СПОСОБ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ РЕЗАНИЕМ Российский патент 2004 года по МПК B23B1/00 

Область техники

Изобретение относится к механической обработке поверхностей деталей из сплавов лезвийным инструментом с эффектом отделки и упрочнения.

Предшествующий уровень техники

Известные способы обработки поверхностей деталей резанием не дают в большинстве случаев требуемую твердость, точность и шероховатость обработанных деталей. Для упрочнения таких поверхностей используют дополнительные операции - термическую обработку, нанесение покрытий и т.п. Для достижения требуемой точности и шероховатости поверхности детали подвергают обработке отделочными операциями (шлифование, полирование, поверхностно-пластическое деформирование и др.).

Известен способ комбинированной упрочняюще-чистовой обработки поверхностей металлов резанием, заключающийся в том, что инструментом при вспомогательном угле в плане ϕ₁ в диапазоне 0°<ϕ₁<5° снимают припуск и производят последующее поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности вспомогательной поверхностью инструмента, т.е. одновременно реализуется два процесса: процесс резания режущей кромкой и поверхностно-пластического деформирования (обкатывания) обрабатываемой поверхности вспомогательной поверхностью инструмента с эффектом упрочнения, характеризуемым повышением исходной микротвердости обрабатываемого материала в 1,3 раза и получением шероховатости поверхности до Ra=0,08 мкм (Коновалов Е.Г., Сидоренко В.А. Чистовая и упрочняющая обработка поверхностей. Минск: Вышэйш. школа, 1968, с.324-329). Данный способ является ближайшим аналогом и прототипом изобретения. Недостатком этого способа является невозможность использования его на финишных операциях обработки высокоточных деталей из-за получения при этом недостаточно высоких параметров качества обработанных поверхностей.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эффективности обработки резанием за счет достижения технического эффекта - отделки и существенного упрочнения поверхности на заданную глубину за один технологический проход одним инструментом.

Известно явление, связанное с образованием на обработанной поверхности аморфного слоя материала кристализации, обуславливающей образование слоя бесструктурного мартенсита, переходящего в мелкодисперсный мартенсит путем нанесения его на обрабатываемую поверхность в жидком или близком к жидкому состоянии с последующим высокоскоростным отбором тепла (см., например, Углов А.А., Иванов Е.М. Контактные температуры в области малых времен для задач с плавлением и кристаллизацией в ж. ФХОМ, №4, 1988, с.50-55). В зависимости от скорости охлаждения жидкого материала возможна реализация и процесса закалки. Известно также, что при резании в зоне сдвига элементов стружки под углом Ψ≈45° к вектору главного результирующего движения резания существует обрабатываемый материал в жидком или близком к жидкому состоянии (Комаров В.А. Теплофизическое моделирование процесса разрушения твердых материалов при резании. В сб. Разработка и внедрение новых ресурсосберегающих технологий в области машиностроения. Материалы межрегиональной научно-практической конференции, Орел, 1991 г., с.12-14). Это положение используется в изобретении для создания на обрабатываемой поверхности слоя расплавленного (или близкого к расплавленному) материала, который путем направленного воздействия инструментом выдавливают из стружки и наносят вспомогательной режущей гранью инструмента на обработанную поверхность, где он подвергается воздействию смазывающе-охлаждающей среды (СОС) с выбираемой интенсивностью охлаждения. Для выдавливания жидкой фазы обрабатываемого материала из стружки используют режущий инструмент с передней режущей гранью, обеспечивающий отрицательный передний угол резания γ, который по абсолютной величине превышает угол сдвига стружки Ψ, т.е. β<γ≤(Ψ-90°), где β - минимально допустимое значение переднего угла, при котором возможен процесс резания данного материала.

При направленном воздействии тела режущей части инструмента вдоль вектора главного результирующего движения жидкая фаза материала вынуждена распределяться по трем свободным, взаимоперпендикулярным к вектору скорости резания направлениям. Следовательно, часть ее будет захвачена вспомогательной поверхностью инструмента, контактирующей с обработанной поверхностью детали, и за счет наличия скорости скольжения будет распределена по поверхности детали и подвергнется воздействию СОС, состав и интенсивность подачи которой выбирают таким образом, чтобы реализовать процесс закалки, кристализации или частичной аморфизации. Для реализации процесса распределения жидкой фазы материала по обработанной поверхности вспомогательную поверхность резания инструмента выполняют полированной (Ra≤0,16 мкм), а инструмент располагают так, чтобы обеспечить вспомогательный угол в плане 0°<ϕ₁<5° (значение угла ϕ₁ зависит от свойств обрабатываемого материала).

Реализация процесса отбора тепла инструментом с одновременной подачей смазочно-охлаждающей среды обеспечивает не только протекание процесса закалки, кристализации или частичной аморфизации, но и поверхностно-пластического деформирования охлаждаемого материала вспомогательной поверхностью инструмента, которое позволяет получить высокий класс шероховатости поверхности (до Ra≤0,04 мкм).

Таким образом, технический результат обеспечивается за счет того, что в способе комбинированной упрочняюще-чистовой обработки поверхностей металлов резанием, заключающемся в том, что инструментом при вспомогательном угле в плане ϕ₁ в диапазоне 0°<ϕ₁<5° снимают припуск и производят последующее поверхностно-пластическое деформирование (обкатывание или выглаживание) обработанной поверхности вспомогательной поверхностью инструмента, процесс резания производят с передним углом γ, рассчитанным по следующей зависимости:

β<γ≤(Ψ-90°),

Ψ - угол сдвига стружки для обрабатываемого материала;

где β - минимально допустимое значение переднего угла, при котором возможен процесс резания данного материала.

Лучший вариант осуществления изобретения

Осуществление способа показано на конкретном примере, который является лучшим вариантом осуществления способа, но не является его ограничением.

Для осуществления способа на операции сверления с целью получения конической поверхности вращения штуцера гидросистемы современного танка с шероховатостью поверхности Ra≤0,04 мкм (материал штуцера - сталь 45, для которого β=-85°) использовано комбинированное сверло со следующими геометрическими параметрами режущей части: передний угол резания γ=-60°, вспомогательный угол в плане ϕ₁=0,5°. При диаметре сверла d_св=10 мм и конической части сверла высотой 6 мм и диаметром d_свl=15 мм использовались следующие режимы резания: V=72 ^м/_мин, S_м=120 ^мм/_мин (материал режущей части сверла - Р6М5). В качестве СОС использовано масло индустриальное-20. На одной операции за один технологический переход была обеспечена требуемая шероховатость конической поверхности штуцера (Ra≤0,04 мкм). Глубина слоя бесструктурного мартенсита hи≥0,05 мм. Степень упрочнения - с 1700 до 3000 МПа. Это позволило заменить три технологические операции - сверление, доводка конической поверхности, термообработка (закалка, отпуск) на одну - сверление модернизированным сверлом на указанных режимах резания с заменой СОС - водяной эмульсии (эмульсол) на масло индустриальное-20.

Промышленное применение

Изобретение может быть использовано на металлорежущих станках, на которых используются операции точения, строгания, сверления и фрезерования. Эти операции широко используются при изготовлении разнообразных деталей, что дает основание считать изобретение промышленно применимым. Изобретение было с успехом опробовано при промышленных испытаниях на заводе "Стекломаш" (г.Орел).

Способ комбинированной упрочняюще-чистовой обработки поверхностей металлов резанием относится к области металлообработки. Его осуществляют режущим инструментом при вспомогательном угле в плане ϕ₁, диапазон которого 0°<ϕ₁<5°. Этим инструментом снимают припуск и производят последующее поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности вспомогательной поверхностью инструмента. Процесс резания производят с передним углом γ, рассчитанным по следующей зависимости: β<γ≤(Ψ-90°), где Ψ - угол сдвига стружки для обрабатываемого материала; β - минимально допустимое значение переднего угла, при котором возможен процесс резания данного материала. Эффективность способа достигается за счет отделки и существенного упрочнения поверхности на заданную глубину за один технологический проход одним инструментом.

Способ комбинированной упрочняюще-чистовой обработки поверхностей металлов резанием, заключающийся в том, что инструментом при вспомогательном угле в плане ϕ₁ в диапазоне 0°<ϕ₁<5° снимают припуск и производят последующее поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности вспомогательной поверхностью инструмента, отличающийся тем, что процесс резания производят с передним углом γ, рассчитанным по следующей зависимости:

β<γ≤(Ψ-90°),

где Ψ - угол сдвига стружки для обрабатываемого материала;

β - минимально допустимое значение переднего угла, при котором возможен процесс резания данного материала.