СПОСОБ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 1998 года по МПК B24B29/00 B24D13/02 B24D13/18 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для черновой и чистовой абразивной обработки деталей машин.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении качества обработки деталей из труднообрабатываемых материалов.

Известен способ абразивной обработки [1], в соответствии с которым поверхность заготовки последовательно обрабатывается инструментами с различной характеристикой абразива, где на операции предварительного шлифования используются крупнозернистые круги, а на этапе чистовой обработки - мелкозернистые. При этом рекомендуется импрегнирование кругов для чистовой обработки смазочно-охлаждающими технологическими средствами (СОТС).

Недостатком описанного аналога является относительно невысокая производительность обработки, обусловленная затратами времени и средств на замену инструмента или перестановку заготовок.

Известен также способ абразивной обработки [2], в соответствии с которым абразивную обработку разделяют на этапы предварительной и окончательной обработки, причем на этапе окончательной обработки в смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) вводят абразивный порошок, зернистость которого в 10-30 раз меньше зернистости абразивного инструмента.

Недостатком описанного аналога является низкая производительность процесса достижения требуемого качества поверхности. Указанный недостаток обусловлен тем, что процесс формирования режущего контура для окончательной обработки осуществляется посредством внедрения мелкого абразива в межзеренное пространство крупнозернистого шлифовального круга, достаточно длителен во времени и носит сложный вероятностный характер.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ абразивной обработки [3], в соответствии с которым черновую и чистовую обработку выполняют последовательно одним инструментом с выдвигающимися чистовыми рабочими элементами, чередующимися в окружном направлении с черновыми рабочими элементами, где в качестве инструмента берут лепестковый абразивный круг с черновыми и упруго установленными чистовыми пакетами лепестков, а скорость вращения при чистовой обработке увеличивают и выбирают по формуле:

где ω₁ и ω₂ - скорости вращения инструмента при черновой и чистовой обработках соответственно;
R₁ и R₂ - радиусы траектории центра масс чистовых пакетов при ω₁ и ω₂ соответственно;
λ₁ и λ₂ - удлинение упругого элемента при ω₁ и ω₂ соответственно.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки. Черновую и чистовую обработку выполняют последовательно одним инструментом с выдвигающимися чистовыми рабочими элементами, чередующимися в окружном направлении с черновыми рабочими элементами, где в качестве инструмента берут лепестковый абразивный круг с черновыми и упруго установленными чистовыми пакетами лепестков.

Недостатком прототипа является недостаточно высокое качество обработки заготовок из трудно обрабатываемых материалов.

Указанный недостаток обусловлен тем, что высокая физико-химическая активность в паре абразив-металл при обработке трудно обрабатываемых материалов приводит к низкому качеству поверхностей деталей. Кроме того, для выдвижения чистовых пакетов лепестков необходимо увеличение скорости вращения круга, что сопряжено с повышением интенсивности ударного взаимодействия абразивных зерен с материалом заготовки и рисочной дефектации поверхности.

Задача изобретения - повышение качества поверхностей деталей, подвергаемых обработке, за счет улучшения условий контакта инструмента с заготовкой на этапе чистовой обработки.

Для достижения поставленной задачи заявляемое изобретение "Способ абразивной обработки" содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями, совокупность которых направлена на решение только одной связанной с целью изобретения задачи.

Черновую и чистовую обработку выполняют последовательно одним лепестковым абразивным кругом с постоянной скоростью вращения с выдвигающимися упруго установленными чистовыми пакетами лепестков, чередующимися в окружном направлении с черновыми пакетами лепестков. Черновую обработку осуществляют жестко установленными черновыми пакетами лепестков. Чистовую обработку осуществляют чистовыми пакетами лепестков, выдвигаемых путем повышения давления смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС) и ее напорной подачи в зону обработки через каналы в корпусе инструмента.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Черновую и чистовую обработку выполняют с постоянной скоростью вращения инструмента. Выдвижение чистовых пакетов лепестков в зону обработки осуществляют путем повышения давления СОТС и ее напорной подачи через каналы в корпусе круга.

Между отличительными признаками и задачей изобретения существует следующая причинно-следственная связь. Обработку выполняют при постоянной скорости вращения инструмента, что снижает рисочную дефектацию поверхности, обусловленную ударным воздействием абразивных зерен. Чистовую обработку осуществляют введением в зону обработки чистовых пакетов лепестков повышением давления СОТС и ее напорной подачей через каналы в корпусе круга, что обусловливает улучшение условий физико-химического взаимодействия на контактных участках. Напорным воздействием СОТС выполняется управляемое силовое нагружение обрабатываемой поверхности заготовки. Таким образом, обеспечиваются благоприятные условия процесса обработки, способствующие достижению улучшенных характеристик качества поверхности детали.

По имеющимся у автора сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению автора, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупность признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в машиностроении при чистовой абразивной обработке с получением технического результата, заключающегося в улучшении условий контакта в зоне обработки и эффективности воздействия на обрабатываемый материал, обусловливающего обеспечение достижения поставленной цели - повышения качества поверхности, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображена принципиальная схема осуществления способа: на фиг. 1 - этап черновой обработки; на фиг. 2 - этап чистовой обработки.

Лепестковым кругом 1 последовательно выполняют черновую и чистовую обработку заготовки 2. Черновую обработку осуществляют всухую жестко закрепленными черновыми пакетами 3 лепестков. Чистовую обработку осуществляют упруго установленными чистовыми пакетами 4 лепестков, чередующихся с черновыми пакетами в окружном направлении. Чистовые пакеты выдвигают, не изменяя скорости вращения инструмента, путем напорной подачи СОТС 5 при повышенным давлении p₂ > p₁ через каналы в корпусе круга.

Как показали результаты опытной проверки, при использовании заявляемого способа обеспечивается достижение следующих показателей. Абразивной обработке подвергали образцы, выполненные из титанового сплава ВТ22, HRC_э35...38 с исходной шероховатостью R_а = 2,5 мкм. Для черновой обработки применяли шлифовальную шкурку 14А40ПСФЖА, для чистовой - 14А6ПСФЖА по ГОСТ 13344-79. Скорость инструмента составляла ω = 100 с^-1. Выдвижение чистовых пакетов лепестков осуществляли напорной подачей СОТС под давлением в 2...2,2 атм через каналы в корпусе инструмента. В качестве СОТС использовали 3%-ый раствор продукта Укринол-1. Установлено достижение шероховатости поверхности образцов, соответствующей значениям R_а = 0,42...0,46 мкм. Использование способа - прототипа позволило достигнуть шероховатости с R_а ≥ 0,63 мкм.

Согласно данным проведенных экспериментов, заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает таким преимуществом, как возможностью повысить качество поверхности детали в 1,37...1,50 раза.

Заявляемый "способ абразивной обработки" представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит обеспечить внедрение новой технологии, позволяющей эффективно обрабатывать с высоким качеством трудно обрабатываемые материалы.

Заявляемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Изобретение возможно использовать в машиностроении для черновой и чистовой абразивной обработки деталей машин. Для повышения качества поверхности черновую и чистовую обработку выполняют последовательно одним лепестковым кругом с чередующимися в окружном направлении жестко закрепленными черновыми и упруго установленными выдвигающимися чистовыми пакетами лепестков при постоянной скорости вращения инструмента. Чистовые пакеты лепестков выдвигаются повышением давления смазочно-охлаждающей технологической среды и ее напорной подачей в зону обработки через каналы в корпусе круга. Обеспечиваются благоприятные условия контакта поверхностей в зоне резания, что определяет достижение улучшенных характеристик качества. 2 ил.

Способ абразивной обработки, включающий последовательные черновую и чистовую обработки одним лепестковым абразивным кругом с чередующимися в окружном направлении жестко закрепленными черновыми и упруго установленными выдвигающимися чистовыми пакетами лепестков, отличающийся тем, что чистовую обработку ведут, не изменяя скорость вращения инструмента, а чистовые пакеты лепестков выдвигают повышением давления смазочно-охлаждающей технологической среды и ее напорной подачей в зону обработки через каналы в корпусе круга.