СПОСОБ ПРЕРЫВИСТОГО ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2002 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 виброустойчивого прерывистого шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь.

Известен способ шлифования сборным шлифовальным кругом, выполненным в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклонных к плоскости вращения абразивных дисков [1] .

Недостатком известного способа является сложность процесса обработки, так как при шлифовании широких поверхностей необходимо осуществление продольной и поперечной подач.

При шлифовании же только с поперечной подачей места стыков дисков на обрабатываемой поверхности оставляют дефекты, что недопустимо. Кроме того, при глубинном шлифовании известным способом работать и изнашиваться будет впереди идущий круг, уменьшающий при своем износе виброустойчивость, прочность, которые ведут к снижению размерной и общей стойкости инструмента, качества и производительности обработки.

При этом известный способ не позволяет варьировать какими-либо параметрами конструкции с целью оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов, при смене режимов и при переходах с предварительного на окончательное шлифование.

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 виброустойчивость процесса шлифования из-за наличия участков с возрастающим и убывающим радиусом, которая ухудшает качество и сокращает производительность.

При этом известный способ не позволяет быстро варьировать какими-либо параметрами конструкции с целью оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов, при смене режимов и при переходах с предварительного на окончательное шлифование.

Задачей изобретения является повышение качества, производительности и виброустойчивости обработки шлифованием путем снижения теплонапряженности абразивного резания благодаря осцилляции зоны резания, а также прерыванию зоны резания в продольном направлении и автоматическому изменению величины продольного прерывания с целью оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов, при этом сам процесс резания оставлять непрерывным.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа прерывистого шлифования, включающего сообщение вращения и перемещения относительно обрабатываемого изделия сборному шлифовальному кругу в виде закрепленных в корпусе наклонно к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, абразивных дисков, причем используют сборный шлифовальный круг, у которого абразивные диски установлены с регулируемым осевым зазором друг относительно друга, при этом средний абразивный диск жестко закреплен на корпусе, а крайние жестко закреплены на подвижных планшайбах, соединенных пружиной и установленных на корпусе с возможностью одновременного симметричного осевого перемещения относительно среднего абразивного диска посредством средств регулирования их взаимного положения в виде гидроцилиндров, рабочие полости которых образованы корпусом и планшайбами.

По этому способу осуществляют предварительное и окончательное шлифование и выхаживание, при этом предварительное шлифование проводят с максимальным осевым зазором между абразивными дисками, а окончательное шлифование и выхаживание - с минимальным зазором.

Кроме того, по этому способу осуществляют шлифование и выхаживание, при этом шлифование проводят с постоянно изменяющимся осевым зазором между абразивными дисками, а выхаживание - с минимальным зазором.

Сущность предлагаемого способа прерывистого шлифования поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично показан сборный шлифовальный круг для осуществления предлагаемого способа прерывистого шлифования, вид сбоку, продольный разрез; на фиг. 2 - развертка следа сборного шлифовального круга, представленного на фиг. 1, на обрабатываемой поверхности заготовки при предварительном шлифовании с максимальными осевыми зазорами между абразивными дисками; на фиг. 3 - развертка следа сборного шлифовального круга, представленного на фиг. 1, на обрабатываемой поверхности заготовки при выхаживании с минимальными осевыми зазорами между абразивными дисками.

Предлагаемый способ прерывистого шлифования осуществляется сборным шлифовальным кругом, конструкция которого схематично представлены на фиг. 1. Кругу сообщают вращение и перемещение относительно обрабатываемого изделия.

Сборный шлифовальный круг, который крепят на шпинделе 1, содержит корпус 2, на котором расположены: на центральной шейке 3 - средний жестко закрепленный абразивный диск 4; на крайних шейках - планшайбы 5 и 6, стянутые пружинами 7, на которых закреплены абразивные диски 8 и 9.

Для работы по предлагаемому способу сборный шлифовальный круг имеет средство регулировки взаимного расположения и осевого перемещения подвижных абразивных дисков 8 и 9, выполненное в виде гидроцилиндров 10 и 11, при этом рабочие полости гидроцилиндров образованы крайними шейками корпуса, играющими роль неподвижных поршней, и планшайбами 5 и 6, выполняющими функции подвижных цилиндров.

Регулировка положения планшайб 5 и 6, а также закрепленных на них абразивных кругов 8 и 9 осуществляется гидроцилиндрами 10 и 11, подводящими каналами а, б, в и направляющей 12, которая предотвращает проворот планшайб относительно корпуса.

Направляющая 12 неподвижно запрессована в центральной шейке корпуса 1 и выполнена в виде втулки, в отверстии которой размещена стягивающая планшайбы 5 и 6 пружина 7 с помощью чеки 13.

Все сопрягаемые поверхности на пути движения жидкости, подаваемого под рабочим давлением, где она может вытекать, уплотнены резиновыми кольцами-уплотнителями 14. На торцах корпуса 1 установлены ограничители 15 хода подвижных планшайб с резиновыми шайбами - амортизаторами для предотвращения ударных нагрузок.

Работа шлифовального круга по предлагаемому способу заключается в следующем.

Подавая рабочее давление в полости гидроцилиндров 10 и 11, оно действует на планшайбы 5 и 6, жестко связанные с абразивными дисками 8 и 9, которые, перемещаясь, преодолевают сопротивление пружины 7.

Взаимное положение планшайб с закрепленными на них абразивными дисками определяется видом (предварительное или окончательное) шлифования, режимами резания и теплонапряженностью процесса шлифования.

В предлагаемом способе прерывистого шлифования происходит прерывание процесса резания для ряда поперечных сечений обрабатываемой заготовки в виду того, что зона контакта заготовки с периферийной режущей поверхностью абразивных дисков продольно перемещается - осциллирует. Эта осцилляция обеспечивается особенностью конструкции абразивных дисков, выраженная в том, что ось режущей части абразивного диска составляет острый угол с осью ступицы, являющейся осью вращения.

Кроме того, осцилляцию зоны резания можно осуществить также путем установки абразивных дисков под острым углом к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, с помощью, например, косых шайб [2] (на фиг. 1 не показаны).

С позиций оптимальной теплонапряженности, учитывая износостойкость, динамику и режущую способность, опыт эксплуатации осциллирующих, наклоненных под острым углом α к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, кругов показал, что угол наклона α, определяемый по формуле
α = arc tg(A_A/D),
где А_A - амплитуда наклоненного под углом абразивного диска;
D - наружный диаметр абразивного диска,
должен быть не более значения
α_max = arc tg(H_A/D),
где Н_A - высота абразивного диска.

Это условие позволяет иметь зону сплошного шлифования (см. фиг. 2 и 3), играет роль калибрующей части.

В предлагаемом способе прерывистого шлифования снижение температуры резания, направленной в деталь, в основном происходит за счет того, что режущая периферийная поверхность сборного круга в продольном сечении прерывистая благодаря осевым зазорам Z между абразивными дисками.

Необходимо заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появления прижогов, микротрещин и других дефектов шлифования при соотношении величин осевых зазоров Z и высот Н абразивных дисков 1: 2.

Оптимальное значение осевого зазора Z необходимо определять экспериментально для данных конкретных условий обработки и устанавливать путем изменения рабочего давления в системе.

Предлагаемый способ прерывистого шлифования сборным кругом, имеющим возможность управлять теплонапряженностью процесса путем регулирования осевого зазора между абразивными дисками, из которых состоит сборный круг, позволяет совместить достоинства прерывистого шлифования с обычным традиционным.

При этом появляется возможность использовать более твердые круги, которые в свою очередь позволяют увеличить стойкость и 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 крайние абразивные диски устанавливают на подвижные планшайбы, а средний - на неподвижный корпус, 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.

Типовая схема рабочего цикла шлифования состоит из этапов:
- предварительное шлифование, при котором осуществляется врезание и черновой съем и которое характеризуется ускоренной поперечной подачей круга, вызывающей непрерывное увеличение глубины срезаемого слоя t за счет нарастания упругого натяга в системе станок-приспособление-инструмент-деталь. Достигнув заданного максимального значения t, поперечная подача круга замедляется, стабилизируется глубина срезаемого слоя, и начинается черновой съем, при котором удаляется до 60. . . 70% общего припуска;
- окончательное шлифование, при котором поперечная подача круга снова снижается и шлифование протекает при непрерывно уменьшающейся величине t, способствующей повышению геометрической и размерной точности шлифуемой поверхности;
- выхаживание, при котором поперечная подача круга прекращается, величина t быстро уменьшается, достигая минимального значения; на этом этапе окончательно формируется качество шлифуемой поверхности [4] .

Предлагаемый способ осуществляют в три этапа: предварительное и окончательное шлифование и выхаживание, при этом предварительное шлифование проводят с максимальным осевым зазором между абразивными дисками, а окончательное шлифование и выхаживание - с минимальным зазором.

Предлагаемый способ можно осуществлять и в два этапа: шлифование и выхаживание, при этом шлифование проводят с постоянно изменяющимся осевым зазором между абразивными дисками, а выхаживание - с минимальным зазором.

Наличие угла наклона и зазора между абразивными дисками обеспечивают открытый доступ СОЖ в зону резания.

Предлагаемый способ прерывистого шлифования расширяет технологические возможности за счет осцилляции и прерывистой в продольном направлении режущей рабочей поверхности круга, обеспечивая снижение величины шероховатости обрабатываемой поверхности на 1-2 класса.

При этом улучшаются условия резания, самозатачиваемости и подачи СОЖ, позволяющие повысить качество и производительность обработки.

Пример. Проводили обработку отверстия цилиндра на внутришлифовальном станке мод. 3К228В. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-74, НВ 260, диаметр обработки 125 мм, длина - 90 мм, режущий инструмент - абразивные диски ПП 100•13•20 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 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^°42′, осевой зазор Z между абразивными дисками Z= 6,5 мм.

Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработку осуществляли за 20 проходов. Предварительное шлифование проводили с максимальным зазором между абразивными дисками Z_max= 6,5 мм, а окончательное - с минимальным Z_min= 1,5 мм и уменьшенной поперечной подачей 0,006 мм/дв. ход.

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 Т₀= 0,62 мин по сравнению с Т₀= 1,75 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.

Предлагаемый способ прерывистого шлифования позволяет вести обработку с постоянным циклическим повышением и понижением давления в гидросистеме, т. е. работать с постоянно циклически увеличивающимися до максимума и уменьшающимися до минимума осевыми зазорами, при этом реализуется принцип неповторяемости следа, так как последующие абразивные зерна не попадают в ранее прорезанные риски-царапины предыдущими зернами.

Это повышает эффективность процесса, качество и производительность способа прерывистого шлифования, улучшает условия самозатачиваемости инструмента.

Управление величиной прерывания осциллирующей зоны резания в продольном направлении позволяет ужесточить режимы резания, повысить виброустойчивость и снизить теплонапряженность шлифования.

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

Источники информации
1. Патент США 1976233, кл. 51-34, опубл. 1934.

2. RU 2123925 В 24 В 1/00, 5/02,7/02, заяв. 98102725/02, опуб. 27.12.98. Бюл. 36.

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

4. Наерман М. С. , Наерман Я. М. Руководство для подготовки шлифовщиков. - М. : Высш. шк. , - 1989. С. 56.

Изобретение относится к глубинному периферийному шлифованию материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин. Способ прерывистого шлифования осуществляют сборным шлифовальным кругом, который выполнен в виде закрепленных в корпусе с осевым зазором один относительно другого и наклонно к плоскости, перпендикулярной оси вращения, абразивных дисков. Кругу сообщают вращение и перемещение относительно обрабатываемого изделия. На корпусе размещены планшайбы с жестко закрепленными на них абразивными дисками, а также средства регулировки их взаимного расположения в виде гидроцилиндров. Рабочие полости гидроцилиндров образованы корпусом, на котором жестко закреплен средний абразивный диск, и упомянутыми выше планшайбами. Последние с абразивными дисками имеют возможность одновременно симметрично перемещаться относительно среднего абразивного диска. Использование данного шлифовального круга позволяет осуществлять предварительное шлифование с максимальным осевым зазором между абразивными дисками, а окончательное шлифование и выхаживание - с минимальным, либо осуществлять шлифование с постоянно изменяющимся осевым зазором между абразивными дисками, а выхаживание - с минимальным осевым зазором. Такие действия повышают эффективность процесса, качество и производительность прерывистого шлифования, улучшают условия самозатачиваемости инструмента. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ прерывистого шлифования, включающий сообщение вращения и перемещения относительно обрабатываемого изделия сборному шлифовальному кругу в виде закрепленных в корпусе наклонно к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, абразивных дисков, отличающийся тем, что используют сборный шлифовальный круг, у которого абразивные диски установлены с регулируемым осевым зазором друг относительно друга, при этом средний абразивный диск жестко закреплен на корпусе, а крайние - жестко закреплены на подвижных планшайбах, соединенных пружиной и установленных на корпусе с возможностью одновременного симметричного осевого перемещения относительно среднего абразивного диска посредством средств регулирования их взаимного положения в виде гидроцилиндров, рабочие полости которых образованы корпусом и планшайбами. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют предварительное и окончательное шлифование и выхаживание, при этом предварительное шлифование проводят с максимальным осевым зазором между абразивными дисками, а окончательное шлифование и выхаживание - с минимальным зазором. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют шлифование и выхаживание, при этом шлифование проводят с постоянно изменяющимся осевым зазором между абразивными дисками, а выхаживание - с минимальным зазором.