СБОРНЫЙ ПРОДОЛЬНО-ПРЕРЫВИСТЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ Российский патент 2002 года по МПК B24D5/00 

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 сборный шлифовальный круг, выполненный в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклонных к плоскости вращения абразивных дисков [1].

Недостатками известного круга являются 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, конструкция круга не позволяет прогнозировать степень снижения теплонапряженности процесса шлифования.

Известен сборный шлифовальный круг, выполненный в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклонных к плоскости вращения абразивных дисков, которые развернуты один относительно другого на 1/N часть оборота, где N - количество дисков в наборе, при этом величина осевого зазора определяется по приведенной формуле [2].

Недостатком известного круга является невозможность прогнозирования степени снижения теплонапряженности процесса шлифования.

Задачей изобретения является повышение качества и производительности обработки шлифованием путем прогнозирования 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 в зависимости от степени снижения теплонапряженности.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого сборного продольно-прерывистого шлифовального круга, содержащего абразивные диски, закрепленные на общей оправке с осевым зазором один относительно другого и наклонные для осцилляции зоны резания под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения шлифовального круга, при этом абразивные диски установлены на общей оправке посредством фланцев с возможностью изменения угла α наклона, осевого зазора Z между дисками и числа N абразивных дисков, причем осевой зазор Z определен по формуле
Z=(K_ТHN-A_A)/(N-1),
где N - число абразивных дисков в сборном шлифовальном круге;
Н - высота абразивного диска;
А_А - амплитуда осцилляции зоны резания, обусловленная углом α наклона абразивного диска и выбранная из условия A_A≤H;
К_Т - коэффициент, зависящий от степени понижения температуры Т в зоне резания и выбранный из ряда его значений 0,2; 0,3; 0,5; и 0,75 для снижения Т(%) соответственно на 10; 20; 30; и 40.

Кроме того, в качестве оправки использована гидропластмассовая разжимная оправка, а абразивные диски установлены на ней с возможностью из центрирования с заданным осевым зазором.

Сущность конструкции предлагаемого сборного продольно-прерывистого шлифовального круга поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично показан сборный шлифовальный круг для продольно-прерывистого шлифования, вид сбоку, продольный разрез по Б-Б на фиг.3; на фиг. 2 - общий вид сбоку; на фиг.3 - вид по А на фиг.1; на фиг.4 - вариант конструкции абразивного диска; на фиг.5 и 6 - развертка следов абразивных дисков на обрабатываемой поверхности заготовки соответственно с максимальными и минимальными осевыми зазорами между ними.

Предлагаемый сборный продольно-прерывистый шлифовальный круг состоит из единичных абразивных дисков, закрепленных на общей оправке с осевым зазором Z один относительно другого. Абразивные диски 1, количество которых зависит от конкретных условий обработки (например, широких поверхностей и т.п.), крепятся на шпинделе 2 через гидропластмассовую оправку 3.

Оправка 3 состоит из корпуса 4, гильзы 5, резьбовой пробки 6 и гидропластмассы 7, которая используется в качестве наполнителя, передающего давление практически по закону Паскаля [3]. Состав и характеристика гидропластмассы марки СМ: полихлорвиниловая смола марки М - 20%; дибутилфталат (пластификатор) - 78%; стеарат кальция (стабилизатор) - 2%.

Тонкостенная гильза 5 (например, для оправки диаметром 50-60 мм толщина стенки составляет 1,3-1,5 мм) точно центрирует и равномерно закрепляет единичные абразивные диски 1, которые предварительно установлены на фланцах 8 и закреплены кольцами 9 с помощью болтов 10.

Гидропластмассовая разжимная оправка 3 точно центрирует и равномерно закрепляет абразивные диски 1 с заданным осевым зазором Z, который задается набором проставочных колец 11. Предварительное осевое крепление абразивных дисков 1 на оправке 3 производится гайкой 12.

Конструкция абразивных дисков 1, представленная на фиг.4, позволяет компактно расположить их в сборном шлифовальном круге, но требует специальной формовки при их изготовлении. Особенностью конструкции абразивных дисков 1 является то, что их периферийная рабочая часть расположена под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, а ступица - перпендикулярно.

При некотором изменении конструкции фланцев 8 и колец 9, позволяющих закреплять абразивные диски под углом к оси вращения, возможно использование стандартных абразивных дисков.

Известно [4] , что снизить теплонапряженность процесса шлифования можно путем использования прерывистых кругов, имеющих на периферийной режущей поверхности впадины и выступы.

В предлагаемом сборном продольно-прерывистом шлифовальном круге также происходит прерывание процесса резания для ряда поперечных сечений обрабатываемой заготовки, например, сеч. Б-Б; В-В; Г-Г и др. (см. фиг.5). 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 [4, 5] эксплуатации прерывистых кругов показал, что соотношением впадин и выступов можно регулировать температуру в зоне шлифования.

Для предлагаемого сборного продольно-прерывистого шлифовального круга 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. 5 и 6) равно К_Т - коэффициенту, зависящему от степени снижения температуры Т
S/S_К=К_Т.

Площади S и S_К приближенно можно определить по формулам
S≅A_AπD+Z(N-1)πD,
S_к≅πDHN,
где N - число абразивных дисков в сборном шлифовальном круге;
Н - высота абразивного диска;
А_А - амплитуда осцилляции зоны резания, возникающая благодаря наклону абразивного диска под углом α, которая может принимать значения не более A_A≤H;
Тогда отношение площадей будет равно
S/S_К=[A_АπD+Z(N-1)πD]/(πDHN).

Преобразовав, получим
K_Т=[А_А+Z(N-1)]/HN.

Решим относительно Z
Z=(К_ТHN-А_А)/(N-1).

Коэффициент К_Т, зависящий от степени снижения температуры шлифования (Т%), при режимах обработки, выбранных по существующим рекомендациям и нормативам, согласно опыту использования и эксплуатации прерывистых шлифовальных кругов [4, 5] принимает значения
Т% - 10, 20, 30, 40.

K_T - 0,2; 0,3; 0,5; 0,75.

Таким образом, задаваясь осевым зазором между абразивными дисками и углом наклона их, можно прогнозировать степень снижения температуры в зоне шлифования.

Температура в зоне шлифования сборного круга для конкретного поперечного сечения заготовки понижается, так как обработка производится с определенными интервалами и продолжительностью 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 предварительно рассчитанных интервалов, полученных как благодаря наклону абразивных дисков, так и осевому зазору между ними, разрыва процесса удается предсказать степень снижения температуры в зоне резания и избежать появления дефектов шлифования.

Поэтому предлагаемый сборный продольно-прерывистый шлифовальный круг позволяет ужесточить режимы резания с гарантией бесприжоговой обработки, улучшить качество и повысить производительность.

Предлагаемый сборный продольно-прерывистый шлифовальный круг, 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 - сплошными кругами.

С увеличением амплитуды А_А осцилляции зоны резания, которая возникает благодаря наклону абразивного диска под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, улучшаются условия охлаждения, а именно увеличивается время прерывания процесса резания для данного поперечного сечения заготовки (например, В-В, фиг.5). При этом уменьшается ширина зоны сплошного шлифования (см. фиг.5 и 6), которая является калибрующей частью абразивного диска и от которой зависит окончательное профилирование, шероховатость и качество обрабатываемой поверхности. Для каждого конкретного случая оптимальная величина амплитуды А_А определяется опытным путем, но она должна быть не более высоты диска A_А≤H.

Конструкция круга позволяет увеличить прочность инструмента, виброустойчивость процесса и площадь резания, захватываемую осциллирующим составным кругом, качество и производительность.

Кроме того, снижается расход абразива на единицу съема металла.

Работа сборного шлифовального круга заключается в следующем. После сборки, при которой единичные абразивные диски 1 устанавливают на гидропластмассовой оправке 3, предварительно закрепив на фланцах 8 и кольцах 9 с помощью болтов 10, осевой зазор Z устанавливают набором проставочных колец 11, производят правку круга известным способом.

Шпинделю со сборным шлифовальным крутом 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.

В зависимости от материала обрабатываемой заготовки, его твердости, требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности и других конкретных условий обработки можно прогнозировать любую теплонапряженность процесса благодаря выбору геометрических параметров (например, D, N, Z, α, А_А, Н) сборного шлифовального круга.

Предлагаемый сборный шлифовальный крут 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.

С помощью сборного продольно-прерывистого шлифовального круга 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 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 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^o 42', осевой зазор Z между абразивными дисками устанавливали с помощью пакетов проставочных колец 11. Для снижения температуры в зоне контакта абразивных дисков с обрабатываемой поверхностью на 10% устанавливали зазор Z₁=l мм; на 20% - Z₂=2,3 мм; на 30% - Z₃=6,9 мм; на 40% - Z₄=11,2 мм.

Охлаждающая жидкость - эмульсия.

Абразивная обработка предлагаемым сборным продольно-прерывистым шлифовальным кругом позволила в 1,5-2,5 раза увеличить подачу на двойной ход, при котором получена качественная обработанная поверхность требуемой шероховатости (R_а=0,63 мкм) без дефектов, прижогов и микротрещин.

Затраченное на обработку время - Т₀ ^Z1=0,86 мин; T₀ ^Z2=0,71 мин; T₀ ^Z3=0,55 мин; T₀ ^Z4=0,41 мин (где Т₀ ^Z1; T₀ ^Z2; Т₀ ^Z3; Т₀ ^Z4 - основное машинное время на обработку сборным шлифовальным кругом с зазором между абразивными дисками соответственно при Z₁=1 мм; Z₂=2,3 мм; Z₃=6,9 мм; Z₄=11,2 мм) по сравнению с Т₀= 1,15 мин - при обработке обычным кругом, позволяет судить о том, что предлагаемый сборный круг повышает производительность в 1,5-3 раза благодаря преимуществам продольно-прерывистого шлифования при непрерывном процессе и прогнозировать степени снижения теплонапряженности в зоне контакта.

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

Предлагаемый сборный продольно-прерывистый шлифовальный круг может найти применение на любых металлообрабатывающих предприятиях, занимающихся шлифованием труднообрабатываемых материалов, и позволяет в результате изменения угла наклона абразивных 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 и прогнозирования снижения температуры в зоне контакта.

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

2. А.с. 689823, МКИ В 24 5/00. Сборный шлифовальный круг. Купносов А.Д., Борисов В.А. Заявка 2530982/25-08, заявл. 28.09.1977, опубл. 05.10.1979, БИ 37 - прототип.

3. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. / Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред. ) и др. - М.: Машиностроение, 1984 - Т. 2 / Под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В. Данилевского. 1984. С. 527-537.

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

5. Якимов А.В. Алмазно-абразивная обработка фасонных поверхностей. - М.: Машиностроение, - 1984. С. 118-124.

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. Сборный продольно-прерывистый шлифовальный круг выполнен в виде закрепленных на общей оправке с осевым зазором один относительно другого и наклонных к плоскости, перпендикулярной оси вращения, абразивных дисков. Диски установлены на фланцах с возможностью изменения угла α наклона, осевого зазора между дисками и числа дисков. Приведена расчетная формула для определения зазора в зависимости от числа абразивных дисков в сборном шлифовальном круге, высоты абразивного диска, амплитуды осцилляции зоны резания, возникающей благодаря наклону абразивного диска под углом α, и от степени понижения температуры в зоне резания. Использование осцилляции зоны резания и прерывание последней в продольном направлении позволяет ужесточить режимы резания, повысить виброустойчивость и снизить теплонапряженность шлифования. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Сборный продольно-прерывистый шлифовальный круг, содержащий абразивные диски, закрепленные на общей оправке с осевым зазором один относительно другого и наклоненные для осцилляции зоны резания под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения шлифовального круга, отличающийся тем, что абразивные диски установлены на общей оправке посредством фланцев с возможностью изменения угла α наклона, осевого зазора Z между дисками и числа N абразивных дисков, при этом осевой зазор определен по формуле
Z= (K_THN-A_A)/(N-1),
где N - число абразивных дисков в сборном шлифовальном круге;
Н - высота абразивного диска;
А_А - амплитуда осцилляции зоны резания, обусловленная углом α наклона абразивного диска и выбранная из условия А_А≤Н;
К_Т - коэффициент, зависимый от степени понижения температуры Т в зоне резания и выбранный из ряда его значений 0,2; 0,3; 0,5 и 0,75 для снижения Т(%) соответственно на 10; 20; 30 и 40. 2. Сборный круг по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оправки использована гидропластмассовая разжимная оправка, а абразивные диски установлены на ней с возможностью их центрирования с заданным осевым зазором.