СПОСОБ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ СО СТАТИКО-ИМПУЛЬСНЫМ НАГРУЖЕНИЕМ Российский патент 2006 года по МПК B24B1/00 B24B33/02 B24B33/08 

Изобретение относится к резанию труднообрабатываемых металлов и может быть использовано при чистовой, отделочной алмазно-абразивной обработке, например при хонинговании отверстий.

Известен способ вибрационного хонингования и устройство для его реализации, содержащее вибратор, установленный с возможностью взаимодействия с корпусом инструмента и выполненный в виде упорного подшипника с сепаратором, рабочая поверхность одной из разъемных частей которого выполнена кулачковой [1].

Недостатком известного способа и устройства является ненадежность конструкции, выраженная в том, что при определенных сочетаниях режимов и сил резания, размеров профиля кулачковой части, жесткости поджимающих пружин и т.п. шарики упорного подшипника будут проскальзывать по гладкому кольцу вместе с сепаратором, не возбуждая вибраций. При этом способ не позволяет регулировать величину амплитуды колебаний и малопроизводителен.

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 [2].

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 не позволяет плавно регулировать амплитуду колебания, что чрезвычайно важно при выборе оптимальной величины последней для данных конкретных условий обработки. Способ не отличается высокой производительностью и качеством обработки.

Известен способ для вибрационного хонингования и устройство, реализующее его, содержащее вибратор, выполненный в виде упорного подшипника и установленный с возможностью взаимодействия с брускодержателями, несущими хонинговальные бруски [3]. Устройство снабжено установленными с каждой стороны подшипника в количестве двух штук шайбами с непараллельными торцами, выполненными под углом α/2 с возможностью плавного регулирования угла наклона от нуля до α, тягами, выполненными в виде пластинчатых пружин, втулкой с наружным диаметром D, при этом упорный подшипник выполнен двойным, установлен под углом α к плоскости вращения с помощью шайб, а втулка запрессована в среднем кольце двойного подшипника и соединена тягами с брускодержателями для сообщения последним вибрационного перемещения с амплитудой А_г, определяемой из соотношения А_г=Dcosα.

Недостатками известного способа и устройства являются малые амплитуды вибрационных перемещений и невозможность регулирования частоты вибраций, которые прямо пропорционально влияют на производительность и качество обработки.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей, повышение производительности, точности и качества алмазно-абразивной обработки путем обеспечения осевого возвратно-поступательного перемещения брусков за счет импульсного нагружения и оптимальной частоты, не зависящей от частоты вращения инструмента.

Поставленная задача решается предлагаемым способом алмазно-абразивной обработки, при котором инструменту в виде устройства, содержащего корпус и брускодержатели, несущие расположенные снаружи алмазно-абразивные разжатые бруски, сообщают возвратно-вращательное и продольное возвратно-поступательное движения, причем бруски статически нагружают в радиальном направлении и прикладывают импульсную нагрузку в продольном направлении, для чего устройство снабжено жестко закрепленной на корпусе втулкой с продольными пазами для брускодержателей, синусоидальными плоскими пружинами, на которые внутренней поверхностью опираются брускодержатели, и которые одним концом жестко закреплены на корпусе, а другим шарнирно соединены с кольцом, входящим в привод изменения наружного диаметра, причем кольцо снабжено пальцами, контактирующими с байонетными пазами, изготовленными в корпусе под углом к продольной оси, и рукояткой, проходящей через паз во втулке, волноводом с рычагами, воздействующими на торцы брускодержателей и расположенными в пазах корпуса и втулки, винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия, воздействующими на противоположные торцы брускодержателей, и бойком, расположенным в центральном продольном отверстии корпуса соосно с волноводом.

Сущность способа поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема алмазно-абразивной обработки со статико-импульсным нагружением брусков, продольный разрез; на фиг.2 - общий вид устройства и схема расположения действующих статических и импульсных сил; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.5 - положение волновода перед ударом; на фиг.6 - положение волновода в конце удара.

Предлагаемый способ служит для алмазно-абразивной обработки отверстий, при котором инструменту в виде устройства, содержащего корпус и брускодержатели, несущие расположенные снаружи алмазно-абразивные разжатые бруски 1, сообщают возвратно-вращательное и продольное возвратно-поступательное движения. При этом алмазно-абразивные бруски 1 работают со статическим нагружением в радиальном направлении и импульсным нагружением в продольном направлении.

Устройство, реализующее способ, содержит корпус 2 в виде вала с глухим центральным отверстием, на котором жестко закреплена втулка 3 с продольными пазами для брускодержателей 4.

Брускодержатели 4 несут на себе расположенные снаружи алмазно-абразивные бруски 1. Внутренней поверхностью брускодержатели опираются на синусоидальные плоские пружины 5, которые одним концом (например, верхним, согласно фиг.1) жестко закреплены на корпусе 2, а другим - шарнирно соединены с кольцом 6.

Для продольного направления пружины 5 на внутренней поверхности брускодержателей 4 и наружной поверхности корпуса 2 профрезерованы пазы.

Кольцо 6 входит в привод изменения наружного диаметра и снабжено пальцами 7, выступающими вовнутрь и входящими в байонетные пазы 8, последние изготовлены в корпусе 2 под углом к продольной оси. Для поворота кольца 6 относительно продольной оси корпуса на кольце установлена рукоятка 9, проходящая через паз 10 во втулке 3. Оператор вручную с помощью рукоятки 9 уменьшает (ставя на «min») наружный диаметр устройства при вводе и выводе его из заготовки и увеличивает (ставя на «max») наружный диаметр устройства при обработке.

Устройство снабжено волноводом 11 с рычагами 12, воздействующими на торцы брускодержателей 4. Рычаги 12 жестко закреплены на волноводе 11 и расположены в пазах корпуса 2 и втулки 3 против брускодержателей. Количество рычагов 12 равно количеству брускодержателей 4. Согласно фиг.1 рычаги 12 воздействуют на верхние торцы брускодержателей 4.

Устройство, работающее по предлагаемому способу, снабжено винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия 13, воздействующими на противоположные торцы брускодержателей (согласно фиг.1 пружины 13 воздействуют на нижние торцы брускодержателей).

Для создания импульсной продольной нагрузки устройство снабжено бойком 14, расположенным в центральном продольном отверстии корпуса 2 соосно с волноводом 11.

С целью предохранения от выпадения брускодержателей 4 с алмазно-абразивными брусками 1 из пазов втулки 3 около каждого торца в пазах установлены винтовые цилиндрические пружины растяжения, свернутые в кольца 15.

Способ алмазно-абразивной обработки осуществляется следующим образом.

Между корпусом и брускодержателями смонтированы синусоидальные пружины 5, благодаря которым создается статическая нагрузка, действующая по нормали на обрабатываемую поверхность заготовки. Выбор конструктивных параметров пружин зависит от конкретных условий обработки и технических требований к обрабатываемой поверхности.

В качестве механизма импульсного нагружения устройства применяется гидравлический генератор импульсов [4, 5]. Заготовка, как правило, неподвижна, а устройству сообщают возвратно-вращательное движение V_и и возвратно-поступательную продольную подачу S_пр.

Перед вводом устройства в обрабатываемое отверстие заготовки оператор вручную с помощью рукоятки (ставя на «min») привода изменения наружного диаметра уменьшает наружный диаметр устройства.

Как только устройство введено в отверстие заготовки, оператор вручную с помощью рукоятки привода изменения наружного диаметра увеличивает (ставя на «max») наружный диаметр устройства.

Периодическую импульсную Р_им нагрузку прикладывают к бойку 14 в направлении продольной подачи и благодаря волноводу 11, направляют ее с помощью рычагов 12 на алмазно-абразивные бруски 1, интенсивно воздействующие на обрабатываемую поверхность.

Периодическая импульсная нагрузка Р_им бойка 14 передается на торец волновода 11, который через рычаги 12 воздействует на обрабатывающие бруски 1. После действия удара волновод 11 отводится с помощью пружин 13 в первоначальное положение (согласно фиг.1, вверх).

В результате удара бойка 14 по торцу волновода 11 в бойке и волноводе возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать на бруски и на обрабатываемую поверхность с цикличностью, равной двойной продолжительности импульсов. Дойдя до брускодержателя, ударный импульс распределяется на проходящий и отражающий. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы резания. Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами устройства.

Таким образом, происходит алмазно-абразивная обработка со статико-импульсным нагруженном брусков, которая существенно улучшает качество обработанной поверхности и повышает в несколько раз производительность.

В качестве примера проводилась обработка отверстия гильзы цилиндра 130-1002021 на вертикально-хонинговальном станке мод. 3М83С, оснащенным хонинговальной головкой с гидравлическим генератором импульсов [4, 5] и алмазными брусками АС6 80/63 50М1 (ГОСТ 25594-83) - 6 шт, опирающимися на синусоидальные плоские пружины; 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_в≥206 н/мм²; σ_из=432 н/мм². Диаметр обрабатываемого отверстия ⊘100,56...⊘100,50 мм; шероховатость - R_a=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 V_и и скорости продольного хода S_пр. 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 алмазно-абразивной обработки: V_и=19 м/мин; S_пр=37,7 м/мин.

Значения технологических факторов (частоты ударов, величины амплитуды, величины подачи) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия при обработке элементарной площадки обрабатываемой поверхности в диапазоне 6...10. Дальнейшее увеличение кратности осциллирующего воздействия незначительно влияет на эффективность обработки.

Величина силы статического поджатия инструмента к обрабатываемой поверхности составляла Р_ст≥25...40 Н; Р_им=255...400 Н. Величина хода волновода составляла - h=15...20 мм.

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

Импульсная нагрузка в сочетании с вращательным и возвратно-поступательным движениями устройства создают перекрестное движение алмазно-абразивных зерен и периодически изменяют направление и силу резания 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 движение со статико-импульсным нагружением 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.

Предлагаемый способ позволяет повысить режимы и производительность обработки в несколько раз без ухудшения качества обработанной поверхности. В созданных условиях стойкость инструмента возрастает в два и более раз по сравнению с традиционной абразивной обработкой хонингование, облегчаются съем материала и стружкообразование, уменьшается расход энергии на резание и трение.

Предлагаемый способ целесообразно и эффективно использовать при обработке заготовок малой жесткости из труднообрабатываемых материалов и сплавов.

Источники информации, принятые во внимание:

1. A.c. СССР №356108, кл. В 24 В 33/00, 1970.

2. А.С. СССР №1530418, кл. В 24 В 33/00, 1987.

3. Патент 2146593, МКИ⁷ В 24 В 33/00, 33/02/ / В 24 В 1/04. Устройство для вибрационного хонингования. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. Заявка №98115880/02; 17.08.1998; 28.03.2000. Бюл. №8 - прототип.

4. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

5. Патент РФ 2090342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. 1997. Бюл. №34.

Изобретение относится к резанию труднообрабатываемых металлов и может быть использовано при отделочной алмазно-абразивной обработке отверстий деталей, например, хонингованием со статико-импульсным нагруженном брусков. Для осуществления способа используют устройство, имеющее корпус и брускодержатели, несущие расположенные снаружи алмазно-абразивные бруски. Устройству сообщают возвратно-вращательное и продольное возвратно-поступательное движения. Бруски статически нагружают в радиальном направлении, а в продольном направлении к ним прикладывают импульсную нагрузку. Для этого на корпусе устройства жестко закрепляют втулку с продольными пазами для брускодержателей, опирающихся внутренней поверхностью на синусоидальные плоские пружины. Последние одним концом жестко закреплены на корпусе, а другим - шарнирно соединены с кольцом, входящим в привод изменения наружного диаметра. Кольцо имеет пальцы, контактирующие с байонетными пазами, выполненными в корпусе под углом к продольной оси, и рукоятку, проходящую через паз во втулке. Предусмотрены волновод с рычагами, воздействующими на торцы брускодержателей, и боек, расположенный в центральном продольном отверстии корпуса соосно с волноводом. На противоположные торцы брускодержателей воздействуют винтовые цилиндрические пружины сжатия. В результате повышается производительность, точность и качество обработки заготовок малой жесткости из труднообрабатываемых материалов и сплавов. 6 ил.

Способ алмазно-абразивной обработки, включающий сообщение устройству, имеющему корпус и брускодержатели, несущие расположенные снаружи с возможностью разжатия алмазно-абразивные бруски, возвратно-вращательного и продольного возвратно-поступательного движений, отличающийся тем, что алмазно-абразивные бруски статически нагружают в радиальном направлении, а в продольном направлении к ним прикладывают импульсную нагрузку, для чего устройство снабжают жестко закрепленной на упомянутом корпусе втулкой с продольными пазами для брускодержателей, опирающихся внутренней поверхностью на синусоидальные плоские пружины, которые одним концом жестко закреплены на корпусе, а другим шарнирно соединены с кольцом, входящим в привод изменения наружного диаметра и имеющим пальцы, контактирующие с байонетными пазами, выполненными в корпусе под углом к продольной оси, и рукоятку, проходящую через паз во втулке, а также волноводом с рычагами, воздействующими на торцы брускодержателей и расположенными в пазах корпуса и втулки, винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия, воздействующими на противоположные торцы брускодержателей, и бойком, расположенным в центральном продольном отверстии корпуса соосно с волноводом.