СПОСОБ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2004 года по МПК B24B1/00 B24D13/08 

Изобретение относится к машиностроению к механической обработке металлов и может быть использовано при шлифовании и полировании поверхностей деталей при их безразмерной окончательной обработке лепестковыми кругами.

Известен способ абразивной обработки сборным инструментом, выполненным в виде пары абразивных кругов, закрепленных под углом друг к другу на общем валу с осевым зазором [1].

Недостатками известного способа и инструмента являются ограниченность технологических возможностей при декоративной отделке и чистовой обработке фасонных поверхностей, а также трудности в достижении широкого диапазона качества обработанных поверхностей, при этом, обладая минимальной осевой жесткостью и работая только одной стороной периферийной абразивной поверхностью, невозможно добиться высокой производительности.

Известен способ абразивной обработки сборным инструментом, выполненным в виде пары абразивных кругов, закрепленных под углом друг к другу на общем валу с осевым зазором, причем инструмент снабжен пружиной растяжения, размещенной между смежными торцами абразивных кругов, которые установлены с возможностью углового поворота [2].

Недостатками известного способа и инструмента являются:

- минимальная осевая жесткость инструмента, не позволяющая добиться высокой производительности;

- работа только одной стороной периферийной абразивной поверхности инструмента многократно увеличивает трудоемкость обработки;

- ограниченность технологических возможностей при декоративной отделке и чистовой обработке фасонных поверхностей;

- трудности в достижении широкого диапазона качества обработанных поверхностей.

Все это снижает производительность обработки, качество и ведет к увеличенному расходу инструмента.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет обеспечения возможности обработки двумя торцами лепестков инструмента, который установлен под углом к оси вращения, повышение производительности путем увеличение осевой жесткости инструмента благодаря использованию абразивных лепестков в форме эллипса, устанавливаемых поперек оси, а также улучшение качества обработки благодаря перекрестному продольно-поперечному пересечению траекторий движения полировальных кругов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом абразивной обработки, при котором по меньшей мере три абразивных лепестковых круга устанавливают на шпинделе под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения кругов, с осевым зазором, причем одновременно осуществляют предварительное и окончательное полирование, для чего по меньшей мере один средний круг устанавливают посредством подшипника из условия вращения, с частотой вращения заготовки за счет сил трения и осцилляции рабочего режущего слоя круга, средний круг состоит из лепестков, выполненных из двусторонней шлифовальной шкурки и расположенных поперек оси вращения, при этом лепестки имеют форму эллипса, малая ось которого равна диаметру инструмента, а большая ось определяется по формуле

b=D/cosα ,

где b - большая ось эллипса, мм;

D - наружный диаметр круга, мм;

α - угол наклона кругов к плоскости, перпендикулярной оси вращения, который определяется по формуле

α ≤ arctg(A_о/D),

где А_о - амплитуда осциллирующей зоны резания наклонных кругов, принимаемая - А_о≤_В;

В - высота среднего круга, мм.

Кроме того, остальные круги жестко закреплены на шпинделе и состоят из лепестков, расположенных вдоль оси, и установлены радиально.

При этом зернистость среднего круга на номер больше, чем зернистость крайних кругов.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена конструкция сборного абразивного круга, реализующего предлагаемый способ, частичный осевой разрез; на фиг.2 - общий вид сборного круга, повернутого на пол-оборота относительно положения, представленного на фиг.1; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид по А’ на фиг.1; на фиг.5 - эллипсовидный лепесток из двусторонней шлифовальной шкурки; на фиг.6 - элемент Б на фиг.1, положения лепестков среднего круга в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью; на фиг.7 - элемент В на фиг.2, положения лепестков среднего круга в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью; на фиг.8 - развертка следа сборного круга на обрабатываемой поверхности при его повороте на один оборот и направление движений абразивных зерен различных кругов.

Предлагаемый способ абразивной обработки - полированием осуществляется сборным абразивным лепестковым кругом и позволяет производит чистовую обработку одновременно в продольном и поперечном направлении как при круглом, так и плоском полировании.

Рабочими режущими элементами сборного круга являются в среднем круге эллипсовидные лепестки 1 из двусторонней шлифовальной шкурки, расположенные поперек оси вращения, а остальные круги набраны из лепестков абразивной шкурки, расположенных радиально в продольном направлении.

Сборный абразивный круг выполнен в количестве не менее трех абразивных лепестковых кругов 2, 3 и 4, закрепленных под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, на общем шпинделе 5 с осевым зазором. Средний круг 3 установлен на шпинделе 5 посредством подшипникового узла 6 с возможностью свободного вращения и состоит из лепестков 1, выполненных из двусторонней шлифовальной шкурки и расположенных поперек оси вращения. В подшипниковый узел 6 входит втулка 7 с косыми торцами и угловым расположением осей внутренней и наружной поверхностей, фланец 8, который монтируется на подшипнике качения с помощью пружинных упорных концентрических колец (взятых, например, по ГОСТ 13940-80 и ГОСТ 13941-80). На фланце 8 с помощью гайки 9 закреплены лепестки 1 подвижного круга 3.

Лепестки 1 имеют форму эллипса, малая ось которого равна диаметру инструмента, а большая ось зависит от угла поворота и определяется по формуле

b=D/cosα ,

где b - большая ось эллипса, мм;

D - наружный диаметр круга, мм;

α - угол наклона кругов к плоскости, перпендикулярной оси вращения, который определяется по формуле

α ≤ arctg(A_o/D),

где А_о - амплитуда осциллирующей зоны резания наклонных кругов, принятая А_о≤_В;

В - высота среднего круга 3, мм.

Остальные круги 2, 4 и т.д. жестко закреплены на шпинделе с помощью косых шайб 10, 11, гайки 12 и состоят из лепестков, расположенных вдоль оси, и установлены радиально (см. фиг.4).

Зернистость среднего круга 3 на номер больше, чем крайних, т.е. средний круг с более крупным зерном предназначен для предварительного полирования. Крайние круги 2, 4 и т.д. с мелкой зернистостью предназначены для отделочной обработки.

Сборный круг устанавливают на кругло-, внутри- или плоскошлифовальный станок, а заготовку - в соответствующее приспособление. Сообщают вращение V шпинделю 5, дают натяг инструменту с помощью поперечной подачи S_поп и продольную подачу заготовке S_пр, а также при кругло- и внутришлифовальных работах - вращение заготовки. За полный оборот шпинделя круги 2 и 4 плавно меняют по отношению к обрабатываемой поверхности свое угловое положение влево и вправо от нормали на угол α .

Круг 3, подвижно смонтированный с помощью подшипникового узла 6 на шпинделе 5, обкатывается по обрабатываемой поверхности и благодаря его наклону в зоне контакта с заготовкой совершает возвратно-поступательные осциллирующие колебательные движения вдоль продольной оси вращения.

Перемещаясь по обработанной кругом 2 поверхности заготовки, подвижный круг 3 в зоне контакта производит срезание микронеровностей в направлении, перпендикулярном рискам-царапинам, прорезанным кругом 2 (см. фиг.8); при обратном ходе, перемещаясь по обработанной кругом 4. Благодаря наклону среднего круга и натягу, осуществляемого S_поп, основное силовое воздействие на обрабатываемую поверхность осуществляется частями лепестков, находящимися на периферии и имеющими наибольший прогиб (см. фиг.6-7). Направление прогиба лепестков меняется в зависимости от углового положения круга. Если зона контакта среднего круга с заготовкой расположена справа от нормали (см. фиг.6), то направление прогиба вправо, при этом лепестки работают левым абразивным торцом, если зона контакта слева от нормали, то направление прогиба влево, а лепестки работают правым абразивным торцом (см. фиг.7).

При продолжительном выполнении полировальных работ по мере износа лепестков, под действием поперечной подачи S_поп ослабевший поперечный натяг восстанавливается и конструкция обеспечивает повышенное качество обработки в части уменьшения шероховатости обработанной поверхности заготовки.

В связи со сказанным в процессе данного продольно-поперечного полирования предлагаемым способом удается снимать большие припуски (например, до 0,3 мм) при применении крупнозернистых абразивных шкурок (зернистостью 16-80) и высоких скоростях резания (15-35 м/с).

Этот процесс фактически является разновидностью шлифования и эффективен для подготовки поверхностей к чистовому полированию и перед металлопокрытием.

Полирование предлагаемым способом сборным лепестковым кругом предназначено для снижения параметра шероховатости поверхности (до Ra=0,1...0,8 мкм) без устранения отклонений формы деталей.

Наибольший эффект применения осциллирующего полирования достигается при декоративной отделке и чистовой обработке фасонных поверхностей, например, полирование цилиндрических и конических поверхностей, обработка пресс-форм, штампов и др., полирование криволинейных поверхностей автомобильных кузовов, холодильников и др. под окраску.

Полирование предлагаемым способом выполняется в основном по одной схеме резания, которая основана на применении высоких скоростей резания (10...40 м/с), приближающихся к скорости шлифования. Окружная скорость круга при осциллирующем полировании деталей из стали, никеля и хрома - 20...35 м/с; меди, латуни и бронзы - 16...25 м/с; алюминия, цинка и свинца - 12...20 м/с.

Однако малые скорости S_пр перемещения заготовки (что характерно при плоском полировании) способствуют повышению качества обработки.

Наиболее применимы для предлагаемого способа круги из шкурки из электрокорунда и карбида кремния на тканиевой и бумажной основе зернистостью 8-М40, а также алмазные и эльборовые шкурки зернистостью 12-МЗ на эластичной связке, при этом последние отличаются большой стойкостью.

Для работы по данного способу применимы круги из водостойких алмазно-абразивных шкурок при обработке деталей из стали, чугуна и латуни, в качестве охлаждающей жидкости используют эмульсию; из неводостойких шкурок - минеральные масла.

Предлагаемый способ сборным лепестковым кругом расширяет технологические возможности за счет обеспечения возможности обработки двумя торцами лепестков, из которых состоит средний круг, повышает производительность и качество обработки благодаря установке кругов под углом к оси вращения и свободной установке одного из кругов, увеличению осевой жесткости за счет использования абразивных лепестков в форме эллипса.

Источники информации

1. А.с. СССР 689823, МКИ В 24 D 5/00. Сборный абразивный инструмент, 1977.

2. А.с. СССР 1692824, МКИ В 24 D 13/00. Сборный абразивный инструмент. А.В. Чемерский и В.Н. Чешев, №4700372/08, заявл. 18.04.89, опубл. 23.11.91, Бюл. №43 - прототип.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при безразмерной окончательной обработке поверхностей деталей лепестковыми кругами. Для осуществления способа используют сборный инструмент в количестве не менее трех абразивных лепестковых кругов. Последние закреплены под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с осевым зазором. Средний круг установлен на валу посредством подшипника качения с возможностью свободного вращения с частотой вращения заготовки. Его лепестки выполнены из двусторонней шлифовальной шкурки в форме эллипса и расположены поперек оси вращения. Малая ось эллипса равна диаметру круга, а большую ось определяют в зависимости от угла наклона кругов. В результате расширяются технологические возможности за счет обработки двумя торцами лепестков, повышается производительность и качество обработки путем увеличения осевой жесткости инструмента и пересечения траекторий движения кругов. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ абразивной обработки, при котором по меньшей мере три абразивных лепестковых круга устанавливают на шпинделе под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения кругов, с осевым зазором, отличающийся тем, что одновременно осуществляют предварительное и окончательное полирование, для чего по меньшей мере один средний круг устанавливают посредством подшипника из условия вращения с частотой вращения заготовки за счет сил трения и осцилляции рабочего режущего слоя круга и состоит из лепестков, выполненных из двусторонней шлифовальной шкурки и расположенных поперек оси вращения, при этом лепестки имеют форму эллипса, малая ось которого равна диаметру круга, а большую ось определяют по формуле

b=D/cosα ,

где b - большая ось эллипса, мм;

D - наружный диаметр круга, мм;

α - угол наклона кругов к плоскости, перпендикулярной оси вращения, определяемый по формуле α ≤ arctg(A_о/D);

A_o - амплитуда осциллирующей зоны резания наклонных кругов, принимаемая А_o≤_В;

В - высота среднего круга, мм.