СБОРНЫЙ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ Российский патент 2006 года по МПК B24D17/00 

Описание патента на изобретение RU2267396C1

Изобретение относится к производству алмазно-абразивного инструмента для обработки многоступенчатых деталей и может найти применение, например, при обработке беговых дорожек шарошек и лап буровых долот.

Известен сборный инструмент, работающий по способу шлифования многоступенчатых деталей, при котором шлифование всех ступеней деталей производят одновременно несколькими соосно установленными кругами, имеющими диаметры, перепады которых соответствуют перепадам обрабатываемых ступеней детали, с прерывистыми рабочими поверхностями, при этом отношение длины рабочей поверхности шлифовального круга к длине взаимодействующей с ней поверхности обрабатываемой ступени постоянно [1].

Недостаток данного инструмента состоит в том, что он в процессе шлифования не обеспечивает высокой точности перепадов диаметров детали и стабильного качества поверхностного слоя каждой обрабатываемой ступени, так как окружные рабочие скорости каждого составляющего круга шлифовального блока различны (шлифовальный блок составлен из набора кругов различных диаметров).

Скорости шлифовального круга оказывают влияние на всю совокупность показателей обработки: толщину слоя, снимаемую одним абразивным зерном; силу резания, развиваемую одним зерном; шероховатость шлифованной поверхности; мгновенную температуру в зоне работы зерна; износ шлифовального круга и др. показатели. То есть способ и инструмент не учитывают влияние режимных параметров обработки (скорости круга и скорости детали в каждом поперечном сечении взаимодействующих поверхностей круга и заготовки) и тем самым не обеспечивают высокой точности и стабильности качества поверхности каждой ступени.

При этом, делая периферийную режущую поверхность искуственно прерывистой путем прорезания и образования впадин, неэффективно используют возможности абразивного инструмента, снижают производительность металлосъема и КПД процесса, увеличивают расход абразива.

Наиболее близким по технической сущности является сборный шлифовальный инструмент, содержащий корпус, на котором установлены абразивные круги с прерывистой рабочей поверхностью, образованной чередующимися выступами и впадинами, боковые поверхности выступов в радиальном направлении имеют криволинейную форму, определяемую из соотношения

где l - длина дуги рабочего участка выступа на Ri радиусе круга;

R1 - первоначальный радиус шлифовального круга;

α1 - центральный угол в радианах дуги выступов, соответствующий первоначальному радиусу шлифовального круга;

αi, Ri - текущие значения соответственно центрального угла и радиуса шлифовального круга [2].

Недостаток данного инструмента состоит в том, что он в процессе шлифования не обеспечивает высокой точности перепадов диаметров детали и стабильного качества поверхностного слоя каждой обрабатываемой ступени, так как окружные рабочие скорости каждого составляющего круга шлифовального блока различны (шлифовальный блок составлен из набора кругов различных диаметров). Скорости шлифовального круга оказывают влияние на всю совокупность показателей обработки: толщину слоя, снимаемую одним абразивным зерном; силу резания, развиваемую одним зерном; шероховатость шлифованной поверхности; мгновенную температуру в зоне работы зерна; износ шлифовального круга и др. показатели. Кроме того, периферийная режущая поверхность, искусственно сделанная прерывистой путем прорезания и образования впадин, неэффективно использует возможности абразивного инструмента, снижает производительность металлосъема и КПД процесса, увеличивает расход абразива.

Техническим результатом предлагаемого инструмента является повышение точности формы и стабильности качества поверхности вдоль всей ширины каждой ступени, повышение производительности металлосъема и КПД процесса, а также снижение расхода абразива.

Технический результат достигается тем, что используют сборный абразивно-алмазный инструмент, который включает несколько соосно установленных на шпинделе кругов, имеющих диаметры, перепады которых соответствуют перепадам диаметров обрабатываемых ступеней заготовки, причем круги имеют прерывистую периферийную рабочую поверхность, состоят из отдельных абразивно-алмазных сегментов, закрепленных на упругих торовых оболочках, и образуют аксиально смещенный режущий слой высотой Вi, кроме круга с минимальным диаметром, благодаря установке кругов под углом αi к плоскости, перпендикулярной оси вращения, определяемым по формуле:

где αi - угол наклона к плоскости, перпендикулярной оси вращения, i-го круга, кроме круга с минимальным диаметром;

li, Di - соответственно длина и диаметр отверстия i-й ступени;

lmin, Dmin - соответственно длина и диаметр отверстия ступени с минимальным диаметром;

ni, zi - соответственно количество и ширина впадин на i-м круге;

nmin, zmin - соответственно количество и ширина впадин на первом минимальном круге, а высота Вi аксиально смещенного режущего слоя каждого круга, кроме круга с минимальным диаметром, определяется по формуле:

при этом приведение инструмента в рабочее состояние, при котором все сегменты контактируют с обрабатываемыми поверхностями, осуществляют путем подачи сжатого воздуха в упругие торовые оболочки через центральное продольное и поперечные отверстия в шпинделе.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображена схема способа алмазно-абразивной обработки внутренней поверхности двухступенчатой заготовки предлагаемым сборным инструментом, продольный разрез; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - общий вид инструмента.

Предлагаемый сборный алмазно-абразивный инструмент предназначен для чистовой окончательной обработки многоступенчатых отверстий одновременно всех ступеней.

Инструмент включает несколько соосно установленных сборных кругов 1, 2, ...i, которые состоят из отдельных алмазно-абразивных сегментов 3, поэтому круги имеют прерывистую периферийную рабочую поверхность с величинами впадин zmin, z2, ...zi. Круги 1, 2, ...i имеют диаметры, перепады которых соответствуют перепадам обрабатываемых ступеней заготовки.

Отдельные алмазно-абразивные сегменты 3 кругов закреплены на упругих оболочках 4 в виде торов посредством пластин 5. В качестве сегментов 3 могут быть алмазно-абразивные слои соответствующей формы на любой связке, а также лепестки алмазно-абразивной шкурки. Для увеличения периода стойкости инструмента в качестве абразивного материала используют эльбор, искусственные и природные алмазы на каучуковой связке, толщина алмазно-абразивного слоя 3 на гибкой связке составляет 1 мм и более.

Упругая оболочка 4 изготовлена, например, из резины или другого эластичного материала в виде тора и приводится в рабочее состояние путем подачи сжатого воздуха через центральное продольное 6 и поперечные 7 отверстия в шпинделе 8, на котором установлен сборный инструмент.

Круги 2, ...i, кроме первого круга с минимальным диаметром Dmin, установлены таким образом, что образуют аксиально смещенный режущий слой высотой В2...Вi благодаря установке кругов под углом αi к плоскости, перпендикулярной оси вращения.

Установку кругов 2, ...i под углом αi осуществляют с помощью косых шайб 9, расположенных попарно с торцов каждого круга, и дисков 10, которые поддерживают форму круга. Путем взаимного разворота косых шайб 9 относительно друг друга производят установку круга под необходимым углом αi.

Величину угла αi для установки кругов 2, ...i, кроме первого, назначают из следующих соображений.

При шлифовании известными обычными, а также [1 и 2] многоступенчатыми кругами качество поверхностного слоя каждой заготовки в партии будет разное, так как толщина срезаемого слоя металла одним алмазно-абразивным зерном постоянна в каждом поперечном сечении ступеней заготовки, причем значение этой толщины изменяется по мере износа кругов. При постоянстве частоты вращения шпинделя инструмента уменьшение диаметра круга вызывает резкое увеличение толщины срезаемого слоя. При этом происходит неравномерный радиальный износ рабочего профиля шлифовального круга. С уменьшением диаметра круга, по мере износа, круг изнашивается более интенсивно (работает как более мягкий), уменьшается размерная стойкость профиля инструмента. Неравномерный радиальный износ рабочего профиля круга переносится на обрабатываемую поверхность заготовки. В результате обрабатываемая поверхность принимает искаженную форму, не обеспечивается высокая точность перепадов диаметров заготовки [3].

Предлагаемый инструмент лишен этих недостатков, так как диаметры кругов каждой ступени не изменяются и поддерживаются постоянными за счет подачи сжатого воздуха в упругую оболочку, из которой состоит корпус круга. Площадь контакта первого минимального круга с обрабатываемой поверхностью заготовки определяется по формуле:

где Smin - площадь контакта первого минимального круга с обрабатываемой поверхностью заготовки;

Сmin - длина режущей рабочей поверхности первого минимального круга за вычетом суммарной величины впадин, определяемая по формуле:

Dmin - диаметр первого минимального круга;

nmin - количество впадин на первом минимальном круге;

zmin - ширина впадины на первом минимальном круге;

lmin - высота первой минимальной ступени заготовки.

Тогда выражение (1) перепишется в виде

Так как алмазно-абразивные зерна, расположенные на разных ступенях инструмента, должны снимать одинаковую толщину срезаемого слоя, приравняем площади контактов кругов:

С одной стороны, зная, что

где Si - площадь контакта i-го круга с обрабатываемой поверхностью заготовки;

Di - диаметр i-го круга;

ni - количество впадин на i-м круге;

zi - ширина впадины на i-м круге;

Вi - высота i-го круга.

С другой стороны, согласно формулам (3), (4)

Приравнивая выражения (5) и (6), определяем необходимую высоту Вi i-го круга:

Угол наклона аксиально смещенного режущего слоя определим из того, что данной высотой Bi i-го круга необходимо обработать всю ширину li i-й ступени, не пользуясь продольной подачей. Из этого следует, что

где Аi - амплитуда осцилляции аксиально смещенного режущего слоя i-го круга.

Откуда, используя выражение (7), определяем Аi.

Зная, что tg αii/Di, определим значение угла наклона i-го круга:

Сборный инструмент работает следующим образом.

В нерабочем состоянии без сжатого воздуха в упругих оболочках наружный диаметр каждого круга по алмазно-абразивным брускам меньше внутреннего диаметра обрабатываемой ступени многоступенчатого отверстия, поэтому инструмент свободно вводится в отверстие заготовки.

Инструмент крепится жестко на шпинделе, например, шлифовальной бабки внутри шлифовального станка, обрабатываемая заготовка, например шарошка бурового долота, - на шпинделе передней бабки. Точное самоцентрирование инструмента обеспечивается за счет упругих оболочек кругов.

Инструмент совершает вращательное движение со скоростью Vи, а радиальная подача Sp алмазно-абразивных брусков осуществляется с помощью подачи сжатого воздуха в упругие оболочки кругов, благодаря чему диаметр каждого круга по алмазно-абразивным брускам становится равным внутреннему диаметру обрабатываемой ступени. Заготовке придают вращательное движение Vз в противоположном направлении относительно вращения инструмента.

Таким образом, происходит алмазно-абразивная обработка одновременно всеми брускам каждого круга с осцилляцией брусков, кроме брусков на минимальном круге, которая существенно улучшает качество обработанной поверхности и повышает в несколько раз производительность.

Однако одновременное контактирование всех брусков с обрабатываемой поверхностью вызывает повышение температуры в поверхностном слое заготовки, а вместе с ней появление прижогов и микротрещин.

Осцилляция брусков в сочетании с прерывистым резанием отдельными брусками снижают температуру насыщения в поверхностном слое обрабатываемой заготовки и гарантируют бесприжоговость обработки.

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 осциллирующее 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 инструмента для алмазно-абразивной обработки многоступенчатых отверстий: более плавная безударная обработка; большая жесткость технологической системы; повышается качество и точность обработки, расширяются технологические возможности и появляется возможность обрабатывать как конические, так и цилиндрические, а также фасонные отверстия; возможность снятия больших неравномерных припусков; в 2-3 раза повышается производительность обработки благодаря большой площади контакта инструмента с заготовкой.

Быстрое изменение и установка оптимального значения в зависимости от конкретных условий радиальной подачи Sp брусков за счет изменения давления Рсж подаваемого сжатого воздуха также способствует увеличению производительности.

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 инструмента, бруски равномерно распределяют между собой снимаемый припуск, обеспечивая безвибрационную работу инструмента.

Конкретно реализацию предлагаемого инструмента покажем на примере обработки дорожек качения шарошки бурового долота.

Заготовка: диаметр и длина малой ступени - соответственно 41,7 мм и 28 мм; диаметр и длина большой ступени - соответственно 70,7 мм и 30 мм; марка абразивных сегментов на кругах - 24А 25 СМ1 К 5, количество сегментов на малом круге - 6, величина впадины - 4 мм; количество сегментов на большом круге - 8, величина впадины - 5 мм. Режимные параметры: частота вращения инструмента - 14000 мин-1; частота вращения заготовки 30 мин-1; припуск на сторону - 0,15 мм. Давление подаваемого сжатого воздуха Рсж=0,4...0,6 МПа.

Высоту B2 аксиально смещенного режущего слоя большого круга определяли по формуле (7):

Значение угла наклона второго большого круга определяли по формуле (10):

При данных конструктивных параметрах большого круга малая и большая ступени заготовки обрабатывалась при одинаковых условиях шлифования. Кроме того, данное постоянство сохранялось для каждой детали в партии до полного износа сегментов кругов. Это привело к повышению ряда дополнительных технико-экономических показателей процесса врезного шлифования: сокращению расхода абразивных сегментов кругов и дорогостоящего правящего инструмента, повышению производительности обработки.

С применением инструмента создаются условия для широкого использования его в автоматическом цикле процесса алмазно-абразивной обработки.

Предлагаемый сборный алмазно-абразивный инструмент для обработки многоступенчатых отверстий, состоящий из кругов с аксиально смещенным режущим слоем, кроме минимального круга, обеспечивает постоянство:

- нагрузки на шлифующее зерно;

- силы резания, развиваемой одним зерном в каждой ступени и в каждом сечении;

- контактной температуры в зоне шлифования и всех остальных параметров процесса шлифования.

Это приводит к равномерному износу рабочих профилей алмазно-абразивных кругов, а следовательно, и к повышению точности формы поверхностей, т.к. при врезном шлифовании форма профиля круга копируется на форме обрабатываемой поверхности, стабильности качества поверхности вдоль всей ширины ступени.

Источники информации, принятые во внимание

1. А.с. SU №795889, В 24 В 1/00, В 24 В 5/12. 15.01.81. Способ шлифования многоступенчатых деталей.

2. А.с. SU №872238, В 24 D 5/00, В 24 17/00. 15.10.81. Сборный шлифовальный инструмент - прототип.

3. Маслов Е.Н. Теория шлифования металлов. М.: Машиностроение, 1974, 320 с.

Похожие патенты RU2267396C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ 2004
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
RU2271917C1
СБОРНЫЙ ШЛИФОХОНИНГОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ 2004
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
RU2271921C1
СПОСОБ ШЛИФОХОНИНГОВАНИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ 2004
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
RU2273557C1
СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ 1999
  • Филин А.Н.
  • Рахчеев В.Г.
  • Горшенин В.С.
RU2168406C2
СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ 1997
  • Филин А.Н.
  • Горшенин В.С.
  • Рахчеев В.Г.
  • Кузнецова И.И.
  • Беззубцев Д.В.
RU2136475C1
ИГЛОПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Тарапанов Александр Сергеевич
  • Харламов Геннадий Андреевич
  • Полянский Сергей Владимирович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Грядунова Елена Николаевна
  • Селеменев Константин Федорович
RU2303518C1
КОМБИНИРОВАННЫЙ ШЛИФОХОНИНГОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ 2004
  • Степанов Ю.С.
  • Киричек А.В.
  • Афанасьев Б.И.
  • Самойлов Н.Н.
  • Фомин Д.С.
  • Кривцов В.И.
  • Поляков А.И.
RU2253561C1
КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ ШЛИФОХОНИНГОВАНИЯ 2004
  • Степанов Ю.С.
  • Киричек А.В.
  • Афанасьев Б.И.
  • Самойлов Н.Н.
  • Фомин Д.С.
  • Кривцов В.И.
  • Поляков А.И.
RU2252854C1
СПОСОБ ПРОДОЛЬНО-ПРЕРЫВИСТОЙ ИМПРЕГНИРОВАННОЙ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ 2004
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
RU2270748C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО РАЗМЕРА ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Бурнашов Михаил Анатолиевич
  • Афанасьев Борис Иванович
RU2366564C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 267 396 C1

Реферат патента 2006 года СБОРНЫЙ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при производстве алмазно-абразивного инструмента для обработки многоступенчатых деталей, в частности беговых дорожек шарошек и лап буровых долот. Инструмент содержит несколько кругов, соосно установленных на шпинделе под углом αi к плоскости, перпендикулярной оси вращения, кроме круга с минимальным диаметром. Круги имеют перепады диаметров, соответствующие перепадам диаметров обрабатываемых ступеней заготовки и прерывистую периферийную рабочую поверхность. Круги состоят из отдельных абразивно-алмазных сегментов, закрепленных на упругих торовых оболочках, и образуют аксиально смещенный режущий слой высотой Bi. В шпинделе предусмотрены центральное продольное и поперечные отверстия, через которые осуществлена подача сжатого воздуха в упругие торовые оболочки для контакта всех сегментов с обрабатываемыми поверхностями. Приведены математические зависимости для определения величины αi угла наклона кругов и высоты Вi режущего слоя. В результате повышается производительность обработки, точность формы и стабильность качества поверхности по всей ширине каждой ступени. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 267 396 C1

Сборный абразивно-алмазный инструмент, содержащий несколько соосно установленных на шпинделе кругов, имеющих диаметры, перепады которых соответствуют перепадам диаметров обрабатываемых ступеней заготовки, и прерывистую периферийную рабочую поверхность, отличающийся тем, что круги состоят из отдельных абразивно-алмазных сегментов, закрепленных на упругих торовых оболочках, и установлены, кроме круга с минимальным диаметром, под углом αi к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с образованием аксиально смещенного режущего слоя высотой Bi, при этом через центральное продольное и поперечные отверстия в шпинделе осуществлена подача сжатого воздуха в упругие торовые оболочки для приведения инструмента в рабочее состояние, при котором все сегменты контактируют с обрабатываемыми поверхностями, причем величина угла наклона кругов αi и высота Bi аксиально смещенного режущего слоя каждого круга, кроме круга с минимальным диаметром, определены, соответственно, по формулам

где αi - угол наклона к плоскости, перпендикулярной оси вращения, i-го круга, кроме круга с минимальным диаметром;

li, Di - соответственно длина и диаметр отверстия i-й ступени;

lmin, Dmin - соответственно длина и диаметр отверстия ступени с минимальным диаметром;

ni, zi - соответственно количество и ширина впадин на i-м круге;

nmin, zmin - соответственно количество и ширина впадин на первом минимальном круге.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2267396C1

Сборный шлифовальный инструмент 1980
  • Еремин Алексей Васильевич
  • Филин Александр Николаевич
  • Кондаков Борис Михайлович
  • Балабашин Борис Павлович
SU872238A1
Способ шлифования 1991
  • Филин Александр Николаевич
  • Швидак Игорь Александрович
  • Николаев Владимир Александрович
  • Носов Николай Васильевич
  • Медведева Альбина Николаевна
SU1798123A1
Прерывистый абразивный круг 1973
  • Игнатов Сергей Николаевич
  • Тришин Валерий Максимович
  • Нижник Иван Васильевич
  • Макеев Виктор Федорович
SU446408A1
US 3673740 A, 04.07.1972.

RU 2 267 396 C1

Авторы

Степанов Юрий Сергеевич

Афанасьев Борис Иванович

Самойлов Николай Николаевич

Фомин Дмитрий Сергеевич

Даты

2006-01-10Публикация

2004-07-26Подача