АБРАЗИВНО-АЛМАЗНЫЙ ПРУЖИННЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2008 года по МПК B24B5/02 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочной абразивно-алмазной обработке заготовок винтов и др. деталей типа валов из сталей и сплавов, и касается конструкций многоэлементных абразивно-алмазных инструментов в виде винтовой пружины.

Известна конструкция абразивно-алмазного инструмента, содержащего корпус, по периферии которого в пазах жестко закреплены упругие абразивно-алмазосодержащие рабочие элементы, выполненные в виде винтовой пружины [1].

Недостатками известного инструмента являются: низкая производительность применительно к абразивно-алмазной обработки винтов и др. деталей типа валов из-за малого пятна контакта абразивно-алмазосодержащих элементов с обрабатываемой поверхностью, а также низкое качество обработки.

Известна конструкция абразивно-алмазного инструмента, содержащего корпус, в пазах которого установлены рабочие абразивно-алмазосодержащие элементы, выполненные в виде винтовой пружины, причем пазы расположены в корпусе радиально [2].

Недостатками известного инструмента являются: узкие технологические возможности, низкое качество обработки и производительность применительно к абразивно-алмазной обработки винтов и др. деталей типа валов из-за малого пятна контакта абразивно-алмазосодержащих элементов с обрабатываемой поверхностью.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, заключающееся в улучшении параметра шероховатости обработанной поверхности благодаря действиям большого количества абразиво-алмазных элементов, в повышении производительности за счет увеличения пятна контакта этих элементов с обрабатываемой поверхностью и возможности применения больших подач и регулирования рабочих усилий, в снижении себестоимости процесса и удешевлении изготовления инструмента благодаря компактности и простоте конструкции, в возможности обрабатывать сложнофасонные тела вращения и нейтрализовать биения поверхности заготовки, которое отрицательно сказываются на качестве обработки, в разгрузке узлов технологической системы: станок - приспособление - инструмент - заготовка от односторонне приложенного усилия особенно при обработки нежестких заготовок.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого абразивно-алмазного инструмента, содержащего корпус и рабочие абразивно-алмазосодержащие элементы, при этом он снабжен натяжными устройствами для создания усилий, обеспечивающих радиальную подачу, корпус выполнен с кронштейнами, рабочие абразивно-алмазосодержащие элементы выполнены в виде по меньшей мере двух противоположно расположенных относительно заготовки винтовых пружин, которые свернуты U-образно с возможностью схватывания заготовки, и шарнирно установлены на кронштейнах с возможностью вращения относительно своих продольных осей, кроме того концы винтовых пружин выполнены с резьбой, натяжные устройства выполнены в виде гаек, навернутых на резьбовые концы винтовых пружин, а винтовые пружины на кронштейнах шарнирно установлены посредством шайб.

Особенности конструкции инструмента поясняются чертежами.

На фиг.1 показан предлагаемый абразивно-алмазный пружинный инструмент и схема процесса абразивно-алмазной обработки наружной поверхности винта винтового насоса; на фиг.2 - общий вид инструмента с торца; на фиг.3 - вид Б на фиг.2; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.2.

Предлагаемый инструмент служит для абразивно-алмазной обработки наружных поверхностей вращения заготовок типа валов и винтов с большим шагом, например винтов винтовых насосов, а также эксцентриковых валов и др. сложнопрофильных деталей.

Обработку выполняют на токарных, карусельных станках с сообщением вращательного движения заготовке - V_з, а инструменту - движение продольной подачи S_пр.

Предлагаемый абразивно-алмазный пружинный инструмент содержит корпус 1 в виде жесткого стального диска с кронштейнами 2 и центральным отверстием для свободного прохождения обрабатываемой заготовки.

Кронштейны 2 несут рабочие абразивно-алмазосодержащие элементы 3, выполненные в виде винтовой цилиндрической пружины из стали круглого сечения, рабочая поверхность которой оснащена износостойкими абразивными зернами, например синтетическими алмазами. Концы пружин 3 выполнены в виде прямых стержней, расположенных на продольной оси пружины, на которых нарезана резьба.

Абразивно-алмазные пружины 3 установлены на кронштейнах 2 корпуса 1 шарнирно с возможностью вращения относительно собственной продольной оси.

Количество абразивно-алмазных пружин 3 четное и не менее двух, которые противоположно расположены относительно заготовки 4. Пружины 3 свернуты U-образно и охватывают обрабатываемую заготовку 4.

Пружины 3 установлены в кронштейнах 2 с помощью натяжных устройств 5, создающих усилия, обеспечивающие радиальную подачу S_p. Натяжные устройства должны быть быстродействующими, в частности винтовые натяжные устройства, представленные на фиг.1-4, являются наиболее простые по конструкции. У винтовых натяжных устройств в качестве винтов являются резьбовые концы пружин 3, на которые навернуты гайки с шайбами 6. Шарнирное соединение пружин 3 с кронштейнами 2 корпуса 1 осуществляется с помощью шайб 6.

Инструмент крепится на суппорте токарного станка (не показан), в резцедержателе которого закрепляется планка 7 корпуса 1 инструмента. Обрабатываемая заготовка, например винт 4, закрепляется в патроне 8 шпинделя 9 передней бабки 10 и поджимается центром 11 задней бабки 12.

После того как заготовка 4 закреплена в патроне 8, инструмент без пружин подводят к свободному концу заготовки и с помощью ручной продольной подачи суппорта заготовку вводят в центральное отверстие корпуса инструмента, а затем заготовку поджимают задним центром 11. Благодаря пазам 13, выполненным в кронштейнах 2, пружины 3 легко вручную устанавливают на свои места с охватом заготовки, как показано на фиг.2.

На торцах корпуса 1 на уровне пружин 3 закреплены (например, приклеены) амортизационные подушки 14, препятствующие нежелательному контакту абразивно-алмазных элементов пружины с корпусом во избежание выкрашивания абразивно-алмазных зерен при работе инструмента, а также при наладках.

После включения движения вращения заготовки V_з производят настройку на нужное усилие врезания, давая натяг пружинам и обеспечивая радиальную подачу S_p, путем завертывания гаек натяжного устройства 5. Для сокращения вспомогательного времени при завертывании и отвертывании гаек натяжного устройства 5 можно воспользоваться известными пневмо- или электрогайковертами (не показаны).

В процессе работы с включением продольной подачи S_пр упругие абразивно-алмазосодержащие элементы пружины 3 своими рабочими поверхностями вступают в контакт с обрабатываемой заготовкой и осуществляют шлифование.

Обладая упругостью, абразивно-алмазосодержащие элементы пружины 3 обеспечивают более эластичный прижим к обрабатываемой сложнофасонной поверхности, благодаря чему достигается более равномерное срезание слоя со сложнофасонной поверхности обработки, что весьма важно при снятии тонких слоев, особенно при шлифовании лакопрочных покрытий.

Наличие упругого элемента, которым является абразивно-алмазосодержащая пружина 3, обеспечивает постоянное усилие шлифования в любой точке обрабатываемой поверхности.

Контакт инструмента с обрабатываемой поверхностью при шлифовании осуществляется большим количеством отдельных абразивных площадок, например сферообразной формы. Через свободное пространство между этими площадками легко удаляются шлифованная пыль, шлам, что почти исключает засаливаемость рабочей поверхности инструмента и увеличивается его стойкость.

По мере износа рабочие элементы могут менять свое положение путем последовательного поворота их относительно продольной оси пружины на заранее заданную величину. При этом различные положения могут приниматься до тех пор, пока полностью не износится рабочая поверхность абразивно-алмазосодержащих элементов.

При замене шайб 6 на упорные подшипники (не показаны) и при определенном сочетании режимов шлифования V_з, S_пр, S_р и усилии натяжения пружин поворот их осуществляется непрерывно за счет усилий шлифования. Это дает возможность наиболее полно использовать рабочую поверхность абразивно-алмазосодержащих элементов и тем самым значительно повысить долговечность инструмента.

Упругие элементы инструмента, т.е. пружины, изготовляют из сталей: легированных ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, углеродистых инструментальных У10А, У12А. Твердость рабочей поверхности витков из сталей HRC 62...65.

Производительность процесса абразивно-алмазной обработки предлагаемым инструментом определяется диаметром витка d пружины и диаметром проволоки, из которой изготовлена пружина. При обработке винтов диаметр витка d пружины диктуется размерами впадины винтовой поверхности, а именно диаметр витка d пружины должен быть таким, чтобы он контактировал со всеми точками днища впадины в продольном сечении винта (см. фиг.1, 3-4).

Инструмент с большими диаметром витка пружины и диаметром проволоки позволяет вести обработку с большой продольной подачей S_пр, однако в этом случае необходимо создавать большие рабочие усилия, что снижает качество поверхности. От значения допустимого рабочего усилия зависят параметры деформирующей пружины.

Предлагаемый многоэлементный абразивно-алмазный пружинный инструмент обеспечивает постоянное усилие контакта абразивно-алмазных элементов с обрабатываемой поверхностью и почти не уменьшает погрешности предшествующей обработки, являясь копирующим.

Смазывающе-охлаждающей жидкостью при абразивно-алмазной обработки предлагаемым инструментом служит сульфофрезол (5%-ная эмульсия). Обработку чугуна рекомендуется вести без охлаждения.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500 (см. фиг.1), который имел следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта ⊘27^-0,05 мм, эксцентриситет e₁=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=28^±0,01 мм, шероховатость R_a=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Припуск на сторону 0,2 мм. Обработка проводилась на токарно-винторезном станке мод. 16К20 с помощью абразивно-алмазного двухпружинного инструмента с алмазным слоем на наружной поверхности пружин диаметром витка 18 мм и диаметром проволоки 5 мм, толщина алмазоносного слоя 1,0 мм, содержание алмазов при 100%-ной концентрации 56 карат, на каучукосодержащей связке (аналог - алмазная бесконечная бесшовная лента АЛШБ, используемая на базовом предприятии). Инструмент закреплялся на суппорте станка. Смазочно-охлаждающая жидкость - сульфофрезол. Окружная скорость заготовки V_з=85 м/мин (1,41 м/с), n_з=1000 об/мин, продольная подача S_пр=0,8 мм/об, требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=15,5 мин (против Тм^баз=46,5 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании с помощью шлифовальной головки, с последующим полированием алмазной лентой на токарном станке 1К62 на АО "Ливгидромаш"). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.

Предлагаемый инструмент расширяет технологические возможности процесса абразивно-алмазной обработки, повышает параметр шероховатости обработанной поверхности, повышает производительность за счет увеличения пятна контакта большого количества абразивно-алмазных элементов с обрабатываемой поверхностью, а также снижает себестоимость процесса и сокращает расходы на изготовление оснастки.

Источники информации

1. Патент Германии №665083, кл. 67 с.1, 1940.

2. А.с. СССР №852528, М. Кл³, В24D 7/06. Абразивно-алмазный инструмент. Федосеев Л.А., 2420368/25-08, 09.11.76; 07.08.81. Бюл. №29 - прототип.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к отделочной обработке абразивно-алмазным инструментом. Инструмент содержит корпус, рабочие абразивно-алмазосодержащие элементы и натяжные устройства. Корпус выполнен с кронштейнами. Рабочие абразивно-алмазосодержащие элементы выполнены в виде по меньшей мере двух противоположно расположенных относительно заготовки винтовых пружин. Упомянутые винтовые пружины свернуты U-образно с возможностью схватывания заготовки и шарнирно установлены на кронштейнах с возможностью вращения относительно своих продольных осей. В результате расширяются технологические возможности, повышается производительность и снижается себестоимость инструмента. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Абразивно-алмазный инструмент, содержащий корпус и рабочие абразивно-алмазосодержащие элементы, отличающийся тем, что он снабжен натяжными устройствами для создания усилий, обеспечивающих радиальную подачу, корпус выполнен с кронштейнами, рабочие абразивно-алмазосодержащие элементы выполнены в виде по меньшей мере двух противоположно расположенных относительно заготовки винтовых пружин, которые свернуты U-образно с возможностью схватывания заготовки, и шарнирно установлены на кронштейнах с возможностью вращения относительно своих продольных осей.2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что концы винтовых пружин выполнены с резьбой, натяжные устройства выполнены в виде гаек, навернутых на резьбовые концы винтовых пружин, а винтовые пружины на кронштейнах шарнирно установлены посредством шайб.