СПОСОБ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ Российский патент 2005 года по МПК B24B29/00 B24B55/02 B24D13/12 B24D13/18 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочной обработке как круглых, так и не круглых внутренних поверхностей.

Известен способ и устройство для полирования поверхностей, включающее корпус со шпинделем, несущим абразивный круг, причем оно снабжено оправкой с перпендикулярными оси шпинделя направляющими для перемещения корпуса, выполненного подпружиненным относительно оправки и снабженного подпружиненным стержнем, установленным параллельно направляющим с возможностью постоянного контакта со шпинделем, при этом оправка снабжена ограничителями хода корпуса [1].

Недостатком этого способа и устройства является низкая производительность и качество из-за недостаточной скорости круга, узкие технологические возможности, а именно для обработки вращающихся деталей, и невозможность обрабатывать некруглые отверстия, при этом сложность конструкции удорожает процесс полирования. Кроме того, конструкция инструмента и способ обработки не позволяют подавать смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) непосредственно в зону контакта абразива с заготовкой, что влечет повышение теплонапряжености процесса и появление микротрещин, ведущих к браку.

Известен способ и устройство для полирования поверхностей, которое включает оправку, несущую абразивный круг, причем оправка снабжена втулкой, являющейся внутренним кольцом роликового радиального игольчатого подшипника, у которой оси наружной и внутренней поверхностей выполнены под углом α и пересекаются в центре симметрии, косыми шайбами, у которых торцы выполнены под углом α друг к другу, абразивным кругом, который выполнен на гибкой (резиновой, каучуковой, вулканитовой и т.п.) основе и установлен на наружном кольце подшипника под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, при этом угол α определяется по формуле

α<arcsin(В_к/D_к), град,

где В_к и D_к - соответственно высота и наружный диаметр абразивного круга, мм [2].

Устройство, реализующее способ, также снабжено усеченным под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, круговым кольцом, закрепленным на торце круга соосно оси оправки, и двуплечим рычагом, шарнирно в кронштейне установленном на оправке, одним плечом контактирующим с внутренней поверхностью кольца, другое плечо снабжено винтом, ввернутым в оправку, и амортизационной пружиной. Кроме того, оправка устанавливается на расстоянии Н от обрабатываемой поверхности и вращается с частотой N_o, определяемые соответственно по формулам:

H=0,5[(D_к ²-B_к ²)^1/2]-B_кtgα, мм,

N_o≥N_д[2πD_к/L_max], мин^-1,

где N_д - частота вращения детали, мин^-1;

L_max - максимальная дуга контакта круга и детали, мм.

Недостатком этого способа и устройства является сложность конструкции, что удорожает процесс полирования и снижает надежность в работе, а также сложность регулирования угла наклона круга (требующая замены втулки, косых шайб и механизма торможения), необходимое при оптимизации процесса обработки в производственных условиях при изменении обрабатываемого материала, химико-термической операции, режущего инструмента, технических условий, режимов резания. Недостаточная универсальность не позволяет обрабатывать некруглые отверстия. Кроме того, конструкция инструмента и способ обработки не позволяют подавать смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) непосредственно в зону контакта абразива с заготовкой, что влечет повышение теплонапряженности процесса и появление микротрещин, ведущих к браку.

Задачей изобретения является повышение производительности и качества обработки, упрощение и удешевление конструкции инструмента, расширение технологических возможностей, позволяющие обрабатывать некруглые отверстия, и возможность подавать смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС) непосредственно в зону контакта абразива с заготовкой, с целью снижения теплонапряженности процесса и увеличения режимов резания.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа алмазно-абразивной обработки, при котором заготовке и алмазно-абразивному кругу, закрепленному на оправке, сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности, причем поперечная подача осуществляется автоматически за счет упругости круга, который состоит из тканевой пористой оболочки, закрепленной на упругой пористой основе, при этом в качестве алмазно-абразивного режущего слоя использована двусторонняя алмазно-абразивная шкурка, закрепленная на оболочке, причем оправка имеет осевое, центральное отверстие, соединенное с радиальными отверстиями, для подвода смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) через поры круга, и снабжена распорной втулкой, определяющей высоту круга и имеющей радиальные отверстия, совпадающие с радиальными отверстиями оправки, шайбами, расположенные по торцам круга.

При этом алмазно-абразивная шкурка взята разной зернистости с каждой стороны и в виде отдельных лепестков, которые закреплены на оболочке с образованием прерывистого режущего слоя, причем каждый лепесток закреплен на оболочке только с одного торца, параллельно оси.

Кроме того, наружный диаметр круга взят больше диаметра обрабатываемого отверстия и введение круга в отверстие заготовки осуществляется с помощью разъемного конического кольца, состоящего из двух кольцевых секторов.

Способ позволяет работать в двух режимах: в режиме черновой алмазно-абразивной обработки лепестками, обращенными крупнозернистой стороной к обрабатываемой поверхности при вращении круга в одном направлении, и в режиме чистовой обработки при реверсе и вращении круга в обратном направлении, при этом в последнем случае лепестки переворачиваются за счет сил трения мелкозернистой стороной к обрабатываемой поверхности.

При этом незакрепленная часть лепестка, с целью лучшего прохождения СОТС и переворачивания лепестков при переходе с одного режима на другой, разрезана на несколько частей в поперечном направлении.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид и частичный продольный разрез; на фиг.2 - вид по А на фиг.1, круг настроен для черновой обработки; на фиг.3 - вид по А на фиг.1, круг настроен для чистовой обработки; на фиг.4 - схема обработки круглого отверстия предлагаемым устройством, продольный разрез; на фиг.5 - вид по Б на фиг.4, частичный поперечный разрез; на фиг.6 - схема обработки эллипсного отверстия; на фиг.7 - схема обработки четырехгранного отверстия; на фиг.8 - схема обработки шестигранного отверстия; на фиг.9 - схема введения круга в отверстие обрабатываемой заготовки; на фиг.10 - разъемное коническое кольцо для введения круга в отверстие заготовки; на фиг.11 - вид по В на фиг.10.

По предлагаемому способу алмазно-абразивной обработки отверстий заготовке и алмазно-абразивному кругу, закрепленному на оправке, сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности, при этом поперечная подача осуществляется автоматически за счет упругости круга.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, служит для отделочной алмазно-абразивной обработки круглых и не круглых отверстий. Оно содержит оправку 1, на которой установлен алмазно-абразивный круг 2. Оправка 1 имеет осевое, центральное отверстие 3, соединенное с радиальными отверстиями 4, которые служат для подвода смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) через поры круга непосредственно в зону резания.

Круг 2 снабжен распорной втулкой 5, определяющей его высоту и имеющей радиальные отверстия 6, совпадающие с радиальными отверстиями 4 оправки 1. Для поддержания формы круга 2 в виде прямого цилиндра он снабжен шайбами 7, расположенные по торцам круга.

Периферийная поверхность круга 2 выполнена в виде тканевой пористой оболочки 8, которая расположена на упругой пористой основе 9 (например, резиновая губка, поролон и т.п.). Пористая основа 9 изначально взята большего диаметра, чем диаметр оболочки 8, с целью обеспечения упругости при сборке.

В качестве алмазно-абразивного режущего слоя использована двусторонняя алмазно-абразивная шкурка, которая взята разной зернистости с каждой стороны и закреплена на оболочке 8 в виде отдельных лепестков 10 с образованием прерывистого режущего слоя, т.е. на периферийной режущей поверхности круга имеются впадины 11, не заполненные абразивом и позволяющие свободному выходу СОТС на поверхность круга.

Каждый лепесток 10 закреплен (например, приклеен) на оболочке 8 только с одного торца 12, параллельно оси круга.

В отличие от традиционной абразивной обработки, по предлагаемому способу наружный диаметр круга 2 взят больше диаметра обрабатываемого отверстия заготовки 13 с целью создания упругости и обеспечения радиальной поперечной подачи S_поп, при этом введение круга 2 в отверстие заготовки 13 осуществляется с помощью направляющего разъемного конического кольца 14, состоящего из двух кольцевых секторов 15 (см. фиг.9-11).

Перед обработкой кольцо 14 заходной частью 16 вводится в отверстие заготовки, а после введения круга в отверстие снимается путем открытия замка 17 благодаря шарниру 18, подвижно соединяющему кольцевые сектора 15.

Работа по предлагаемому способу осуществляется в двух режимах:

- в режиме черновой алмазно-абразивной обработки лепестками, обращенными крупнозернистой стороной к обрабатываемой поверхности при вращении круга в одном направлении;

- в режиме чистовой обработки при реверсе и вращении круга в обратном направлении, в этом случае лепестки переворачиваются за счет сил трения мелкозернистой стороной к обрабатываемой поверхности.

С целью лучшего прохождения СОТС и переворачивания лепестков при переходе с одного режима на другой незакрепленная часть лепестка 10 разрезана на несколько частей 10¹ в поперечном направлении.

Сборка круга и работа по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

На оправку 1 насаживается шайба 7 и надевается втулка 5 так, чтобы совместились радиальные отверстия 6 и 4. Затем на втулку напрессовывается пористая упругая основа 9, причем контактирующие поверхности шайбы, втулки и основы 9 предварительно смазываются клеем. Ставится вторая шайба 7, на торец которой также нанесен клей, и производится зажим круга гайкой.

На предварительно радиально сжатую упругую основу 9 надевается оболочка 8 в сборе с алмазно-абразивными лепестками, на внутренней поверхности которой нанесен клей. После высыхания клея и схватывания клеевых соединений круг готов к работе. При износе алмазно-абразивных лепестков оболочку 8 в сборе принудительно заменяют на новую. Алмазная шкурка отличается большой стойкостью, одним комплектом оболочки с алмазными лепестками, установленной на круге ⊘50 мм и высотой 30 мм, можно обработать 30...50 тыс. отверстий [3].

Ввод круга в обрабатываемое отверстие производится при неподвижном состоянии заготовки и инструмента с помощью направляющего конического кольца 14, которое заходной частью 16 вводится в отверстие заготовки, а после введения круга в отверстие снимается.

Далее включается вращение заготовки V_з, вращение круга V_к и продольная подача S_пр для обработки отверстия по всей длине. Радиальное врезание S_поп алмазно-абразивных зерен обеспечивается за счет упругости круга.

Обработка отверстия по предлагаемому способу состоит из двух переходов. Первый переход - черновая обработка осуществляется при вращении круга в одном направлении, когда лепестки обращены крупнозернистой стороной к обрабатываемой поверхности. Переключение на второй переход - чистовую обработку производится сменой направления вращения круга, при этом лепестки за счет сил трения переворачиваются, как страницы книги, мелкозернистой стороной к обрабатываемой поверхности.

Способ алмазно-абразивной обработки отверстий позволяет использовать один из самых эффективных способов подачи СОТС и подавать ее под напором через центральное отверстие оправки и поры круга непосредственно в зону контакта абразива с заготовкой, снижая теплонапряженность процесса, что позволяет увеличивать режимы резания. Легкому проникновению СОТС в зону контакта также способствуют: пористая тканевая оболочка, прерывистая периферийная алмазно-абразивная поверхность круга и поперечные надрезы лепестков, разделяющие их на части 10¹.

При обработке круглых отверстий ось вращения круга совмещается с осью обрабатываемого отверстия заготовки (см. фиг.4-5). Однако, обладая свойством упругости и возможностью изменять свою наружную конфигурацию, ось круга может быть смещена относительно оси заготовки и появляется возможность обрабатывать не круглые отверстия (см. фиг.6-8).

Пример. Обрабатывалось сквозное отверстие фланца ⊘ 50 H7^(+0,025) мм и длиной 40 мм на внутришлифовальном станке мод. 3К228В. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердость HRC 45. Способ крепления заготовки - в патроне. Технологическая система станок - приспособление - инструмент - заготовка достаточно жесткая. Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra 0,32 мкм. Круг изготовлен ⊘ 64 мм и высотой 30 мм на поролоновой основе, лепестки из шкурки зернистостью с одной стороны 14А12, с другой - 14А4. Припуск на сторону - 0,05 мм, частота вращения круга - 13000 мин^-1 (V_к=34 м/с), частота вращения заготовки - 191 мин^-1 (V_з=0,5 м/с), продольная подача - S_пр=0,05 м/с. Охлаждающая жидкость - 5%-ный водный раствор эмульсола в воде. Лепестки шкурки пропитывались составом, содержащим 40% парафина, 55% пластической смазки ПВК и 5% графита с целью лучшего переворачивания лепестков при переходе с одного режима на другой и снижению температуры.

Для получения необходимой точности и шероховатости потребовалось в два раза меньше времени, чем при традиционной обработке.

Способ повышает производительность и качество обработки, упрощает и удешевляет конструкцию инструмента, расширяет технологические возможности и позволяет обрабатывать не круглые отверстия.

Источники информации

1. А.с. СССР 622647, МКИ В 24 В 5/02. Устройство для полирования поверхностей. Б.М.Никифоров и Р.П.Чаузов. Заявка №2150282/25-08, заявл. 01.07.75, опубл. 05.09.78. Бюл. №33 - прототип.

2. Патент РФ №2202461, МКИ 7 В 24 В 29/00, 45/00. Устройство для полирования поверхностей. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Бородин В.В., Фомин Д.С. Заявка 2001123492/02, заявл. 21.08.2001, опубл. 20.04.2003 г., Бюл. №11.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.443.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при отделочной обработке внутренних поверхностей вращения. Заготовке и алмазно-абразивному кругу, закрепленному на оправке, сообщают вращательные движения, движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности и поперечную подачу автоматически за счет упругости круга. Последний состоит из тканевой пористой оболочки, закрепленной на упругой пористой основе, и алмазно-абразивного режущего слоя, в качестве которого используют двустороннюю алмазно-абразивную шкурку, закрепленную на оболочке. Осуществляют подвод смазочно-охлаждающего технологического средства через поры круга. Для этого используют оправку, имеющую осевое центральное отверстие, соединенное с радиальными отверстиями, и снабженную распорной втулкой, определяющей высоту круга. Во втулке выполнены радиальные отверстия, совпадающие с радиальными отверстиями оправки. По торцам круга расположены шайбы. В результате повышается производительность и качество обработки, расширяются технологические возможности за счет обеспечения обработки некруглых отверстий. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ алмазно-абразивной обработки отверстий, при котором заготовке и алмазно-абразивному кругу, закрепленному на оправке, сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что осуществляют поперечную подачу автоматически за счет упругости круга, который состоит из тканевой пористой оболочки, закрепленной на упругой пористой основе, при этом в качестве алмазно-абразивного режущего слоя используют двухстороннюю алмазно-абразивную шкурку, закрепленную на оболочке, причем осуществляют подвод смазочно-охлаждающего технологического средства (СОТС) через поры круга, для чего используют оправку, имеющую осевое центральное отверстие, соединенное с радиальными отверстиями, и снабженную распорной втулкой, определяющей высоту круга и имеющей радиальные отверстия, совпадающие с радиальными отверстиями оправки, и шайбами, расположенными по торцам круга.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алмазно-абразивную шкурку используют разной зернистости с каждой стороны и в виде отдельных лепестков, которые закрепляют на оболочке с образованием прерывистого режущего слоя, причем каждый лепесток закрепляют на оболочке только одним торцом параллельно оси.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что круг используют с наружным диаметром, большим диаметра обрабатываемого отверстия, при этом осуществляют введение круга в отверстие заготовки с помощью разъемного конического кольца, состоящего из двух кольцевых секторов.4. Способ по п.2, отличающийся тем, что обработку осуществляют в двух режимах: в режиме черновой алмазно-абразивной обработки - лепестками, обращенными крупнозернистой стороной к обрабатываемой поверхности, при вращении круга в одном направлении и в режиме чистовой обработки - лепестками, перевернутыми мелкозернистой стороной к обрабатываемой поверхности, за счет сил трения при реверсе и вращении круга в обратном направлении.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что незакрепленную часть лепестка разрезают на несколько частей в поперечном направлении для лучшего прохождения СОТС и переворачивания лепестков при переходе с одного режима на другой.