СПОСОБ ВИБРОУСТОЙЧИВОГО ПРЕРЫВИСТОГО ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B24B1/00 B24D17/00 

Изобретение относится к глубинному периферийному шлифованию материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь.

Известен способ прерывистого шлифования, при котором обработку ведут кругом, каждый участок которого ограничен выпуклой кривой, и направление вращения круга периодически реверсируют [1].

Недостатком способа является сложность получения выпуклых кривых рабочей поверхности круга, поддержание необходимой кривизны в рабочем состоянии и трудоемкость правки такой поверхности, при этом наличие участков с возрастающим и убывающим радиусом приводит к вибрациям, которые снижают производительность и качество обработки.

Кроме того, периодическое реверсирование, сопровождающееся большими инерционными силами и моментами, приводит к быстрому износу механизма привода, снижению качества и производительности обработки.

Известен способ прерывистого шлифования, осуществляемый шлифовальным кругом, который составлен из нескольких элементарных отрезных кругов, установленных под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения [2]. Угол установки зависит от глубины шлифования и наружного диаметра круга, при этом правку по мере затупления и засаливания круга производят при нулевом угле установки.

Недостатком способа является снижение виброустойчивости процесса шлифования из-за наличия участков с возрастающим и убывающим радиусом, которая ухудшает качество и сокращает производительность.

Задачей изобретения является повышение виброустойчивости, качества и производительности обработки шлифованием путем снижения теплонапряженности абразивного резания благодаря прерыванию процесса обработки для некоторых поперечных сечений обрабатываемой поверхности при непрерывном шлифовании, т. е. благодаря осцилляции зоны резания, а также прерыванию зоны резания в продольном направлении и изменению величины продольного прерывания.

Поставленная задача решается с помощью способа виброустойчивого прерывистого шлифования, включающего сообщение вращения и перемещения относительно обрабатываемого изделия шлифовальному кругу в виде единичных абразивных дисков, наклонно закрепленных для создания осцилляции зоны резания на общем валу под углом α к плоскости, перпендикулярной оси его вращения и установленных с возможностью регулирования угла α наклона, при этом используют шлифовальный круг с единичными абразивными дисками, установленными друг относительно друга с осевым зазором не более половины высоты абразивного диска и с возможностью его изменения, а амплитуду осцилляции зоны резания А_А и угол наклона абразивных дисков определяют соответственно по формулам
A_А = 0,5HN - Z(N-1),
α = arctg(A_А/D),
где H - высота единичного абразивного диска;
N - число единичных абразивных дисков в шлифовальном круге;
Z - осевой зазор между упомянутыми дисками;
D - наружный диаметр круга.

Сущность предлагаемого способа виброустойчивого прерывистого шлифования поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично показан сборный шлифовальный круг для осуществления предлагаемого способа виброустойчивого прерывистого шлифования, вид сбоку, частичный продольный разрез; на фиг. 2 - развертка следа сборного шлифовального круга, представленного на фиг. 1, на обрабатываемой поверхности заготовки.

Предлагаемый способ виброустойчивого прерывистого шлифования осуществляется сборным абразивным инструментом, устройство которого следующее.

Сборный шлифовальный круг состоит из единичных абразивных дисков 1, закрепленных на общем валу с осевым зазором Z один относительно другого. Абразивные диски 1, количество которых зависит от конкретных условий обработки, крепятся на валу 2 с возможностью регулировки угла α наклона к плоскости, перпендикулярной оси вращения благодаря шайбам 3 с непараллельными торцами, попарно установленными с торцов сборного круга.

Кроме того, абразивные диски 1 устанавливаются с возможностью плавной регулировки зазора Z между ними с помощью пакета тарельчатых пружин (например, изготовленных по ГОСТ 3057-79 или другой конструкции), которые опираются на плоские шайбы 5, контактирующие с внутренними торцами абразивных дисков 1.

Необходимое усилие зажима абразивных дисков 1 осуществляется гайками 6 и регулируется количеством тарельчатых пружин 4 в пакетах между дисками. В составленном таким образом сборном шлифовальном круге устанавливают осевые зазоры Z между абразивными дисками не более половины их высоты.

При этом абразивные диски с помощью шайб 3 устанавливают под углом α, определяемым по формуле
α = arctg(A_А/D),
где D - наружный диаметр круга;
А_А - амплитуда осцилляции зоны резания, возникающая благодаря наклона абразивных дисков, которая определяется из условия
A_А = 0,5HN - Z(N-1),
где H - высота единичного абразивного диска;
N - число единичных абразивных дисков в сборном шлифовальном круге;
Z - осевой зазор между абразивными дисками.

Известно [3] , что снизить теплонапряженность процесса шлифования можно путем использования прерывистых кругов, имеющих на периферийной режущей поверхности впадины и выступы.

В предлагаемом способе прерывистого шлифования также происходит прерывание процесса резания для ряда поперечных сечений обрабатываемой заготовки, например, Б-Б; В-В; Г-Г и др. (см. фиг. 2). Это прерывание обеспечивается как благодаря наклону абразивных дисков к оси вращения, так и осевому зазору Z между ними.

С позиций оптимальной теплонапряженности, учитывая износостойкость, динамику и режущую способность, опыт [3] эксплуатации прерывистых кругов показал, что соотношение впадин и выступов должно быть не более 0,5.

Для предлагаемого способа виброустойчивого прерывистого шлифования сборным кругом это значит, что отношение площади S, не контактирующей с кругом за его один оборот, к площади S_к контакта абразивных дисков с обрабатываемой поверхностью, т.е. площади резания (заштрихованные поверхности, ограниченные синусоидами, см. фиг. 2), равно 0,5
S/S_к = 0,5.

Площади S и S_к приближенно можно определить по формулам
S ≅ A_AπD+Z(N-1)πD,
S_к≅ πDHN.
Тогда отношение площадей будет равно
S/S_к= [A_AπD+Z(N-1)πD]/(πDHN).
Откуда
A_А = 0,5NH - Z(N-1).

Таким образом, температура в зоне шлифования сборного круга для конкретного поперечного сечения заготовки понижается, так как обработка производится с определенными интервалами и продолжительность резания между этими интервалами сделана меньше времени теплового насыщения металла, а за время разрыва процесса происходит охлаждение поверхности детали.

Под тепловым насыщением понимают такое состояние поверхности, когда ее температура достигает максимума и сохраняется определенное время. При этом состоянии возможно образование дефектов, ухудшающих эксплуатационные свойства деталей.

За счет интервалов, полученных как благодаря наклону абразивных дисков, так и осевому зазору между дисками, разрыва процесса удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появления дефектов шлифования.

Поэтому предлагаемый способ виброустойчивого шлифования позволяет ужесточить режимы резания с гарантией бесприжоговой обработки, улучшить качество и повысить производительность.

Согласно предлагаемому способу в процессе обработки, чтобы сохранить принятую амплитуду осцилляции наклонно установленных абразивных дисков по мере износа и правки круга и уменьшения его наружного диаметра D, необходимо через определенное время изменять угол α наклона дисков в сторону увеличения, дабы сохранить время интервала прерывания резания и охлаждения заготовки.

Изменение угла наклона абразивных дисков в конструкции сборного круга осуществляется путем синхронного поворота одной шайбы 3 относительно другой в каждой паре установленных с каждого торца круга.

Рекомендуемый осевой зазор Z между абразивными дисками, как показала практика, принимается равным не более половины их высоты. Оптимальное значение осевого зазора Z необходимо определять экспериментально и устанавливать путем поджима и закручивания гаек 6 или изменением количества тарельчатых пружин 4 в пакете между абразивными дисками.

Предлагаемый способ виброустойчивого прерывистого шлифования сборным кругом, составленным из нескольких единичных абразивных дисков с осевым зазором Z и установленных под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, позволяет совместить достоинства прерывистого шлифования с обычным традиционным - сплошными кругами.

При этом увеличиваются прочность инструмента, виброустойчивость процесса и площадь резания, захватываемая осциллирующим составным кругом, качество и производительность.

Кроме того, снижается расход абразива на единицу съема металла.

Работа сборного шлифовального круга по предлагаемому способу заключается в следующем. После сборки, при которой единичные абразивные диски 1 устанавливают под углом α с помощью двух шайб 2 с каждого торца сборного шлифовального круга, причем плавная регулировка угла осуществляется путем проворота одной шайбы относительно другой синхронно с каждого торца, и осевой зазор Z устанавливают набором пакета тарельчатых пружин 4, производят правку круга известными способами.

Шпинделю со сборным шлифовальным кругом сообщают вращательное движение, заготовке - движения подачи вдоль и поперек обрабатываемой поверхности при обработке плоскостей или заготовку вращают и передают относительное движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности и врезание на каждый одинарный или двойной ход стола при круглом шлифовании. Наличие угла наклона и зазора между единичными абразивными дисками обеспечивает открытый доступ СОЖ в зону резания.

Предлагаемый способ обеспечивает снижение величины шероховатости обрабатываемой поверхности на 1-2 класса и расширение технологических возможностей за счет осцилляции и прерывистой в продольном направлении режущей рабочей поверхности круга. При этом улучшаются условия резания, самозатачиваемости и подачи СОЖ, позволяющие повысить качество и производительность обработки.

Пример. Проводили обработку отверстия гильзы на внутришлифовальном станке мод. 3К228В. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-74, НВ 260, диаметр обработки 130 мм, длина 60 мм, режущий инструмент - абразивные диски ПП 100х13х20 24А 25П С2 5 К8 А. Режимы обработки: скорость заготовки 40,8 м/мин (100 об/мин), скорость вращения инструмента 31,4 м/с, частота вращения инструмента 6000 об/мин, минутная продольная подача S_пр= 5390 мм/мин, поперечная подача круга 0,012 мм/дв.ход.

Количество единичных абразивных дисков в сборном шлифовальном круге 3 шт. , амплитуду осцилляции круга устанавливали А_А = 6,5 мм, угол наклона дисков к плоскости, перпендикулярной оси вращения, α = 3^o42', осевой зазор Z между абразивными дисками Z = 6,5 мм устанавливали с помощью двух пакетов тарельчатых пружин по 4 шт. в каждом.

Конструкция тарельчатых пружин - по ГОСТ 3057-79, наружный диаметр 40 мм, внутренний 20 мм, толщина листа, из которого вырублена пружина, 1 мм, максимально допустимая величина прогиба каждой пружины 1,5 мм, высота ненагруженной пружины 2,5 мм, нагруженной 1,62 мм, усилие зажима 1275 Н. Обозначение по ГОСТ - НД 40х20х1х1,5 ГОСТ 3057-79.

Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработку осуществляли за 20 проходов.

Абразивная обработка по предлагаемому способу виброустойчивого прерывистого шлифования позволила в 2,5 раза увеличить подачу на двойной ход, при котором получена качественная обработанная поверхность требуемой шероховатости (R_a = 0,63 мкм) без дефектов, прижогов и микротрещин.

Затраченное на обработку время Т_о = 0,41 мин по сравнению с Т_о = 1,15 мин - при обработке обычным кругом позволяет судить о том, что предлагаемый способ повышает производительность в 2,5-3 раза благодаря преимуществам прерывистого шлифования при непрерывном процессе.

Использование осцилляции зоны резания и прерывание последней в продольном направлении позволяют ужесточить режимы резания, повысить виброустойчивость и снизить теплонапряженность шлифования.

Предлагаемый способ виброустойчивого прерывистого шлифования может найти применение на любых металлообрабатывающих предприятиях, занимающихся шлифованием труднообрабатываемых материалов, и позволяет в результате изменения угла наклона единичных дисков, из которых составлен сборный круг, и осевого зазора между ними повысить производительность обработки за счет оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов и качество процесса за счет осцилляции зоны резания.

Источники информации
1. SU 1726223 A1, B 24 D 5/14, з-ка 4669669/08, 30.03.89, опубл. 15.04.92, БИ 14.

2. RU 2123925 C1, B 24 B 1/00, 5/02, 7/02, з-ка 98102725/02, опубл. 27.12.98, БИ 36.

3. Якимов А. В. Оптимизация процессов шлифования. М., Машиностроение, 1975. С 45-58.

Изобретение относится к глубинному периферийному шлифованию материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь. Способ включает сообщение вращения и перемещения относительно обрабатываемого изделия шлифовальному кругу, который выполнен в виде единичных абразивных дисков. Диски закрепляют наклонно для создания осцилляции зоны резания на общем валу под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, и устанавливают с возможностью регулирования угла α наклона. Диски устанавливают друг относительно друга с осевым зазором не более половины высоты абразивного диска с возможностью его изменения. Приведены зависимости для определения амплитуды осцилляции зоны резания и угла наклона абразивных дисков. Использование способа ведет к повышению виброустойчивости, качества и производительности обработки шлифованием путем снижения теплонапряженности абразивного резания. 2 ил.

Способ виброустойчивого прерывистого шлифования, включающий сообщение вращения и перемещения относительно обрабатываемого изделия шлифовальному кругу в виде единичных абразивных дисков, наклонно закрепленных для создания осцилляции зоны резания на общем валу под углом α к плоскости, перпендикулярной оси его вращения, и установленных с возможностью регулирования угла α наклона, отличающийся тем, что используют шлифовальный круг с единичными абразивными дисками, установленными друг относительно друга с осевым зазором не более половины высоты абразивного диска и с возможностью его изменения, а амплитуду осцилляции зоны резания А_А и угол наклона абразивных дисков определяют соответственно по формулам
А_А=0,5HN-Z(N-1),
α=arctg(А_А/D),
где Н - высота единичного абразивного диска;
N - число единичных абразивных дисков в шлифовальном круге;
Z - осевой зазор между упомянутыми дисками;
D - наружный диаметр шлифовального круга.