СБОРНЫЙ ПРОДОЛЬНО-ПРЕРЫВИСТЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ Российский патент 2003 года по МПК B24D17/00 B24B5/10 B24B7/10 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к креплению шлифовальных кругов для глубинного периферийного шлифования 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].

Недостатком известного решения является малый период бесприжоговой работы круга при глубинном и обдирочном шлифовании. В процессе шлифования часть металла, снимаемого предыдущим по ходу продольной подачи диском, заполняет поры последующего, что приводит к его "засаливанию", снижению режущей способности круга и, как следствие, к увеличению теплонапряженности в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью, т.е. возникновению прижогов и микротрещин.

В качестве прототипа взят известный комбинированный инструмент с расположенными в нем шлифовальным кругом и диском с абразивными разжимными в радиальном направлении брусками, при этом рабочие слои инструментов выполняют с аксиальным смещением в направлении продольной подачи для осуществления продольного возвратно-поступательного осциллирующего движения [2]. Абразивные бруски на диске устанавливают из условия их обката в круговом направлении по обрабатываемой поверхности.

Известный инструмент имеет существенные недостатки. Небольшие по толщине слои абразива на диске и брусках сокращают длительность эксплуатации комплекта и требуют частой замены на новые. Кроме того, вход абразивных брусков в контакт с заготовкой сопровождается ударом, который ведет:
- к выкрашиванию абразива на боковых сторонах брусков;
- появлению глубоких вмятин и царапин на обрабатываемой поверхности;
- появлению вибраций.

Все это ухудшает качество и снижает производительность.

Задача изобретения - повышение стойкости и технологичности изготовления инструмента, производительности и качества обработки, а так же увеличение периода бесприжоговой работы круга за счет снижения теплонапряженности в зоне обрабатываемой поверхности за счет использования бегущего контакта и комбинированного инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого сборного продольно-прерывистого шлифовального круга, содержащего абразивные диски, расположенные на общем шпинделе с осевым зазором один относительно другого и наклоненные под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, при этом он содержит нечетное количество абразивных дисков, по меньшей мере три, средний из которых выполнен на гибкой связке и установлен с возможностью вращения относительно шпинделя посредством втулки, выполненной из условия расположения осей ее внутренней и наружной поверхностей под углом α, и роликового радиального игольчатого подшипника, внутреннее кольцо которого выполнено в виде упомянутой втулки.

Кроме того, абразивные диски, за исключением среднего, выполнены в виде цилиндра с основаниями, расположенными под углом α к плоскости, перпендикулярной образующей и продольной оси цилиндра, а средний абразивный диск - в виде прямого цилиндра диаметром D_c большим, чем диаметр D_к крайних дисков, определяемым по формуле
D_c=D_к/cos α.

Сущность конструкции сборного продольно-прерывистого круга поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого сборного продольно-прерывистого круга; на фиг.2 - развертка следа продольно-прерывистого круга на обрабатываемой поверхности.

Предлагаемый инструмент 1 служит для реализации способа комбинированной абразивной обработки, при котором заготовке 2 и инструменту 1 сообщают вращательные движения и движения подачи S_пр вдоль обрабатываемой поверхности. При этом инструмент 1 берут сборным в виде нечетного количества абразивных дисков с аксиальным смещением в направлении продольной подачи рабочего слоя. Сборный минимум из трех шлифовальных дисков 3, 4 и 5 круг имеет средний 4 диск не закрепленный жестко на шпинделе, а обкатывающийся в круговом направлении по обрабатываемой поверхности.

Средний диск 4 берут на гибкой основе и устанавливают под углом α, равным углу аксиального смещения режущего слоя крайних дисков 3 и 5, которые выполнены в виде цилиндра диаметром D_к с основаниями, расположенными под углом α к плоскости, перпендикулярной образующей и продольной оси. Установка среднего диска 4 осуществляется с помощью втулки 6, у которой оси наружной и внутренней поверхностей выполнены под углом α, и роликового радиального игольчатого подшипника 7 (например, типа 24000 по ГОСТ 4657-71).

Кроме того, втулка 6 выполнена как внутреннее кольцо подшипника.

Такая конструкция крепления позволяет обкатывать средний диск 4 в круговом направлении по обрабатываемой поверхности и осуществлять движения его режущих зерен в продольном направлении.

При работе предлагаемого сборного круга 1 за пол-оборота шпинделя зона резания "б-в", находящаяся на периферии шлифовальных дисков 3 и 5, переместится в положение "б₁-в₁", а за вторые пол-оборота она вернется в исходное положение. Следовательно, за полный оборот шпинделя инструмента 1 со шлифовальными дисками 3 и 5 все их периферийные точки зон резания совершат перемещение вдоль оси вращения, равное величине амплитуды А. Благодаря такому аксиальному смещению рабочего режущего слоя шлифовальных дисков 3 и 5 на участке А в поперечном сечении наблюдается прерывистое шлифование, которое сопровождается низкой температурой резания по сравнению с традиционным шлифованием, без прижогов и микротрещин на обрабатываемой поверхности.

Примененное прерывистое шлифование является непрерывным процессом резания, которое обеспечивает осцилляцию теплового поля вследствие прироста длины К контакта диска 3 или 5 и детали, равное
К=А+В_д,
где В_д - высота шлифовального диска 3 или 5 в направлении его продольной подачи, при этом
В_д=В cosα,
где В - высота стандартного шлифовального диска 3 или 5;
α - угол наклона шлифовальных дисков к плоскости, перпендикулярной оси вращения.

Угол наклона дисков 3 и 5 позволяет увеличить количество абразивных зерен, участвующих в резании. Если при обычном традиционном шлифовании количество режущих зерен, участвующих в резании (по известным источникам), составляет от 5 до 15%, то при данном шлифовании их количество увеличивается в n раз, которое можно определить по формуле:
n=К/В_д=(А+В_д)/В_д=1+А/(В cosα).

Вслед за шлифовальным диском 3 при продольной подаче стола с заготовкой слева направо (согласно фиг.1) или - диском 5 - справа налево обрабатываемая поверхность подвергается обработке абразивным диском 4, шарнирно закрепленным на шпинделе. Абразивный диск 4, имеющий традиционную конфигурацию в виде прямого круглого цилиндра, но установленный подвижно на шпинделе под углом α, прижимается к обрабатываемой поверхности с определенным усилием и обкатывается по обрабатываемой поверхности, совершая своей периферией осциллирующие возвратно-поступательные осевые движения S_в.

Кроме того, средний диск берут в виде прямого круглого цилиндра диаметром D_c несколько большим, чем диаметр D_к крайних дисков, определяемым по формуле
D_c=D_к/cos α.

Диск 4 изготовлен на вулканитовой или резиновой гибкой основе; для снижения упругих сил на диске могут быть прорезаны кольцевые канавки 8 с образованием элементарных частей 9.

Амплитуда А продольного колебательного движения гибкого диска 4 зависит от диаметра D инструмента, угла наклона α и определяется по формуле:
A=D•tgα.

Частота колебательного движения абразивного диска 4 будет равна частоте вращения шпинделя продольно-прерывистого круга 1. Благодаря продольному колебательному движению и упругости диска 4 на обрабатываемой поверхности его абразивными зернами образуются царапины, направление которых перпендикулярно предыдущим, полученным шлифовальными дисками 3 и 5 (фиг.2).

Элементарные части 9 абразивного диска 4 несмотря на постоянную радиальную силу прижима к заготовке работают в условиях непрерывно изменяющихся давлений. Как видно на фиг.1 в зоне контакта диска 4 с заготовкой 2 абразивные зерна крайней правой части 9 оказывают большие радиальные давления на обрабатываемую поверхность, чем зерна крайней левой части, при этом крайняя правая часть 9 прогибается в радиальном направлении. Это свидетельствует об интенсивной и эффективной абразивной обработке средним диском 4. Его абразивные зерна, внедряясь в обрабатываемый материал, совершают продольные возвратно-поступательные перемещения и оставляют риски в продольном направлении, как при хонинговании или долбежном шлифовании [3].

Комбинация резания в поперечном и продольном направлениях данным сборным кругом обуславливает сетку следов и характер микрогеометрии как при шлифовании с наложением вибраций.

При глубинном и обдирочном шлифовании со снятием больших припусков продольные риски, оставляемые средним диском 4, облегчают работу крайних дисков 3 и 5 и способствуют дроблению и получению элементной стружки, снимаемой основными режущими дисками 3 и 5.

Производительность такого процесса обработки в 2-8 раз выше, чем обычного шлифования.

Использование предлагаемого способа в качестве чистовой обработки продольно-прерывистым кругом данной конструкции позволяет вести обработку с использованием всей периферийной рабочей части инструмента с сохранением преимуществ процессов прерывистого шлифования и хонингования. Производительность такого способа чистовой комбинированной обработки можно повысить в 2. . .2,5 раза, а шероховатость поверхности - на 1-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снижается на 30%.

Пример использования сборного круга для чистовой обработки.

На внутришлифовальном станке мод. ЗК228В шлифовали сквозное отверстие диаметром D_з= 60 H7(^+0,03) и длиной l=70 мм. Параметр шероховатости обрабатываемой поверхности Ra=0,63 мкм. Припуск на сторону h=0,2 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердость НRС_э45. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок. Использовали крайние шлифовальные диски, рекомендуемые для этой стали (полная характеристика дисков 24А25ПС25К8А). При внутреннем шлифовании рекомендуется D_к/D_з=0,8...0,9. Поэтому был изготовлен продольно-прерывистый круг, состоящий из трех дисков диаметром D_к= 50 мм. Крайние - ПП 50•13•16 мм ГОСТ 2424-83, средний - ПП 50•13•16 мм диаметром D_c= 50,8 мм, материал зерна 63С, зернистость М40, твердость СМ1, связка - резина.

Средний диск смонтирован на роликовом радиальном игольчатом подшипнике 4024103 ГОСТ 4557-71.

Угол наклона дисков α=10^o. Амплитуда при этом составляла А=8 мм.

Обработка проводилась при следующих режимах резания. Частоту вращения продольно-прерывистого круга принимали n_к= 13000 мин^-1; частоту вращения заготовки - n_з=200 мин^-1 Продольная подача согласно рекомендаций была установлена S_пр=5390 мм/мин. Поперечная подача для обычных кругов рекомендуется S_p=0,004 мм/дв.ход. Для данного специального круга принимали S_p=0,008 мм/дв. ход.

Охлаждающая жидкость - эмульсия.

Обработка осуществлялась за 16 проходов.

Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени Т_о=0,6 мин; что в 2,5 раза быстрее, чем при обычном шлифовании. Применение данного сборного продольно-прерывистого круга, реализующего способ комбинированной обработки, позволяет исключить операцию получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости поверхности на 1-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снижается на 30%.

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

Предлагаемый сборный продольно-прерывистый круг, работающий по способу комбинированной абразивной обработки, может найти применение на любых металлообрабатывающих предприятиях, занимающихся шлифованием труднообрабатываемых материалов, и позволяет в результате изменение угла наклона крайних и среднего обкатного дисков, из которых составлен сборный продольно-прерывистый круг, и осевого зазора между ними повысить производительность обработки за счет оптимизации теплонапряженности процесса и резания в продольном и поперечном направлениях при обработке различных материалов и качество обработки за счет осцилляции зоны резания.

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

2. Патент РФ 2120368, МКИ В 24 В 5/06, 1/00. Способ комбинированной квазипрерывистой чистовой обработки. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Бурнашов М. А. , Селеменев М.Ф. Заявка 96116348/02, заявл. 07.08.96, опубл. 20.10.98. Бюл. 29 - прототип.

3. Ермаков Ю.М., Степанов Ю.С. Современные тенденции развития абразивной обработки. (Машиностроит. Пр-во. Сер. Технология и оборуд. обработки металлов резанием: Обзор информ. /ВНИИТЭМР. Вып. 3) - М. - 1991. - С.24-33.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к креплению шлифовальных кругов для глубинного периферийного шлифования материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь. Круг содержит нечетное количество абразивных дисков, по меньшей мере три, расположенных на общем шпинделе с осевым зазором один относительно другого и наклоненных под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения. Средний из дисков выполнен на гибкой связке и установлен с возможностью вращения относительно шпинделя посредством втулки, выполненной из условия расположения осей ее внутренней и наружной поверхностей под углом α, и роликового радиального игольчатого подшипника, внутреннее кольцо которого выполнено в виде упомянутой втулки. Использование такой конструкции ведет к повышению стойкости и технологичности изготовления инструмента, производительности и качества обработки, а также увеличению периода бесприжоговой работы круга. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сборный продольно-прерывистый шлифовальный круг, содержащий абразивные диски, расположенные на общем шпинделе с осевым зазором один относительно другого и наклоненные под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, отличающийся тем, что он содержит нечетное количество абразивных дисков, по меньшей мере три, средний из которых выполнен на гибкой связке и установлен с возможностью вращения относительно шпинделя посредством втулки, выполненной из условия расположения осей ее внутренней и наружной поверхностей под углом α, и роликового радиального игольчатого подшипника, внутреннее кольцо которого выполнено в виде упомянутой втулки. 2. Круг по п.1, отличающийся тем, что абразивные диски, за исключением среднего, выполнены в виде цилиндра с основаниями, расположенными под углом α к плоскости, перпендикулярной образующей и продольной оси цилиндра, а средний абразивный диск - в виде прямого цилиндра диаметром D_c, большим, чем диаметр D_к крайних дисков, определяемым по формуле:
D_c=D_к/cosα.