СБОРНЫЙ АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВИБРОУСТОЙЧИВОГО ПРЕРЫВИСТОГО ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК B24D5/16 B24D17/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к изготовлению абразивных инструментов, и может быть использовано для глубинного периферийного шлифования труднообрабатываемых материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для отделочной обработки деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь.

Известен сборный шлифовальный круг, на валу которого установлены два наклонных под углом к оси вращения диска, между которыми третий - перпендикулярно оси [1].

Недостатком известного круга является сложность процесса глубинного шлифования, так как обработку необходимо проводить с большими глубинами резания и заборным конусом. При шлифовании же известным сборным кругом работать и изнашиваться будет впереди идущий круг, уменьшающий при этом виброустойчивость, прочность, которые ведут к снижению размерной и общей стойкости инструмента, качества и производительности обработки. Кроме того, известный круг не позволяет оптимизировать теплонапряженность процесса при обработке различных материалов и варьировать какими-либо параметрами конструкции.

Известен сборный шлифовальный круг, выполненный в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклонных к плоскости вращения абразивных дисков [2].

Недостатком известного круга 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 сборным кругом работать и изнашиваться будет впереди идущий круг, уменьшающий при этом виброустойчивость, прочность, которые ведут к снижению размерной и общей стойкости инструмента, качества и производительности обработки. При этом известный круг не позволяет варьировать какими-либо параметрами конструкции с целью оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов.

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 с целью оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов.

Поставленная задача решается с помощью конструкции сборного абразивного инструмента для виброустойчивого прерывистого шлифования, который выполнен в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклонных под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, единичных абразивных дисков, причем он снабжен шайбами, имеющими непараллельные торцы, угол между которыми равен α/2, и попарно установленными с торцов инструмента с возможностью плавного регулирования угла наклона абразивных дисков от нуля до α пакетами тарельчатых пружин, расположенными между абразивными дисками, и плоскими шайбами, сопрягаемыми с внутренними торцами абразивных дисков, при этом угол α наклона последних выбран по формуле:
α = arctg(A_A/D),
где D - наружный диаметр инструмента,
А_А - амплитуда осцилляции зоны резания, определяемая по формуле:
A_A=0,5 HN-Z(N-1),
где N - число единичных абразивных дисков в инструменте;
Н - высота единичного абразивного диска;
Z - число единичных абразивных дисков в инструменте.

На фиг. 1 схематично показан сборный абразивный инструмент для виброустойчивого прерывистого шлифования, вид сбоку, частичный продольный разрез; на фиг. 2 - сборный абразивный инструмент, представленный на фиг.1, настроенный на угол α =0; на фиг.3 - вариант сборного абразивного инструмента, состоящего из трех единичных дисков и двух пакетов тарельчатых пружин между ними; на фиг. 4 - развертка следа сборного абразивного инструмента, представленного на фиг.1, на обрабатываемой поверхности заготовки.

Сборный абразивный инструмент для виброустойчивого прерывистого шлифования 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 плавной регулировки острого угла α наклона к плоскости, перпендикулярной оси вращения, благодаря шайбам 3 с непараллельными торцами, попарно установленными с торцов сборного абразивного инструмента.

Кроме того, абразивные диски 1 устанавливаются с возможностью плавной регулировки зазора Z между ними с помощью пакета тарельчатых пружин 4 (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 абразивном инструменте для виброустойчивого прерывистого шлифования устанавливают осевые зазоры Z между единичными 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_A/D),
где D - наружный диаметр круга;
А_А - амплитуда осцилляции зоны резания, возникающая благодаря наклону абразивных дисков, которая определяется из условия:
A_A=0,5 HN-Z(N-1);
Н - высота единичного абразивного диска;
N - число единичных абразивных дисков в сборном инструменте для виброустойчивого прерывистого шлифования;
Z - осевой зазор между абразивными дисками.

Известно [3], чтобы снизить теплонапряженность процесса шлифования, можно использовать прерывистые круги, имеющие на периферийной режущей поверхности впадины и выступы.

В предлагаемом сборном абразивном инструменте прерывание процесса резания происходит для ряда поперечных сечений обрабатываемой заготовки, например Б-Б; В-В; Г-Г и др. (см. фиг.4). 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 сборного абразивного инструмента 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.4), 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_A=0,5 NH-Z(N-1).

Таким образом, температура в зоне шлифования сборного абразивного инструмента 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, разрыву процесса удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появления дефектов шлифования.

Поэтому предлагаемый сборный абразивный инструмент для виброустойчивого прерывистого шлифования позволяет ужесточить режимы резания с гарантией бесприжоговой обработки, улучшить качество и повысить производительность.

В предлагаемом сборном абразивном инструменте в процессе обработки, чтобы сохранить принятую амплитуду осцилляции наклонно установленных абразивных дисков по мере износа и правки инструмента 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 инструмента осуществляется путем синхронного поворота одной шайбы 3 относительно другой в каждой паре установленных с каждого торца инструмента.

Это стало возможным благодаря непараллельным торцам шайб 3, угол между торцами которых берут равным α/2, где α - угол, определяемый по выше приведенной формуле. Кроме того, необходимо иметь в виду, что угол α надо брать из расчета максимально устанавливаемой амплитуды, которая принимается равной высоте единичного абразивного диска
α_max = arctg(H/D).
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 сборный абразивный инструмент для виброустойчивого прерывистого шлифования, составленный 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 - сплошным кругом.

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

Кроме того, снижается расход абразива на единицу съема металла.

Работа сборным абразивным инструментом для виброустойчивого прерывистого шлифования имеет свои особенности и заключается в следующем.

После сборки, при которой единичные абразивные диски 1 устанавливают под углом α с помощью двух шайб 3 с каждого торца сборного абразивного инструмента, 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 инструмента известными способами.

Шпинделю со сборным абразивным инструментом 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 обеспечивают открытый доступ СОЖ в зону резания.

Предлагаемый сборный абразивный инструмент 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 инструмента. При этом улучшаются условия резания, самозатачиваемости и подачи СОЖ, позволяющие повысить качество и производительность обработки.

Пример применения конструкции сборного абразивного инструмента для обработки отверстия втулки.

Материал обрабатываемой заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-74, НВ 260, диаметр обработки 130 мм, длина - 60 мм, режущий инструмент - абразивные диски ПП 100x13x20 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 инструмента - 0,012 мм/дв.ход.

Количество единичных абразивных дисков в сборном абразивном инструменте - 3 шт, амплитуду осцилляции инструмента устанавливали А_А=6,5 мм, угол наклона дисков к плоскости, перпендикулярной оси вращения, α =3^o 42', 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 40x20x1x1,5 ГОСТ 3057-79.

Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработку осуществляли за 20 проходов.

Абразивная обработка предлагаемым сборным абразивным инструментом для 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=0,42 мин по сравнению с Т_о=1,2 мин при обработке обычным кругом - позволяет судить о том, что предлагаемый сборный абразивный инструмент повышает производительность в 2,5-3 раза благодаря преимуществам прерывистого шлифования при непрерывном процессе.

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

Предлагаемый сборный абразивный инструмент для виброустойчивого прерывистого шлифования может найти применение на любых металлообрабатывающих предприятиях, занимающихся шлифованием труднообрабатываемых материалов, и позволяет в результате изменение утла наклона единичных дисков, из которых составлен сборный инструмент, 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 1194662 А, В 24 D 5/00, 3687557/25-08, 06.01.84, 30.11.85. Бюл. 44.

2. Патент US 1976233, кл. В 24 D 5/00, 28.10.1929 г.

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

Изобретение относится к технологии машиностроения, к изготовлению абразивных инструментов и может быть использовано для глубинного периферийного шлифования труднообрабатываемых материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для отделочной обработки деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь. Инструмент выполнен в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклоненных под острым углом α к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, единичных абразивных дисков. С торцов инструмента попарно установлены шайбы с непараллельными торцами, угол между которыми равен α/2. Они дают возможность плавного регулирования угла наклона абразивных дисков от нуля до α. Между абразивными дисками расположены пакеты тарельчатых пружин, а с внутренними торцами дисков сопряжены плоские шайбы. Приведена зависимость для выбора угла наклона α абразивных дисков. Использование такой конструкции инструмента ведет к повышению виброустойчивости, качества и производительности обработки шлифованием путем снижения теплонапряженности абразивного резания благодаря прерыванию процесса обработки для некоторых поперечных сечений обрабатываемой поверхности при непрерывном шлифовании. 4 ил.

Сборный абразивный инструмент для виброустойчивого прерывистого шлифования, выполненный в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклоненных под острым углом α к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, единичных абразивных дисков, отличающийся тем, что он снабжен шайбами, имеющими непараллельные торцы, угол между которыми равен α/2, и попарно установленными с торцов инструмента с возможностью плавного регулирования угла наклона абразивных дисков от нуля до α пакетами тарельчатых пружин, расположенными между абразивными дисками, и плоскими шайбами, сопрягаемыми с внутренними торцами абразивных дисков, при этом угол α наклона последних выбран по формуле
α = arctg(A_A/D),
где D - наружный диаметр инструмента;
А_А - амплитуда осцилляции зоны резания, определяемая по формуле
А_А= 0,5НN-Z(N-1),
где N - число единичных абразивных дисков в инструменте;
Н - высота единичного абразивного диска;
Z - число единичных абразивных дисков в инструменте.