует, что все устройства объединяет наличие следующих общих конструктивных элементов: деформирующего ролика, корпуса и державки. Дополнительными общими признаками для прототипа и заявляемого изобретения устройства являются:
- оправка установлена в державке;
- корпус содержит пару роликов, деформирующих боковые поверхности канавки, причем сумма диаметров этих роликов больше ширины канавки;
- корпус размещен в оправке.
Отличительными признаками изобретения являются:
- оправка содержит дополнительную пару роликов, деформирующих дно канавки;
- оси роликов, деформирующих дно канавки, расположены в плоскости, перпендикулярной оси оправки;
- державка имеет винтовой паз;
- корпус содержит штифт, вставленный в винтовой паз державки.
Формула изобретения. В соответствии с результатами анализа признаков прототипа и предлагаемого устройства, расширяющего технологические возможности прототипа, составлена следующая формула изобретения:
“ Устройство для накатывания канавок, преимущественно проточек на валах, содержащее оправку, установленную в державке, и размещенный в оправке корпус с двумя деформирующими роликами, сумма диаметров которых больше ширины накатываемой канавки, отличающееся тем, чтооно снабжено двумя дополнительными деформирующими роликами с осями, закрепленными на оправке и расположенными в плоскости, перпендикулярной оси оправки, при этом державка выполнена с винтовым пазом, а корпус выполнен со штифтом, размещенным в пазу державки ”.
Пример полного описания изобретения.
Описание изобретения
М. Кл.2 B 21 H 7/18
B 24 B 39/04
Устройство для накатывания канавок
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для обработки поверхностным пластическим деформированием прямоугольных канавок.
Известно устройство для обработки поверхностным пластическим деформированием прямоугольных канавок, выполненного в виде корпуса, содержащего деформирующий ролик с двумя винтовыми уступами и размещенного в державке [1].
Однако поверхности, обработанные таким роликом, имеют недостаточную степень упрочнения металла боковых сторон канавок вследствие малой величины давления ролика на торцы канавки, создаваемого только за счет сил трения ролика с дном канавки.
Известно устройство для накатывания канавок и проточек на валах,содержащее оправку, установленную в державке, и размещенный в оправке корпус с двумя деформирующими роликами, сумма диаметров которых больше ширины накатываемой канавки [2].
Однако это устройство имеет малые технологические возможности, так как позволяет накатывать только боковые стороны канавок.
Целью изобретения является расширение технологических возможностей раскатника путем обеспечения возможности накатывания дна и боковых сторон канавки.
Эта цель достигается тем, чтоустройство снабжено двумя дополнительными деформирующими роликами с осями, закрепленными на оправке и расположенными в плоскости, перпендикулярной оси оправки, при этом державка выполнена с винтовым пазом, а корпус выполнен со штифтом, размещенным в пазу державки
На рисунке 1 изображено устройство, общий вид, в разрезе; на рисунке 2 – разрез A - A на рисунке 1.
Устройство включает в себя деформирующие ролики 1, установленные в пазу корпуса 2 и предназначенные для обработки боковых сторон канавки, и деформирующие ролики 3, установленные в оправке 4 и предназначенные для обработки дна канавки. Ролики 1 удерживаются от выпадения в радиальном направлении втулкой 5, а в осевом – штифтом 6, который запрессован во втулку 5 и находится в контакте с проточками на роликах 1. Ролики 1 выступают над торцом втулки 5 на величину, превышающую глубину накатываемой канавки. Расстояние торцами роликов 1 и дном обрабатываемой канавки (при контакте роликов 3 с дном канавки), определяемое взаимным осевым положением оправки 4 и корпуса 2, регулируется с помощью гаек 7 через упорные подшипники 8.
В хвостовике корпуса 2 закреплен штифт 9, взаимодействующий с винтовым пазом державки 10. Опора 11 устройства связана с державкой 10 и оправкой 4 пружинами 12 и 13. Шпонки 14 и 15 служат для фиксации оправкой 4 определенного углового положения с целью точного попадания ее роликов 3 в канавку детали 16. Пружина 17 предназначена для возвращения державки 10 в нерабочее положение при отходе устройства от обрабатываемой детали, т.е. при упоре шпонки 14 в ограничитель хода 18, установленный на оправке 4. Позицией 19 обозначен бурт державки.
Устройство работает следующим образом.
Для обработки канавок устройство устанавливается на суппорте токарного станка так, чтобы его ось пересекала ось вращения обрабатываемой детали 16, а деформирующие ролики 3 находились против накатываемой канавки. Детали 16 сообщается вращательное движение, а опоре 11 устройства - движение подачи в указанных стрелками направлениях.
При перемещении устройства с движением подачи деформирующие ролики 3 начинают взаимодействовать с дном обрабатываемой канавки. В этот момент подача оправки 4 и корпуса 2 в направлении оси детали 16 прекращается, а опора устройства 11 продолжает перемещаться вместе с движением подачи. При этом сжимаются пружины 12, 13 и 17. Дно канавки накатывается роликами 3 с силой, создаваемой пружинами 12 и 17.
 | |||
 | |||
Перемещение опоры 11 через пружину 13 обеспечивает перемещение державки 10 относительно оправки 4 и соответственно относительно закрепленного в оправке 4 корпуса 2. При этом в результате взаимодействия винтового паза державки 10 со штифтом 9, закрепленном в корпусе 2, последний поворачивается относительно державки 10 и соответственно относительно оправки 4. В результате поворота корпуса размер по роликам 1 в осевом направлении детали 16, который в исходном положении устройства был меньше ширины канавки и обеспечивал свободный вход роликов 1 в зону обработки, увеличивается, и ролики 1 входят в контакт с боковыми поверхностями канавки и накатывают их. Сила накатки роликами 1 определяется силой пружины 13. По окончанию обработки движение подачи опоры 11 реверсируется, пружины 12,13 и 17 разжимаются, и при упоре опоры 11 в бурт 19 державки устройство отходит от обработанной детали.
Формула изобретения
Устройство для накатывания канавок, преимущественно проточек на валах, содержащее оправку, установленную в державке, и размещенный в оправке корпус с двумя деформирующими роликами, сумма диаметров которых больше ширины накатываемой канавки, отличающееся тем, чтооно снабжено двумя дополнительными деформирующими роликами с осями, закрепленными на оправке и расположенными в плоскости, перпендикулярной оси оправки, при этом державка выполнена с винтовым пазом, а корпус выполнен со штифтом, размещенным в пазу державки.
Источники информации:
1. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. – М.; Машиностроение, 1987, с.101.
2. Заявка № 2367996, М. Кл. B 24 B 39/04, 1976, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства (прототип).
Изобретение на способ
Краткая справка. Во многих отраслях промышленности (в машиностроении, авиастроении и др.) элементы машин и механизмов, работающих в условиях возникновения пластической деформации, изготавливают из материалов, обладающих высокой пластичностью. Высокая пластичность материала необходима также в случаях, когда в процессе изготовления деталей используются методы пластического деформирования.
Для повышения пластичности металлов и их сплавов наиболее часто применяют метод термической обработки, при котором заготовки нагревают до определенной температуры и медленно охлаждают.
Известен способ повышения пластичности металла путем его пластического деформирования при повышенных температурах в условиях сложного напряженного состояния.
Основным недостатком приведенных способов является необходимость применения сложного оборудования, в частности, нагревательных печей, прессов, прокатных станов, что увеличивает себестоимость изготовленных изделий.
С целью устранения этого недостатка предложен способ повышения пластичности металла, заключающегося в деформировании металла или изделий из него в направлении, противоположном тому, деформация в котором вызвала упрочнение металла (уменьшение его пластичности). При этом каждое последующее деформирование в направлении, противоположном заданному, осуществляют многократно.
Анализ признаков аналога, прототипа и изобретения. Напомним, что признаками способа, например, способа получения вещества или иного объекта, способа обработки, добычи и т.п., являются операции и приемы, последовательность выполнения действий во времени, использование веществ и устройств при выполнении этих действий.
В таблице 2 приведены наиболее важные признаки аналога, прототипа и изобретения, выделенные в ходе анализа функциональной структуры рассматриваемых способов повышения пластичности металла. Из приведенных данных следует, что общим признаком прототипа и заявляемого способа является пластическое деформирование металла в заданном направлении. Отличительными признаками являются повторное пластическое деформирование в направлении, противоположном заданному направлению и то, что каждое последующее деформирование в направлении, противоположном заданному, осуществляют многократно. Отсюда формула изобретения может быть составлена в виде:
“1. Способ обработки металлов пластическим деформированием в заданном направлении, отличающийся тем, что производят последующее пластическое деформирование в направлении, противоположном заданному.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что последующее пластическое деформирование в направлении, противоположном заданному, осуществляют многократно ”.
Таблица 2
| Признаки способа | ||
| Аналог | Прототип | Изобретение |
| 1. Нагрев до заданной температуры. 2. Выдержка при заданной температуре нагрева. 3. Медленное охлаждение. | 1. Нагрев до заданной температуры. 2. Пластическое деформирование в заданном направлении 3. Пластическое деформирование осуществляют при повышенной температуре металла. | 1. Пластическое деформирование в заданном направлении. 2. Повторное пластическое деформирование в направлении, противоположном заданному направлению. 3. Каждое последующее деформирование в направлении, противоположном заданному, осуществляют многократно. |
В соответствии с вышеприведенными данными полное описание изобретения может быть составлено в следующем виде.
Описание изобретения
М. Кл. C 21d 7/10
Способ обработки металлов
Изобретение относится к области металлообработки, в частности к технологии повышения пластичности, разупрочнения и восстановлению измененных пластической деформацией механических свойств металлов и их сплавов.
Для повышения пластичности металлов и их сплавов применяют метод термической обработки, при котором заготовки нагревают до определенной температуры и медленно охлаждают.
Известен способ повышения пластичности металла путем его пластического деформирования при повышенных температурах в условиях сложного напряженного состояния.
Основным недостатком приведенных способов является необходимость применения сложного оборудования, в частности, нагревательных печей, прессов, прокатных станов, что увеличивает себестоимость изготовленных изделий.
Цель изобретения – повысить пластичность металла более доступным в практике способом.
Эта цель достигается с помощью технологической операции, в которой осуществляется деформирование металла или изделия из него в направлении, противоположном тому направлению, деформация в котором вызвала упрочнение металла (уменьшение его пластичности). При этом каждое последующее деформирование в направлении, противоположном заданному, может осуществляться многократно.
Последовательность технологических операций при данном способе такова.
Первая операция – деформация в заданном направлении материала или изделия. Эта операция проводится в соответствии с технологией изготовления изделия из данного материала или с условиями эксплуатации изделия.
Вторая операция – однократная или периодически повторяемая в зависимости от конкретных условий деформация металла или изделия в направлении, противоположном применявшему в первой операции.
Третья операция – деформирование материала или изделия в том же направлении, что и в первой операции.
Данный способ проверен в опытах с алюминием.
Пример 1. Алюминий деформировался кручением при 100°С при напряжении 20 МПа. Упрочнение алюминия было полностью снято деформированием (кручением) в обратную сторону при 100°С (такой же эффект получен и деформированием при 20°С).
Пример 2. Алюминий деформировался кручением при 20°С со скоростью 10-3с-1. При этом он разрушался до достижении деформации 370%. Если же алюминий после деформации 200% деформировался в обратную сторону при 20°С со скоростью 10-2с-1. на 50%, то в последующем деформация в первоначальном направлении до разрушения достигала 540%.
Повторные операции деформирования в обратном направлении значительно усиливали эффект.
Формула изобретения
1. Способ обработки металлов пластическим деформированием в заданном направлении, отличающийся тем, что производят последующее пластическое деформирование в направлении, противоположном заданному.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что последующее пластическое деформирование в направлении, противоположном заданному, осуществляют многократно.
[1] Аналог – это объект того же назначения, что и заявляемый, сходный с ним по технической сущности и достигаемому результату при его использовании
[2] Авторское свидетельство СССР №694266, Кл. B 21H 5/02, 07.02.77
[3] Дано описание аналога изобретения.
[4] Приведено описание прототипа.
[5] В приведенном тексте формулы название изобретения и отличительная часть выделены жирным шрифтом.
[6] Данная справка не является частью описания изобретения. Приводится с целью ознакомления с результатами выполненной предварительной работы по решению поставленной проблемы.
[7] Заявка № 2367996, М. Кл. B 24 B 39/04, 1976, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства (прототип).