Zwiększenie wydajności obrabiarek CNC przez stosowanie w obróbce gładkościowo-dokładnościowej nagniatania wielokulkowymi toczno-ślizgowymi narzędziami

2.11. Patent nr 107001. Nagniatak do otworów cylindrycznych

Twórca wynalazku: Bogdan Zając, Marian Witaszczyk (Politechnika Częstochowska), Boris Gołubów (Uniwersytet Sofia - Bułgaria); opublikowano 31.12.1980 r. 

Przedmiotem wynalazku jest nagniatak do otworów cylindrycznych przelotowych. Znany nagniatak, przykładowo z polskiego opisu patentowego Nr 87615 zawiera trzpień o różnych średnicach, przy czym przejście między tymi średnicami ma postać stożka. Na mniejszej średnicy trzpienia osadzona jest przesuwnie poosiowe tuleja, zaopatrzona w powierzchnię stożkową. Powierzchnie stożkowe trzpienia oraz tulei zaopatrzone są w rowki usytuowane wzdłuż tworzącej każdego ze stożków. W rowkach osadzone są przesuwnie wpusty płytek, których powierzchnie wspierające się na trzpieniu i tulei mają postać łuku. Płytki na zewnętrznych powierzchniach zaopatrzone są w kanały, w których osadzona jest sprężyna spiralna zaopatrzona w rowki stanowiące bieżnię elementów nagniatających.

Końce sprężyny połączone są rurką, która wraz ze sprężyną stanowi obieg zamknięty elementów nagniatających. Elementy nagniatające zabezpieczone są przed wypadaniem osłoną w postaci taśmy połączonej ze sprężyną. Przemieszczająca się na trzpieniu tuleja, wywiera nacisk na płytki, co powoduje zwiększenie się średnicy nagniataka.

Zastosowanie w znanym nagniataku elastycznej bieżni w postaci sprężyny nie zapewnia narzędziu należytej sztywności, a ponadto wprowadzenie nagniataka jak i jego wycofanie z już obrobionego otworu odbywa się przy napiętej sprężynie, co powoduje powstawanie rys na uprzednio obrobionej powierzchni.

Istota wynalazku polega na tym, że elastyczną bieżnię kulek stanowi cienkościenny cylinder zaopatrzony z obydwu stron w pokrywy w postaci grubych krążków. Brzegi pokryw są cienkościenne i mają postać zbliżoną do stożka ściętego, którego większa podstawa połączona jest z cylindrem a mniejsza z pokrywą, przy czym stożki te usytuowane są mniejszymi podstawami do wnętrza cylindra. Cylinder zaopatrzony jest w otwór stanowiący wlot czynnika pod wysokim ciśnieniem, który powoduje zwiększenie średnicy cylindra.

Na cylindrze znajdują się w prowadnicach kulki nagniatające obrabianą powierzchnię, które tworzą obieg zamknięty. Kulki zabezpieczone są przed wypadaniem osłoną osadzoną na prowadnicy.

Proponowany nagniatak umożliwia łatwe i szybkie wywarcie nacisku elementów nagniatających na obrabianą powierzchnię po całkowitym wprowadzeniu go do otworu jak i zlikwidowanie tego nacisku przed wycofaniem nagniataka z obrobionego otworu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono półprzekrój - półwidok podłużny nagniataka. Nagniatak składa się z chwytu l. na końcu którego osadzony jest rozłącznie "cienkościenny cylinder 2, stanowiący bieżnię kulek 3 nagniatających powierzchnię obrabianego otworu Cylinder 2 zaopatrzony jest w pokrywy 4 w postaci grubych krążków oraz w pierścienie 5 w kształcie cienkościennego stożka, którego mniejsza podstawa połączona jest z brzegiem pokrywy 4 a większa podstawa z cylindrem 2 przy czym stożki te usytuowane są mniejszymi podstawami do wewnątrz cylindra 2.  Na cylindrze 2 osadzona jest prowadnica 6, tworząca na obwodzie bieżni obieg zamknięty kulek 3, przy czym obieg ten ma kształt odcinków linii śrubowej połączonej krzywymi, które w rozwinięciu są odcinkami łuków kołowych.

Na cylindrze 2 osadzony jest pierścień 7 a na chwycie l pierścień 8. przy czym pierścienie te zabezpieczają prowadnicę 6 przed osiowym przemieszczaniem się. Na prowadnicy 6 osadzona jest osłona 9 w postaci cylindra, zaopatrzona w rowek, którego kształt jest odwzorowaniem rowka prowadnicy 6. Osłona 9 zabezpiecza kulki 3 przed wypadaniem z prowadnicy 6. Między chwytem l a cylindrem 2 znajduje się uszczelka 10, a ponadto chwyt 1 zaopatrzony jest w otwór 11 połączony kanałem z cylindrem 2, który wraz z pokrywami 4 stanowi szczelny zbiornik, w który wprowadza się pod wysokim ciśnieniem przykładowo olej, dzięki czemu zwiększa się średnicę cylindra 2 zwiększając nacisk kulek 3 na obrabianą powierzchnię.

Wpis zostanie wkrótce uzupełniony o teoretyczne opracowania dotyczące narzędzi do nagniatania toczno-ślizgowego.