СПОСОБ ВИБРАЦИОННОГО ХОНИНГОВАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК B24B33/02 B24B1/04 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к отделочной обработки отверстий при производстве деталей из труднообрабатываемых металлов.

Известен способ вибрационного хонингования и устройство для его реализации, содержащее вибратор, устанавливаемый с возможностью взаимодействия с корпусом инструмента и выполненный в виде упорного подшипника с сепаратором, рабочая поверхность одной из разъемных частей которого изготовлена кулачковой, при этом упомянутая разъемная часть выполнена в виде втулки и неподвижно установлена на корпусе инструмента, а сепаратор размещен на корпусе с возможностью вращения [1].

Недостатком известного способа и устройства является возможность отказа и ненадежность конструкции, выраженные в том, что при определенных сочетаниях размеров профиля волнистого торца втулки вибратора, жесткости пружины, поджимающей эту втулку, значительных сил резания и др. находящиеся во впадине шарики не преодолеют выступы и будут проскальзывать по гладкому кольцу подшипника вибратора вместе с упомянутой втулкой, не подвергая вибрациям инструмент. Кроме того, способ и устройство не позволяют плавно регулировать амплитуду колебания, что чрезвычайно важно при выборе оптимальной величины последней для данных конкретных условий обработки.

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ и реализующее его устройство для вибрационного хонингования, содержащее вибратор, устанавливаемый с возможностью взаимодействия с хонинговальными брусками и выполненный в виде упорного подшипника, при этом упорный подшипник взят двойным, установлен под углом α к плоскости вращения с помощью шайб с непараллельными торцами, выполненными под углом α /2, в количестве двух штук с каждой стороны подшипника, позволяющие плавно регулировать угол наклона от нуля до α , кроме того, в среднем кольце упомянутого подшипника запрессована втулка с наружным диаметром D, соединенная тягами в виде пластинчатых пружин с брускодержателями, в результате чего последние получают вибрационные перемещения с амплитудой А_г, определяемой из соотношения А_г=D cos α [2].

Недостатком известного способа и устройства является возможность отказа и ненадежность конструкции, выраженные в том, что хон в большинстве случаев закрепляется на шпинделе с помощью двух шарниров (при несоосности шпинделя и обрабатываемого отверстия более 0,05... 0,08 мм; при несоосности менее 0,05 мм до 0,03 мм - рекомендуется одношарнирное крепление [3]), которые требуют для своего размещения значительное пространство и удлиняют корпус головки на значительную величину (до 1000... 1500 мм). Поэтому тяги, выполненные в виде пластинчатых пружин, передающие возвратно-поступательные движение от шпиндельной головки брускам, на такой длине будут прогибаться в продольном направлении, не передавая осциллирующих движений режущим брускам.

Кроме того, устройство не позволяет плавно на ходу без остановки процесса регулировать амплитуду колебания, что снижает производительность и качество обработки.

Задача изобретения - повышение точности, качества и производительности алмазно-абразивной обработки хонингованием путем обеспечения осевого возвратно-поступательного перемещения брусков с плавным регулированием частоты и амплитуды осцилляции на ходу без остановки процесса, расширение технологических возможностей, позволяющее вести обработку внутренних поверхностей вращения как с постоянным, так и с переменным диаметром по длине отверстия, упрощение и удешевление конструкции инструмента, его изготовление и эксплуатацию, повышение надежности работы и снижение расхода алмазно-абразивного материала.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа вибрационного хонингования, при котором заготовка жестко закрепляется в станочном приспособлении, а хонинговальной головке, содержащей вибратор, установленный с возможностью взаимодействия с брускодержателем, несущим хонинговальные алмазно-абразивные бруски, сообщают вращательное и возвратно-поступательное движения, при этом брускам сообщают радиальное перемещение, причем брускодержатель представляет собой торообразную упругую оболочку, на образующей которой на металлических пластинах закреплены алмазно-абразивные бруски, кроме того, оболочка одета на корпус свободно и ограничивается по высоте с одного торца диском, с другого - закреплена гайкой, а приведение устройства в рабочее состояние осуществляется путем подачи сжатого воздуха в упругую оболочку через осевое и поперечное отверстия в корпусе.

При этом вибратор снабжен малой упругой торообразной оболочкой, одетой на корпус таким образом, что один торец является неподвижным, а противоположный торец, к которому закреплена шайба, - подвижен за счет подачи в оболочку вибратора сжатого воздуха через осевое и поперечное отверстия в корпусе, причем наружная поверхность образующей тора вибратора закрыта кожухом и на ней расположен перепускной виброклапан.

Кроме того, взаимодействие вибратора с брускодержателем осуществляется посредством винтовой конической пружины сжатия, которая опирается на диск, закрепленный на брускодержателе, и шайбу, закрепленную на торце оболочки вибратора.

На фиг.1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - общий вид устройства в положении нулевой амплитуды; на фиг.4 - общий вид устройства с частичным продольным разрезом вибратора в положении максимальной амплитуды; на фиг.5 - схема вибрационного хонингования отверстия.

Предлагаемый способ, реализуемый устройством с пневматическим приводом вибратора и пневматическим держателем брусков, предназначен для вибрационного хонингования отверстий. При обработке по данному способу заготовка жестко закрепляется в станочном приспособлении, а хонинговальной головке сообщают вращательное и возвратно-поступательное движения, при этом брускам сообщают радиальное перемещение.

Хонинговальная головка содержит вибратор 1, который установлен на корпусе 2, с возможностью взаимодействия с помощью пружины 3 с брускодержателем 4, несущим хонинговальные алмазно-абразивные бруски 5.

Брускодержатель 4 представляет собой торообразную упругую оболочку, на образующей которой на металлических пластинах 6 закреплены известными способами алмазно-абразивные бруски 5. Например, если оболочка 4 резиновая, то пластины 6 закреплены путем вулканизации, а бруски 5 - приклеены клеем.

Торообразная оболочка 4 свободно одета на корпус 2, который представляет собой полый вал, и ограничивается по высоте с одного торца диском 7, с другого - закреплена гайкой 7¹, которая имеет торец, контактирующий с оболочкой, в виде конуса.

Приведение хонинговальной головки в рабочее состояние осуществляется путем подачи под давлением Р_сж сжатого воздуха в упругую оболочку 4 через осевое 8 и поперечное 9 отверстия в корпусе 2.

Вибратор 1 снабжен малой упругой торообразной оболочкой 10, одетой на корпус 2 таким образом, что торец 11 оболочки упирается в торец корпуса и является неподвижным, а противоположный торец, к которому закреплена шайба 12, - подвижен за счет подачи в оболочку 10 под давлением Р_сж сжатого воздуха через осевое 8 и поперечное 13 отверстия в корпусе 2. Подача сжатого воздуха через отверстия 8, 9 и 13 производится через резиновый шланг 8¹.

Наружная поверхность образующей тора 10 вибратора 1 закрыта кожухом 14 для того, чтобы упругая оболочка не увеличивалась по наружному диаметру и все усилие сжатого воздуха приходилось на подвижный (нижний торец, согласно фиг.1) торец, к которому закреплена шайба 12.

На наружной поверхности образующей тора 10 расположен перепускной виброклапан 15, открывающийся при определенном давлении в упругой оболочке 10 (например, 0,4 МПа) и позволяющий спускать сжатый воздух в атмосферу в узком диапазоне давления (например, до 0,35 МПа), а затем закрываться для очередного повышения давления. При повышении и понижении давления в упругом торе 10 его высота В будет изменяться на величину амплитуды А_в (см. фиг.5). Величина диапазона перепада давлений влияет на величину амплитуды А_в вибратора и хонинговальных брусков 5. Следовательно, регулированием диапазона перепада давления в виброклапане 15 регулируют величину амплитуды А_в и частоту вибраций, накладываемых на хонинговальные бруски.

Взаимодействие вибратора 1 с брускодержателем 4 осуществляется посредством винтовой конической пружины сжатия 3, которая опирается на диск 16, закрепленный на торце брускодержателя 4, и шайбу 12, закрепленную на подвижном торце оболочки 10 вибратора 1.

Хонинговальная головка работает следующим образом.

В нерабочем состоянии без сжатого воздуха в упругой оболочке наружный диаметр по алмазно-абразивным брускам меньше внутреннего диаметра обрабатываемого отверстия, поэтому головка свободно вводится в отверстие заготовки. Головка соединяется жестко со шпинделем станка, обрабатываемая деталь также жестко крепится в станочном приспособлении. Точное самоцентрирование брусков хона обеспечивается за счет упругой оболочки брускодержателя.

Хонинговальная головка не требует шарнирного соединения со шпинделем станка и плавающего станочного приспособления, как при традиционном хонинговании, что удешевляет и упрощает конструкцию и обслуживание.

Головка совершает вращательное и возвратно-поступательное движения со скоростями V_в, V_вп и имеет радиальную подачу S_p алмазно-абразивных брусков, осуществляемую с помощью подачи сжатого воздуха в упругую оболочку, разжимающую бруски.

Сочетание трех движений и регулирование величиной давления воздуха в упругой оболочке в процессе обработки обеспечивает эффективное срезание микростружек и самозатачивание инструмента.

При подачи сжатого воздуха в пневматический вибратор, его упругая оболочка увеличивается по высоте и оказывает давление через пружину на брускодержатель, который благодаря упругости деформируется и перемещает бруски вдоль оси обрабатываемого отверстия. При этом нижний торец (согласно фиг.1, 3-5) брускодержателя ложится на конический торец гайка. При падении давления в вибраторе, он уменьшается по высоте и благодаря упругости брускодержателя, последний возвращается в исходное (верхнее, согласно фиг.1, 3-5) положение. Величина амплитуды осцилляции может быть 1... 4 мм, а частота до 20 двойных ходов в секунду.

Таким образом происходит хонингование с осцилляцией хонинговальных брусков, которая существенно улучшает качество обработанной поверхности и повышает в несколько раз производительность.

Вибрации брусков в сочетании с вращательным и возвратно-поступательными движениями хонинговальной головки создают перекрестное движение абразивных зерен и периодически изменяют направление резания, заставляя абразивные зерна брусков резать не одной гранью, как при традиционном хонинговании без вибраций, а несколькими гранями, и силу трения.

Благодаря этому облегчается съем материала и стружкообразование, улучшается самозатачивание зерен, а переменные силы активно перераспределяются в плоскости резания и сила трения уменьшается в несколько раз. Перекрестное вибрационное движение увеличивает число активно работающих абразивных зерен и интенсифицирует срезание выступов неровностей поверхности. При этом на обработанной поверхности формируется износостойкий регулярный микрорельеф с перекрестным направлением рисок и неровностями малой и однородной высоты.

Преимущества предлагаемого способа алмазно-абразивного вибрационного хонингования: более плавная обработка; большая жесткость технологической системы; повышается качество и точность обработки, расширяются технологические возможности и появляется возможность обрабатывать как цилиндрические, так и конические отверстия; возможность снятия больших неравномерных припусков; в 2-3 раза повышается производительность обработки благодаря большой площади контакта инструмента с заготовкой и сокращению количества проходов при переходе на режим вибрационного хонингования.

Благодаря применению упругой оболочки и равномерному распределению давления сжатого воздуха на все бруски, независимо от случайной разной толщины алмазно-абразивного слоя на брусках и других погрешностей изготовления и сборки головки, бруски равномерно распределяют между собой снимаемый припуск.

В качестве примера проводилась обработка отверстия гильзы цилиндра 130-1002021 на вертикально-хонинговальном станке мод. 3М83С, оснащенным хонинговальной головкой с пневматическим вибратором и алмазными брусками АС6 80/63 50М1 (ГОСТ 25594-83) - 6 шт, закрепленных на упругой резиновой оболочке; панелью с электроконтактным датчиком - СП-231; автокалибром 8М-17729-02. Материал обрабатываемой заготовки-отливки гильзы цилиндра - специальный чугун, имеющий химический состав (в %): С - 3,2... 3,4; Si - 2,0... 2,3; Mn - 0,5... 0,8; Cr - 0,25... 0,40; Ni - 0,10... 0,25; Р≤ 0,20; S≤ 0,15; Fe - остальное. Механические свойства чугуна: 170... 241 НВ; σ _тв≥_{206 Н/мм²; σ из=432 Н/мм². Диаметр обрабатываемого отверстия ⊘ 100,56... ⊘ 100,50 мм; шероховатость - Ra=0,32 мкм. После сборки хонинговальной головки для точного расположения бруски прирабатывались притирочной пастой на хонинговальном станке по отверстию хонингуемой (бракованной) гильзы при равенстве окружной скорости ν вp и скорости продольного хода ν в-п. Притирочной пастой являлся абразивный порошок из зеленого карбида кремния зернистостью 5, смешанный с тавотом в пропорции 1:2. Пасту наносили кисточкой на алмазные бруски. Приработка алмазных брусков производилась до тех пор, пока площадь контакта не достигла 90%. Продолжительность притирки брусков составила 14,5 мин. Режимы хонингования: Vв=19 м/мин; Vвп=37,7 м/мин. Обработка проводилась при постоянном давлении подаваемого сжатого воздуха - 0,4 МПа. Величина амплитуды осцилляции составляла - 3... 4 мм, а частота - 10 дв. х./с.}

Предлагаемый способ позволил повысить производительность в 1,5... 2 раза, исключить операцию получистового хонингования благодаря улучшению шероховатости поверхности на 1... 2 класса. При этом расход абразивного инструмента снизился на 20%.

Предлагаемый способ, осуществляемый головкой с брускодержателем в виде упругой оболочки, которая является демпфером, улучшает качество и повышает производительность, позволяет интенсифицировать обработку, варьируя давлением подаваемого сжатого воздуха, сглаживает удары и позволяет вести безвибрационную обработку, гася автоколебания, автоматически ориентирует бруски и самоцентрирует их.

Предлагаемый способ вибрационного хонингования позволяет повысить режимы и производительность обработки в несколько раз без ухудшения качества обработанной поверхности. Кроме того, в таких условиях стойкость инструмента возрастает в два и более раз по сравнению со стойкостью при традиционной абразивной обработке без наложения колебаний, облегчаются съем материала и стружкообразование, уменьшается расход энергии на резание и трение.

Способ вибрационного хонингования целесообразно и эффективно использовать при обработке заготовок малой жесткости из труднообрабатываемых материалов и сплавов.

Предлагаемый способ легко автоматизируется, а инструмент прост по конструкции и легко встраивается в станки - автоматы.

Источники информации

1. А.с. СССР 1530418, МКИ В 24 В 33/00. Устройство для вибрационного хонингования. Удовенко А.А. и др. Заявка № 4207253/31-08, заявл. 10.03.87, опубл. 23.12.89. Бюл. № 47.

2. Патент РФ 2146593, МКИ В 24 В 33/00. Устройство для вибрационного хонингования. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. Заявка № 98115880//02, заявл. 17.08.1998, опубл. 20.03.2000. Бюл. № 8 - прототип.

3. Отделочно-абразивные методы обработки. Справочное пособие / Кожуро Л.М. и др.; Под общ. ред. Чистосердова П.С. - Мн.: Высш. шк., 1983. - С.42.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при отделочной обработке отверстий деталей из труднообрабатываемых металлов. Заготовку жестко закрепляют в станочном приспособлении. Хонинговальной головке, содержащей вибратор, установленный с возможностью взаимодействия с брускодержателем, несущим хонинговальные алмазно-абразивные бруски, сообщают вращательное и возвратно-поступательное движения. Брускам сообщают радиальное перемещение. Используют брускодержатель в виде горообразной упругой оболочки, на образующей которой на металлических пластинах закреплены алмазно-абразивные бруски. Оболочку одевают на корпус свободно и ограничивают по высоте с одного торца диском, а с другого - закрепляют гайкой. В упругую оболочку подают сжатый воздух через осевое и поперечное отверстия в корпусе. Такие действия повышают точность, качество и производительность обработки путем обеспечения осевого возвратно-поступательного перемещения брусков с плавным регулированием частоты и амплитуды их осцилляции на ходу без остановки процесса. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ вибрационного хонингования, при котором заготовку жестко закрепляют в станочном приспособлении, а хонинговальной головке, содержащей вибратор, установленный с возможностью взаимодействия с брускодержателем, несущим хонинговальные алмазно-абразивные бруски, сообщают вращательное и возвратно-поступательное движения, при этом брускам сообщают радиальное перемещение, отличающийся тем, что брускодержатель представляет собой торообразную упругую оболочку, на образующей которой на металлических пластинах закреплены алмазно-абразивные бруски, причем оболочка одета на корпус свободно и ограничена по высоте с одного торца диском, а с другого закреплена гайкой, при этом устройство приводят в рабочее состояние путем подачи сжатого воздуха в упругую оболочку через осевое и поперечное отверстия в корпусе.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибратор снабжен малой упругой торообразной оболочкой, одетой на корпус таким образом, что один торец является неподвижным, а противоположный торец, к которому закреплена шайба, - подвижным за счет подачи в оболочку вибратора сжатого воздуха через осевое и поперечное отверстия в корпусе, при этом наружная поверхность образующей тора вибратора закрыта кожухом и на ней располагают перепускной виброклапан.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что взаимодействие вибратора с брускодержателем осуществляют посредством винтовой конической пружины сжатия, которая опирается на диск, закрепленный на брускодержателе, и шайбу, закрепленную на торце оболочки вибратора.