КОМБИНИРОВАННЫЙ ШЛИФОХОНИНГОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2005 года по МПК B24D17/00 B24B33/08 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке материалов резанием и изготовлению алмазно-абразивного комбинированного инструмента с регулируемым диаметром и углом наклона режущего слоя относительно оси вращения, и может быть использовано на машиностроительных предприятиях для эффективной чистовой алмазно-абразивной обработки заготовок из различных металлов, предрасположенных к дефектообразованию.

Известен прерывистый абразивный круг с упругодемпфирующим элементом, выгодно отличающийся от сплошных и др. абразивных кругов по производительности и качеству поверхностного слоя изделий [1]. Выполнение инструмента сборным позволило обеспечить высокую однородность и прочность абразивных сегментов, назначить повышенные режимы резания по сравнению с традиционными абразивными кругами. Упругодемпфирующий элемент, введенный в конструкцию, демпфирует ударные импульсы, возникающие при входе и выходе сегментов из контакта с заготовкой, стабилизируя процесс обработки и ликвидируя вибрации, что в свою очередь повышает качество и производительность обработки [2].

Недостатками известного круга [1] является отсутствие широких технологических возможностей, позволяющих вести черновую, получистовую, чистовую и отделочную абразивную обработку, невозможность быстрого перехода с одного режима на другой, отсутствие возможности восстановления изношенного наружного диаметра, а также появление прижогов и шлифовочных микротрещин при повышении режимов резания и увеличении производительности.

Наиболее близким прототипом является комбинированная инструментальная головка, реализующая комбинированный способ квазипрерывистой чистовой обработки [3]. Головка состоит из круга и диска с абразивными разжимными в радиальном направлении брусками, которые обкатывают в круговом направлении по обрабатываемой поверхности.

Недостатками известной инструментальной головки являются отсутствие широких технологических возможностей, позволяющих вести черновую, получистовую, чистовую и отделочную абразивную обработку, невозможность быстрого перехода с одного режима на другой, отсутствие возможности восстановления изношенного наружного диаметра, а также появление прижогов и шлифовочных микротрещин при повышении режимов резания и увеличении производительности.

Задача изобретения - повышение производительности, качества обработки и долговечности инструмента за счет быстрого восстановления наружного диаметра хона и изменения величины амплитуды аксиально-смещенного режущего слоя, стабилизация процесса обработки и ликвидация вибраций за счет введения в конструкцию упругодемпфирующего элемента и возможность на ходу без остановки процесса алмазно-абразивной обработки быстрого перехода с чернового режима на получистовой, чистовой и отделочный.

Поставленная задача решается предлагаемым комбинированным шлифохонинговальным инструментом для обработки поверхностей периферий, содержащим шлифовальный круг с устройством его крепления на оправке под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, и хон, состоящий из отдельных алмазно-абразивных брусков с различной зернистостью, закрепленных на наружной поверхности торообразной упругой оболочки, при этом восстановление изношенного наружного диаметра хона осуществляют за счет подачи сжатого воздуха в упругую оболочку, из условия увеличения диаметра до размеров диаметра шлифовального круга.

Причем для придания большей жесткости торообразной упругой оболочки внутренняя поверхность ее разделена перегородками на отсеки, сообщающиеся между собой, при этом перегородки располагаются под брусками с более крупными алмазно-абразивными зернами.

При этом хон и круг установлены на оправке под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с помощью косых шайб, расположенных с торцов инструмента, и угол α назначается по формуле:

α<arc tg(B_ш/D_ш),

где D_ш и В_ш - соответственно наружный диаметр и высота шлифовального круга.

Кроме того, черновую обработку производят только кругом без участия в работе хона при диаметре последнего меньше диаметра круга на величину натяга N; получистовую обработку производят кругом и хоном при диаметре хона больше диаметра круга на величину натяга N, с которым инструмент прижимается к заготовке; чистовую обработку производят только хоном при его диаметре больше диаметра круга на величину натяга N, причем все бруски хона участвуют в резании, а шлифовальный круг не касается обрабатываемой поверхности; отделочную обработку производят только хоном при его диаметре больше диаметра круга на величину натяга N, благодаря тому что инструмент прижимается к заготовке на половину величины натяга - N/2, причем в резании участвуют только мелкозернистые бруски хона, расположенные на упругой оболочке в местах без перегородок, а шлифовальный круг и крупнозернистые бруски хона не касаются обрабатываемой поверхности.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого комбинированного шлифохонинговального инструмента, частичный продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - поперечное сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - частичный продольный разрез инструмента с максимально изношенным хоном; на фиг.5 - общий вид инструмента с нулевым углом наклона режущих слоев; на фиг.6 - схема отделочной обработки только мелкозернистыми брусками хона; на фиг.7 - положение хонинговальных брусков при работе хона в режиме отделочной обработки; на фиг.8 - развертка следа комбинированного инструмента на обработанной поверхности, работающего в режиме получистовой обработки.

Предлагаемый комбинированный шлифохонинговальный инструмент предназначен для совместной и последовательной обработки шлифовальным кругом и хонинговальными брусками, ведущими обработку периферийным аксиально-смещенным режущим слоем.

Комбинированный шлифохонинговальный инструмент содержит хон 1 и шлифовальный круг 2, закрепленные на одной оправке 3.

Хон 1, который является сборным, состоит из отдельных алмазно-абразивных брусков, закрепленных на наружной поверхности торообразной упругой оболочки 4 посредством пластин 5. Для придания большей жесткости торообразной упругой оболочке 4 внутренняя поверхность ее разделена перегородками 6 на отсеки 7, сообщающиеся между собой [2]. Такое устройство крепления сборного хона 1 позволяет быстро, на ходу восстанавливать изношенный наружный диаметр хона путем подачи сжатого воздуха Р_сж в упругую оболочку 4, из условия увеличения диаметра D_x до размера больше, равного или меньше диаметра D_ш шлифовального круга 2 на величину натяга N, с которым инструмент прижимается к детали, в зависимости от выбранного режима обработки.

Алмазно-абразивные бруски хона 1 берут на гибкой, например, каучуковой основе, и крепление их к пластинам 5 осуществляют посредством приклеивания, при этом сами пластины 5 крепят на торообразной упругой оболочке 4 путем вулканизации. Хон 1 составляют из отдельных алмазно-абразивных брусков с различной зернистостью. Бруски с более крупными алмазно-абразивными зернами 1^к для чистовой обработки располагают над перегородками 6 торообразной упругой оболочки 4, а мелкозернистые бруски 1^м для отделочной обработки - над отсеками 7 без перегородок (фиг.3, 5).

Торообразная упругая оболочка 4 установлена на оправке 3 с помощью ограничительных шайб 8, косых шайб 9 и закреплена гайкой 10 с шайбой 11.

Приведение в рабочее состояние торообразной упругой оболочки 4 осуществляется путем подачи в оболочку через поперечное 12 и центральное продольное 13 отверстия, расположенные в оправке 3, штуцер и ниппель (не показаны) под давлением Р_сж сжатого воздуха.

Благодаря косым шайбам 9, расположенным попарно с торцов комбинированного инструмента, хон 1 и круг 2 устанавливают под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, при этом угол α может меняться от нуля (фиг.5) до значения, назначаемого по формуле:

α<arc tg(В_ш/D_ш),

где D_ш и В_ш - соответственно наружный диаметр и высота шлифовального круга.

Сборка инструмента осуществляется следующим образом.

Косые шайбы 9 располагаются на оправке 3 максимальной толщиной в диаметрально противоположных местах с каждого торца инструмента по две штуке. После установки круга 2 и ограничительной шайбы 8 на оправку 3 устанавливают распорную втулку 14 и совмещают отверстие в ней с отверстием 12. На втулку 14 закрепляют приклеиванием торообразную упругую оболочку 4, предварительно собранную с пластинами 5 и брусками 1. Собранный таким образом на оправке 3 комбинированный инструмент закрепляют гайкой 10 через шайбы 8, 9 и 11.

Инструмент используют следующим образом.

Инструмент устанавливается на оправке, которой сообщается вращение, и подводится к обрабатываемой поверхности. При круглом шлифохонинговании инструменту сообщают продольную и поперечную подачу, а заготовке - вращение. При плоском шлифохонинговании инструменту сообщают поперечную подачу, а заготовке - продольную подачу и подачу врезания.

За полный оборот хона 1 и шлифовального круга 2 их зоны резания, находящиеся на периферии, совершат перемещения вдоль оси вращения, равные величине амплитуды А_х (фиг.8).

Благодаря такому аксиальному смещению рабочего режущего слоя круга и хона на участке А_х в поперечном сечении наблюдается прерывистое шлифование, которое сопровождается низкой температурой резания по сравнению с традиционным шлифованием и которое гарантирует бесприжоговую алмазно-абразивную обработку.

Кроме того, бесприжоговой обработкой отличается работа хона, так как его рабочая режущая поверхность прерывистая, которая позволяет снижать температуру поверхностного слоя в момент прерывания процесса резания.

Шлифование кругом является непрерывным процессом резания, обеспечивающее осцилляцию теплового поля вследствие прироста длины контакта круга 2 и заготовки на величину амплитуды А_х, зависящей от угла α наклона круга и его наружного диаметра D_ш.

Угол наклона круга позволяет увеличить количество алмазно-абразивных зерен, участвующих в резании [3].

Вслед за обработкой поверхности шлифованием ведется алмазно-абразивная обработка подвижно закрепленными, хонинговальными брусками, имеющими возможность радиального перемещения и прижимаемыми к обрабатываемой поверхности с определенным усилием, которое может быть постоянным или изменяться в зависимости от давления Р_сж сжатого воздуха, подаваемого в торообразную упругую оболочку.

Комбинированный инструмент может работать в нескольких режимах с быстрым переходом с одного режима на другой без остановки процесса:

- черновую обработку производят только шлифовальным кругом без участия в работе хона при диаметре последнего меньше диаметра круга на величину натяга N, т.е. при D_x<D_ш. Для этого прекращают подачу сжатого воздуха в торообразную упругую оболочку и перепускают его в атмосферу;

- получистовую обработку производят одновременно кругом и хоном при диаметре хона больше диаметра круга на величину натяга N, с которым инструмент прижимается к заготовке, т.е. при D_x>D_ш. Для этого повышают давление сжатого воздуха в торообразной упругой оболочке;

- чистовую обработку производят только хоном при его диаметре больше диаметра круга на величину натяга N, т.е. при D_x>D_ш. Причем все бруски хона участвуют в резании, а шлифовальный круг не касается обрабатываемой поверхности, благодаря тому что инструмент прижимается к заготовке на половину величины натяга - N/2 (фиг.6);

- отделочную обработку производят только хоном при его диаметре больше диаметра круга на величину натяга N, т.е. при D_x>D_ш. Причем в резании участвуют только мелкозернистые бруски хона, расположенные на упругой оболочке в местах без перегородок, а шлифовальный круг и крупнозернистые бруски хона не касаются обрабатываемой поверхности (фиг.7). Мелкозернистые бруски располагаются на большем диаметре чем крупнозернистые (на ), по причине того, что они находятся на упругой оболочке, не связанной с перегородкой, в связи с тем, что последняя менее эластична.

Во всех режимах, где работает хон, глубину хонингования можно изменять и регулировать величиной давления Р_сж сжатого воздуха, подаваемого в торообразную упругую оболочку.

Использование комбинированного шлифохонинговального инструмента предлагаемой конструкции позволяет вести обработку с использованием всей периферийной рабочей части инструмента с сохранением преимуществ процессов прерывистого шлифования и хонингования. Производительность обработки данным инструментом повышается в 2...2,5 раза, а шероховатость поверхности - на 1...2 класса, при этом расход алмазно-абразивного материала снижается на 25...30%.

Промышленные испытания инструмента проводились на внутришлифовальном станке мод. 3К228В, где шлифовали сквозное отверстие диаметром D_з=60 Н7 (^+0.03) и длиной l=60 мм. Параметр шероховатости обрабатываемой поверхности Ra=0,63 мкм. Припуск на сторону h=0,2 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердость HRC 45. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок. Полная характеристика шлифовального круга, рекомендуемого для этой стали - 24А25ПС25К8А. При внутреннем шлифовании рекомендуется D_к/D_з=0,8,...0,9. Поэтому был взят круг диаметром D_к=50 мм. Обработка проводилась при следующих режимах резания. Частоту вращения инструмента принимали п_к~13000 мин^-1; частоту вращения заготовки принимали п_з=200 мин^-1. Продольная подача согласно рекомендации была установлена S_м=5390 мм/мин.

Поперечная подача для обычных кругов рекомендуется S_{t дв.х}=0,004 мм/дв.ход. Для данного специального инструмента принимали S_{t дв.х}=0,006 мм/дв.ход. Абразивные бруски: крупнозернистые - материал зерна 63С, зернистость М40, твердость СМ1, связка - бакелитовая, количество брусков - 3, длина брусков - 30 мм, ширина брусков - 16 мм; мелкозернистые - материал зерна 63С, зернистость М20, твердость M1, связка - бакелитовая, количество брусков - 3, длина брусков - 30 мм, ширина брусков - 16 мм. Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработка осуществлялась за 20 проходов: из них

- 8 проходов в режиме чернового шлифохонингования,

- 8 проходов в режиме получистового шлифохонингования,

- 2 прохода в режиме чистового шлифохонингования,

- 2 прохода в режиме отделочного шлифохонингования.

Угол наклона шлифовального круга и хона с абразивньми брусками α=10°. Амплитуда при этом составляла А=8 мм. Радиальное давление в торообразной упругой оболочке составляло 0,4...0,6 МПа.

Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени Т₀=0,6 мин, что в 2 раза быстрее, чем при обычном шлифовании. Применение комбинированного шлифохонинговального инструмента позволяет исключить операции получистового шлифования и хонингования благодаря улучшению шероховатости поверхности на 1-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снижается на 25...30%.

Исследования показали, что предложенный инструмент при сочетании большой скорости вращения и синусоидального осциллирования в продольном направлении теплового поля, интенсифицирует процесс обработки вследствие прироста длины дуги контакта инструмента и заготовки, наличия угла пересечения траектории движения шлифовального круга и хона с направлением исходной шероховатости, обуславливая сетку следов и характер микрогеометрии как при хонинговании, шлифохонинговании с наложением вибраций (фиг.8). Улучшаются условия самозатачиваемости шлифовального круга и хона.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность использования комбинированного шлифохонинговального инструмента в целом, а также части его - хона с подвижным креплением алмазно-абразивных брусков за счет использования торообразной упругой оболочки. Выполнение инструмента сборным позволило обеспечить высокую однородность и прочность абразивных сегментов, назначить повышенные режимы резания по сравнению с традиционными абразивными кругами. Упругодемпфирующий элемент, введенный в конструкцию, демпфирует ударные импульсы, возникающие при входе и выходе сегментов из контакта с заготовкой, стабилизируя процесс обработки и ликвидируя вибрации, что в свою очередь повышает качество и производительность обработки. Быстрый переход с одного режима обработки на другой за счет изменения давления в упругой оболочке позволяет высокопроизводительно и качественно удалять значительные припуски, т.е. работать в тяжелых условиях.

Комбинированный шлифохонинговальный инструмент прост по конструкции, надежен в эксплуатации и расширяет технологические возможности обработки, благодаря совмещению хонингования и шлифования, сокращает вспомогательное время, повышает в 2...2,5 раза производительность обработки, улучшает качество и шероховатость обрабатываемой поверхности.

Источникиинформации

1. Авт. свид. СССР № 446408, МКИ B 24 D 13/02. Прерывистый абразивный круг. Игнатов С.Н., Тришин В.М., Нижник И.В. и др. Заявка № 1871201/25-8, заявл. 15.01.73; опубл. 15.10.74. Бюл. №38.

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

3. Патент РФ № 2120368, МКИ В 24 В 5/00, 1/00. Способ комбинированной квазипрерывистой чистовой обработки. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. Заявка 96116348/02, заявл. 07.08.96; опубл. 20.10.98. Бюл. №29 - прототип.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для эффективной чистовой алмазно-абразивной обработки заготовок из различных металлов, предрасположенных к дефектообразованию. Комбинированный инструмент содержит шлифовальный круг с устройством его крепления на оправке под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, и хон. Последний состоит из отдельных алмазно-абразивных брусков с различной зернистостью, закрепленных на наружной поверхности торообразной упругой оболочки. Восстановление изношенного наружного диаметра хона осуществлено за счет подачи сжатого воздуха в упругую оболочку из условия увеличения его диаметра до размеров диаметра шлифовального круга. Такая конструкция повышает производительность и качество обработки, долговечность инструмента и обеспечивает быстрый переход с одного режима обработки на другой без остановки процесса. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Комбинированный шлифохонинговальный инструмент для обработки поверхностей периферией, содержащий шлифовальный круг с устройством его крепления на оправке под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, и хон, отличающийся тем, что хон состоит из отдельных алмазно-абразивных брусков с различной зернистостью, закрепленных на наружной поверхности торообразной упругой оболочки с возможностью восстановления изношенного наружного диаметра хона за счет подачи сжатого воздуха в упругую оболочку из условия увеличения диаметра хона до размеров диаметра шлифовального круга.2. Комбинированный инструмент по п.1, отличающийся тем, что для придания большей жесткости торообразной упругой оболочке ее внутренняя поверхность разделена перегородками на отсеки, сообщающиеся между собой, причем перегородки расположены под брусками с более крупными алмазно-абразивными зернами.3. Комбинированный инструмент по п.1, отличающийся тем, что шлифовальный круг и хон установлены на оправке под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с помощью косых шайб, расположенных с торцов инструмента, при этом угол α выбран по формуле

α<arc tg(B_ш/D_ш),

где D_ш и В_ш - соответственно наружный диаметр и высота шлифовального круга.