СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B24B1/00 B24D17/00 

Изобретение относится к абразивной обработке материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, в частности периферийным шлифованием, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь.

Известен способ шлифования устройством для шлифования в виде ступицы и винтообразного рабочего органа с абразивным слоем, при котором заготовке и устройству для шлифования сообщают вращательные движения, а устройство перемещают вдоль образующей обрабатываемой заготовки [1].

Недостатками известного способа являются слишком большие затраты вспомогательного времени на переналадку инструмента на изменение шага витков винтообразного рабочего органа с абразивным слоем и сложность в оптимизации теплонапряженности процесса при черновой и чистовой обработке различных материалов, что снижает качество и производительность способа обработки.

Известен способ шлифования устройством для шлифования в виде ступицы и винтообразного рабочего органа с абразивным слоем, при котором заготовке и устройству для шлифования сообщают вращательные движения, а устройство перемещают вдоль образующей обрабатываемой заготовки, при этом винтообразный рабочий орган установлен на ступице с возможностью осевого смещения посредством элементов подачи и фиксации с помощью узла фиксации [2].

Недостатками известного способа являются слишком большие затраты вспомогательного времени на переналадку инструмента на изменение шага витков винтообразного рабочего органа с абразивным слоем и сложность в оптимизации теплонапряженности процесса при черновой и чистовой обработке различных материалов, что снижает качество и производительность способа обработки и эффективность работы устройства для шлифования.

Задачей изобретения является повышение качества и производительности обработки за счет периодического последовательного воздействия на обрабатываемую поверхность сначала с максимальным шагом, а затем с минимальным шагом винтообразного рабочего органа с абразивным слоем сборного шлифовального круга, при этом сохранив непрерывность процесса и преимущества прерывистого шлифования.

Поставленная задача решается предлагаемым способом комбинированного шлифования, включающим вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки сборного шлифовального круга, выполненного в виде ступицы и винтообразного рабочего органа с абразивным слоем, установленного с возможностью осевого смещения посредством узлов осевой подачи и фиксации, при этом используют сборный шлифовальный круг, у которого узел осевой подачи винтообразного рабочего органа выполнен в виде эластичного тороидального баллона с источником регулируемого давления и установлен на ступице между кольцом, примыкающим к подвижному концу винтообразного рабочего органа, и торцом навернутой на ступицу гайки.

Причем используют сборный шлифовальный круг, у которого ступица выполнена с установочной втулкой, узел фиксации - в виде эластичного тороидального баллона с источником регулируемого давления и установлен на ступице внутри установочной втулки, а винтообразный рабочий орган расположен на наружной поверхности установочной втулки, являющейся одновременно установочной и зажимающей.

Кроме того, используют шлифовальный круг, у которого винтообразный рабочий орган одним концом неподвижно прикреплен к торцу бурта установочной втулки, а каждый его виток шарнирно соединен с соседним витком штифтами, которые одним концом запрессованы в одном из 3 витков, а другим - расположены по скользящей посадке в соседнем витке, при этом осевое смещение витков при снятии давления в баллоне узла осевой подачи и увеличении шага винтообразного рабочего органа осуществляют с помощью пружин разжима, вставленных в отверстия в торцах витков.

Черновую и чистовую обработку заготовки по предлагаемому способу осуществляют путем изменения шага винтообразного рабочего органа сборного шлифовального круга, причем черновую обработку ведут с максимальным шагом винтообразного рабочего органа, а чистовую обработку - его непрерывной периферийной абразивной поверхностью с минимальным шагом, которую образуют путем перемещения подвижного конца винтообразного рабочего органа.

На фиг. 1 изображена схема процесса обработки в режиме прерывистого шлифования с максимальным шагом винтообразного рабочего органа и инструмент для осуществления предлагаемого способа, частичный продольный разрез; на фиг. 2 - схема процесса обработки в режиме непрерывного шлифования с минимальным шагом винтообразного рабочего органа инструмента, частичный продольный разрез; на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.1.

Предлагаемый способ комбинированного шлифования включает вращение со скоростью V_и и перемещение S_поп в поперечном направлении относительно обрабатываемой заготовки сборного шлифовального круга, а также продольное перемещение S_пр заготовки применительно к плоскому шлифованию (фиг.1) или вращательное движение заготовки для круглого шлифования (на показано).

Сборный шлифовальный круг выполнен в виде ступицы 1 и винтообразного рабочего органа 2 с абразивным слоем 3 шириной В, установленного на ступице 1 с возможностью осевого смещения посредством и с помощью узлов осевой подачи и фиксации.

Узел осевой подачи и смещения винтообразного рабочего органа 2 выполнен в виде эластичного тороидального баллона 4 с источником 5 регулируемого давления.

Эластичный тороидальный баллон 4 установлен на ступице 1 между кольцом 6, примыкающим к подвижному концу 7 винтообразного рабочего органа 2, и торцом гайки 8, навернутой на ступицу.

Узел фиксации установлен на ступице, которая состоит из двух частей: собственно ступицы 1 и установочной втулки 9 с тонкой упругой наружной поверхностью. Привод узла фиксации расположен внутри установочной втулки 9 и выполнен в виде эластичного тороидального баллона 10 с источником регулируемого давления 5, при этом наружная поверхность установочной втулки 9, на которой расположен винтообразный рабочий орган 2, одновременно является установочной и зажимающей.

При подаче сжатого воздуха в баллон 10 он воздействует на тонкую упругую поверхность установочной втулки 9, которая увеличивается в диаметре и зажимает, фиксирует витки рабочего органа на ступице. Это обеспечивает высокую точность установки витков, создание простой и рациональной конструкции узла фиксации витков на ступице и вместе с тем сокращает затраты времени на установку и фиксацию витков.

Винтообразный рабочий орган 2 неподвижным концом 11 неподвижно прикреплен, например, винтами 12 к торцу бурта установочной втулки 9. С целью повышения жесткости рабочего органа каждый виток винтообразного рабочего органа 2 шарнирно соединен с соседним витком штифтами 13, которые одним концом запрессованы в один виток, а другой конец по скользящей посадке входит в отверстие на торце соседнего витка. Штифты 13 не позволяют увеличиваться в диаметре, т.е. раскручиваться пружинному рабочему органу 2.

Осевое смещение витков при снятии давления в баллоне 4 узла осевой подачи и увеличении шага винтообразного рабочего органа 2 осуществляется с помощью пружин 14 разжима, которые вставлены в отверстия в торцах витков.

По предлагаемому способу черновую и чистовую обработку заготовки сборным шлифовальным кругом осуществляют путем изменения шага его винтообразного рабочего органа 2, причем сначала ведут черновую обработку с максимальным шагом Р_mах винтообразного рабочего органа, а затем чистовую обработку - непрерывной периферийной абразивной поверхностью винтообразного рабочего органа 2 с минимальным шагом Р_min=0, которую образуют путем осевого перемещения подвижного конца 7 винтообразного рабочего органа 2.

Изготовленный и собранный согласно вышеописанному устройству сборный шлифовальный круг с максимальным шагом винтообразного абразивного рабочего органа позволяет увеличить режимы резания и вести высокоэффективную черновую обработку трудношлифуемых материалов, уменьшить теплонапряженность и вероятность появления прижогов и микротрещин благодаря продольно-прерывистому винтовому аксиально-смещенному режущему слою.

Этот режущий слой обеспечивает осцилляцию теплового поля при непрерывности контакта инструмента и заготовки с сохранением преимуществ процесса прерывистого шлифования, причем наличие угла пересечения траектории движения винтового режущего слоя с направлением исходной шероховатости обуславливает сетку следов и характер микрогеометрии как при хонинговании, шлифохонинговании с наложением вибраций.

Предлагаемый способ комбинированного шлифования поверхностей сборным шлифовальным кругом, работающим в режиме прерывистого шлифования с максимальным шагом винтообразного рабочего органа, позволяет реализовать принцип неповторяющегося следа благодаря возвратно-поступательному продольному перемещению режущей зоны контакта винтовой абразивной режущей поверхности.

Можно утверждать и производственные испытания подтвердили, что абразивные зерна винтового режущего слоя не попадают в ранее прорезанные раски-царапины, оставленные предыдущими зернами, что дает возможность повысить режущую способность круга, повысить число активно работающих зерен и значительно улучшить шероховатость обработанных поверхностей.

Как только будет снят основной припуск, оставленный под черновое шлифование, перемещают подвижный конец винтообразного режущего органа и переходят с режима чернового продольно-прерывистого в режим чистового сплошного шлифования по предлагаемому способу, при этом круг начинает работать сплошной периферийной режущей поверхностью в режиме непрерывного шлифования. Повышается качество обработки за счет уменьшения пульсации силы резания, увеличивается стойкость круга и повышается производительность шлифования.

Перевод круга с режима чернового шлифования в режим чистовой обработки осуществляется на ходу при выводе круга из зоны контакта с заготовкой путем снятия давления в баллоне 10 и расфиксации витков рабочего органа 2 и подачи давления в баллон 4, который осуществляет осевую подачу витков, сближая их. Заканчивается наладки круга на чистовой режим шлифования фиксацией витков на ступице путем подачи давления в баллон 10.

Перемещение витков рабочего органа по предлагаемому способу при переходе с режима чернового на чистовое шлифование улучшает условия самозатачиваемости абразивного инструмента и равномерность износа всех витков рабочего органа.

Проведены сравнительные испытания по обработке шлифованием известным способом сплошным кругом и предлагаемым способом комбинированной обработки сборным комбинированным шлифовальным кругом.

На внутришлифовальном станке мод. 3К228В шлифовалась гильза с сквозным отверстием диаметром 125 Н7^(+0,04) мм и длиной 192 мм. Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra=0,63 мкм. Припуск на сторону - 0,25 мм. Материал заготовки - сталь 40Х, закаленная до твердости HRC 52. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок и сборным шлифовальным кругом для комбинированной обработки по предлагаемому техническому решению.

Шлифование проводилось по предлагаемому способу сборным шлифовальным кругом с креплением абразивного слоя наклеиванием. Маркировка полной характеристики круга - 24А 25П С2 5К8А 35 м/с. Диаметр нового сборного круга 100 мм; высота (ширина ступицы) - 50 мм. Высота абразивного слоя витка нового круга - 5 мм; ширина витка 10 мм; максимальный шаг Р_mах=15 мм; минимальный шаг Р_min=0 мм.

Режимы резания: частота вращения круга при принятой окружной скорости 35 м/с - n_к=6000 мин^-1; поперечная подача круга - S_поп=62,8 м/мин; продольная минутная подача - S_пр=5390 мм/мин; подача врезания - 0,008 мм/дв.ход. Охлаждающая жидкость - эмульсия.

Обработка проводилась по предлагаемому способу в режиме прерывистого шлифования при максимальном шаге витков в течение 2,25 мин, а затем переходили на режим чистового шлифования и перемещали витки по предлагаемому способу до соприкосновения друг с другом. Шлифование заканчивали в режиме сплошного шлифования.

Заданный параметр шероховатости Ra=0,63 мкм и размер отверстия гильзы с необходимой точностью были достигнуты через 3,15 мин, что в 2,1 раза быстрее, чем при обычном способе шлифования.

При этом были отмечены благоприятные условия резания, виброустойчивость, минимальный нагрев заготовки. Хотя обработка проводилась при повышенной производительности съема металла, появление прижогов и микротрещин на обработанной поверхности зафиксировано не было.

Применение предлагаемого способа комбинированного шлифования и круга для реализации этого способа повышает производительность и качество обработки, позволяет исключить операцию получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости поверхности на 1-2 класса и снизить расход инструмента.

Источники информации
1. Авт. св. СССР 979090, кл. В 24 В 37/02, 1978.

2. Авт. св. СССР 1516332, кл. В 24 В 5/00, 17/00. Заявка 4385721/31-08, заявл. 29.02.88, опубл. 23.10.89. Бюл. 39 - прототип.

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при глубинном периферийном финишном шлифовании материалов, предрасположенных к дефектообразованию, с регулированием теплового потока, направленного в деталь. Сообщают вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки сборному шлифовальному кругу, имеющему ступицу и винтообразный рабочий орган с абразивным слоем. Осуществляют осевое смещение рабочего органа посредством узлов осевой подачи и фиксации. Последние выполнены в виде эластичного тороидального баллона с источником регулируемого давления. Баллон установлен на ступице между кольцом, примыкающим к подвижному концу винтообразного рабочего органа, и торцом навернутой на ступицу гайки. Такие действия позволяют вести черновую обработку с максимальным шагом рабочего органа, а чистовую - непрерывной его поверхностью, что повышает производительность и качество обработки, а также снижает расход инструмента. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ комбинированного шлифования, включающий вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки сборного шлифовального круга, выполненного в виде ступицы и винтообразного рабочего органа с абразивным слоем, установленного с возможностью осевого смещения посредством узлов осевой подачи и фиксации, отличающийся тем, что используют сборный шлифовальный круг, у которого узел осевой подачи винтообразного рабочего органа выполнен в виде эластичного тороидального баллона с источником регулируемого давления и установлен на ступице между кольцом, примыкающим к подвижному концу винтообразного рабочего органа, и торцом навернутой на ступицу гайки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сборный шлифовальный круг, у которого ступица выполнена с установочной втулкой, узел фиксации - в виде эластичного тороидального баллона с источником регулируемого давления и установлен на ступице внутри установочной втулки, а винтообразный рабочий орган расположен на наружной поверхности установочной втулки, являющейся одновременно установочной и зажимающей.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют сборный шлифовальный круг, у которого винтообразный рабочий орган одним концом неподвижно прикреплен к торцу бурта установочной втулки, а каждый его виток шарнирно соединен с соседним витком штифтами, которые одним концом запрессованы в одном из витков, а другим расположены по скользящей посадке в соседнем витке, при этом осевое смещение витков при снятии давления в баллоне узла осевой подачи и увеличении шага винтообразного рабочего органа осуществляют с помощью пружин разжима, вставленных в отверстия в торцах витков.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что осуществляют черновую и чистовую обработку заготовки путем изменения шага винтообразного рабочего органа сборного шлифовального круга, причем черновую обработку ведут с максимальным шагом винтообразного рабочего органа, а чистовую обработку - его непрерывной периферийной абразивной поверхностью с минимальным шагом, которую образуют путем перемещения подвижного конца винтообразного рабочего органа.