КОМБИНИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2004 года по МПК B24D17/00 B24B39/02 

Изобретение относится к абразивной обработке металлов резанием и поверхностным пластическим деформированием и может быть использовано для чистовой обработки внутренних поверхностей отверстий деталей машин.

Известен инструмент для чистовой обработки поверхностей вращения, выполненный в виде шлифовального круга, на периферийной поверхности которого образованы прерывистые нерабочие участки, и соосно установленного с ним цилиндрического корпуса с периодически расположенными на его периферии участками с деформирующими элементами, при этом каждый из участков с деформирующими элементами на цилиндрическом корпусе расположен напротив прерывистого участка шлифовального круга [1].

Недостатком данного инструмента является обработка с ударом в момент прерывания шлифования и начала действия деформирующих элементов ввиду того что последние установлены на несколько большем диаметре, чем шлифовальный круг, что вызывает ухудшение качества и увеличение шероховатостей обработанной поверхности. При этом по мере износа шлифовального круга его диаметральный размер будет уменьшаться и прекратит обработку. Восстановление наружного диаметра, которое крайне необходимо, не предусмотрено, что резко снижает длительность работы инструмента и требует частой переналадки.

В качестве прототипа выбран инструмент для чистовой обработки отверстий, выполненный в виде шлифовального круга с заборным конусом и соосно с ним установленного цилиндрического корпуса с деформирующими элементами, расположенными под углом α к оси инструмента, величина которого выбрана из неравенства 0<α <arctg (H/D), где И и D - соответственно высота и диаметр шлифовального круга, м; при этом на периферии цилиндрического корпуса выполнена кольцевая канавка, расположенная под указанным углом относительно оси инструмента, причем деформирующие элементы размещены в канавке из условия касания друг с другом [2].

Недостатком известного инструмента является кратковременная работоспособность и длительное время переналадки, т.к. по мере износа шлифовального круга его диаметральный размер будет уменьшаться и прекратит обработку. Восстановление наружного диаметра, которое крайне необходимо, не предусмотрено, что резко снижает длительность работы инструмента и требует частой переналадки.

Задача изобретения - повышение качества обработки за счет периодического, совмещенного и последовательного воздействия на обрабатываемую поверхность абразива и деформирующих элементов с аксиально смещенными режущим и деформирующим участками, а также увеличение длительности работы без переналадок, производительности и срока службы инструмента за счет восстановления наружного диаметра абразивной части инструмента.

Задача достигается тем, что комбинированный инструмент для чистовой обработки отверстий выполнен в виде алмазно-абразивной части и соосно с ней установленного цилиндрического корпуса с деформирующими элементами, на периферии которого выполнена кольцевая канавка, расположенная под углом α к плоскости, перпендикулярной оси инструмента, а деформирующие элементы размещены в канавке из условия касания друг с другом, причем в качестве алмазно-абразивной части используют торообразную упругую оболочку с алмазно-абразивным слоем на наружной поверхности, при этом осуществляют восстановление изношенного наружного диаметра абразивной части за счет подачи сжатого воздуха в упругую оболочку.

Кроме того, используют торообразную упругую оболочку с торцами, выполненными под углом α к плоскости, перпендикулярной оси инструмента, а закрепления алмазно-абразивных зерен выполняют с помощью упругой каучуковой связки.

При этом величина угла α выбрана из неравенства

α ≤ arctg (A_A/D),

где А_А - амплитуда осцилляции алмазно-абразивной части инструмента, величина которой не более высоты В_А этой части, т.е. А_А≤_ВА;

В_А - высота алмазно-абразивной части инструмента;

D - наружный диаметр инструмента.

Сущность конструкции комбинированного инструмента поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема процесса алмазно-абразивной обработки и поверхностного пластического деформирования отверстия предлагаемым инструментом; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.1 с максимальным диаметром алмазно-абразивной части при повышенном давлении Р_сж; на фиг.6 - развертка следа инструмента на обрабатываемой поверхности отверстия.

Комбинированный инструмент для чистовой обработки отверстий содержит алмазно-абразивную часть 1 и соосно с ней установленный цилиндрический корпус 2 с деформирующими элементами 3, которые расположены на общем валу 4.

На периферии корпуса 2 выполнена кольцевая канавка 5, расположенная под углом α к плоскости, перпендикулярной оси инструмента, в которой размещены деформирующие элементы 3 из условия касания друг с другом.

В состав алмазно-абразивной части 1 входит торообразная упругая оболочка 6 с алмазно-абразивным слоем 7 на наружной поверхности. Торцы упругой оболочки 6 выполнены под углом α к плоскости, перпендикулярной оси инструмента. Крепление алмазно-абразивных зерен слоя 7 выполняют с помощью упругой связки, например, на каучуковой основе.

Торообразная упругая оболочка 6 установлена на валу 4 с помощью шайбы 8, косой шайбы 9 и закреплена гайкой 10.

Приведение в рабочее состояние торообразной упругой оболочки 6 осуществляется путем подачи в оболочку через боковое 11 и центральное 12 отверстия, расположенные на валу 4, штуцер и ниппель (не показаны) под давлением Р_сж сжатого воздуха.

Восстановление изношенного наружного диаметра абразивной части 1 также осуществляют за счет подачи сжатого воздуха в упругую оболочку 6.

Расположение алмазно-абразивной части инструмента под углом α способствует снижению температуры в зоне резания и исключает образование прижогов на поверхности обработки благодаря аксиально-смещенному алмазно-абразивному режущему слою. Величина угла α выбрана из неравенства

а≤ arctg (А_А/D),

где А_А - амплитуда осцилляции алмазно-абразивной части инструмента, величина которой не более высоты В_А этой части, т.е. А_А≤_ВА;

В_А - высота алмазно-абразивной части инструмента;

D - наружный диаметр инструмента.

Деформирующие элементы 3, например, в виде игольчатых роликов расположены из условия касания друг с другом в корпусе 2 в кольцевой канавке 5, которая ориентирована к плоскости, перпендикулярной оси вращения под углом α , и удерживаются от выпадания двумя кольцами 13 за концевые шейки 14.

Инструмент работает следующим образом.

Изделие зажимают в патроне шлифовального станка, а инструмент - в шпинделе станка. Инструмент деформирующими элементами 3 вводят в соприкосновение с обрабатываемой поверхностью заготовки и дают определенный натяг, необходимый для поверхностно-пластического деформирования. При этом алмазно-абразивная часть 1 входит в контакт с обрабатываемой поверхностью, самоустанавливается и снимает определенный припуск, а деформирующие элементы 3 производят окончательное раскатывание обработанной поверхности.

В зоне совмещенной алмазно-абразивной обработки и раскатывания (см. фиг.4) облегчается процесс пластического деформирования, так как образованные абразивом микронеровности имеют высокую температуру и легко в горячем состоянии деформируются. Кроме того, одновременная алмазно-абразивная обработка и раскатывание в этой зоне обеспечивает уменьшение параметров шероховатости получаемой поверхности и снижение износа алмазно-абразивной части 1.

Заканчивается обработка обычным раскатыванием, где происходит окончательная обработка пластическим деформированием, повышающая точность и снижающая погрешность геометрической формы обрабатываемого отверстия, уплотнение поверхностного слоя и повышение его твердости и износостойкости.

Как отмечалось выше, в кольцевой канавке 5 корпуса 2 рядом друг с другом установлены игольчатые ролики 3, часть которых (не более трех) находится между обрабатываемой заготовкой и корпусом 2 и при вращении за счет силы трения прокатывается, деформируя поверхностный слой детали.

При этом в работе участвуют практически два ролика 3, обеспечивая непрерывность контакта пластической деформации.

Для увеличения периода стойкости алмазно-абразивной части инструмента в качестве абразивного материала используют эльбор, искусственные и природные алмазы на каучуковой связке, толщина алмазно-абразивного слоя составляет 1 мм и более.

Инструмент, его упругая алмазно-абразивная часть 1, под давлением Р_сж сжатого воздуха прилегает к обрабатываемой поверхности с усилием пропорционально давлению Р_сж, увеличивая длину дуги контакта, а значит, интенсифицирует обработку.

Длина дуги L (см. фиг.5) контакта увеличивается благодаря увеличению наружного диаметра D_max упругой алмазно-абразивной части по сравнению с диаметром D второй части инструмента, служащей для поверхностного пластического деформирования.

Увеличение длины дуги L контакта улучшает качество поверхностного слоя и увеличивает производительность.

Упругая алмазно-абразивная часть инструмента автоматически принимает форму, соответствующей форме обрабатываемой поверхности в месте контакта [3, 4], позволяет в процессе обработки осуществить радиальное перемещение алмазно-абразивного слоя, восстанавливая наружный диаметр инструмента, при этом, являясь демпфером, сглаживает удары и уменьшает вибрации.

Заявляемое техническое решение позволяет повысить качество и бесприжоговость обработки отверстий за счет периодического, совмещенного и последовательного воздействия на обрабатываемую поверхность алмазно-абразивного режущего слоя и раскатки с аксиально-смещенными режущим и деформирующим участками.

Экспериментально установлено, что при чистовой обработке отверстий на внутришлифовальном станке модели ЗК227В предлагаемым инструментом при обычных режимах обработки необходимая точность и шероховатость поверхности были достигнуты в 1,9-2 раза быстрее, появление прижогов на обработанных поверхностях зафиксировано не было.

Таким образом, данный инструмент, основанный на комбинировании двух чистовых способов обработки, позволяет использовать преимущества, свойственные этим технологическим процессам, восстанавливать наружный диаметр алмазно-абразивной части инструмента и сообщать режущим и деформирующим элементам дополнительные прямолинейно-поступательные перемещения, не предусмотренные кинематикой станка, что расширяет технологические возможности станков и сокращает основное время обработки.

Источники информации

1. А. с. СССР 1296391, МКИ В 24 D 5/00, 1987 г.

2. Патент РФ 2103153, МКИ В 24 D 5/00, В 24 В 39/00. Инструмент для чистовой обработки отверстий. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. 96101246/02, заявл. 18.01.96, опубл. 27.01.98. - прототип.

3. Патент РФ 220077, МКИ В 23 G 1/36, В 24 В 1/00. Способ абразивной обработки винтов охватывающим инструментом. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. 2001117664/02, заявл. 25.06.2001, опубл. 10.03.2003.

4. Патент Франции 2654027, МКИ В 24 В 9/14. Инструмент для обработки поверхности, автоматически принимающий соответствующую форму. Заявл. 06.11.1989, опубл. 05.10.1991. ВИНИПИ №19.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении инструмента для чистовой обработки абразивом и поверхностным пластическим деформированием внутренних поверхностей отверстий деталей машин. Шлифовальный круг закреплен на оправке и состоит из отдельных алмазно-абразивных брусков, закрепленных на наружной поверхности горообразной упругой оболочки. Соосно с ним установлен цилиндрический корпус, в замкнутом ручье которого размещены рядом друг с другом деформирующие элементы. В инструменте предусмотрена возможность восстановления изношенного наружного диаметра круга за счет подачи сжатого воздуха в упругую оболочку из условия расположения рабочей поверхности круга в одной касательной плоскости с деформирующими элементами. Такая конструкция позволяет повысить производительность и качество обработки с увеличением длительности работы инструмента без переналадок и восстановлением наружного диаметра абразивной его части без остановки процесса. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Комбинированный инструмент для чистовой обработки отверстий, выполненный в виде алмазно-абразивной части и соосно с ней установленного цилиндрического корпуса с деформирующими элементами, на периферии которого выполнена кольцевая канавка, расположенная под углом α к плоскости, перпендикулярной к оси инструмента, а деформирующие элементы размещены в канавке из условия касания друг с другом, отличающийся тем, что в качестве алмазно-абразивной части использована торообразная упругая оболочка с алмазно-абразивным слоем на наружной поверхности, при этом за счет подачи сжатого воздуха в упругую оболочку осуществлено восстановление изношенного наружного диаметра алмазно-абразивной части.2. Комбинированный инструмент по п.1, отличающийся тем, что торообразная упругая оболочка использована с торцами, выполненными под углом α к плоскости, перпендикулярной оси инструмента, а алмазно-абразивные зерна закреплены с помощью упругой каучуковой связки.3. Комбинированный инструмент по п.1 или 2, отличающийся тем, что величина угла α выбрана из неравенства

α ≤ arctg(А_А/D),

где А_А - амплитуда осцилляции алмазно-абразивной части инструмента, величина которой не более высоты В_А этой части, т.е. А_А≤_ВА;

В_А - высота алмазно-абразивной части инструмента;

D - наружный диаметр инструмента.