УПРУГИЙ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ОБРАБОТКИ КАНАВОК ВРЕЗАНИЕМ Российский патент 2008 года по МПК B24D17/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к производству инструментов для обработки внутренних поверхностей канавок и пазов алмазно-абразивным инструментом с прерывистым режущим слоем с регулированием теплового потока, направленного в деталь, и может быть использовано при глубинном периферийном шлифовании материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, в различных отраслях материалообработки.

Известен упругий алмазно-абразивный инструмент для обработки пазов и других поверхностей врезанием, содержащий два алмазно-абразивных диска, установленных с возможностью их продольного перемещения на шпинделе [1].

Недостатками известного инструмента являются прижоги, микротрещины и внутренние напряжения растяжения, ведущие к браку при повышении режимов резания с целью увеличения производительности.

Известен способ шлифования внутренних канавок, пазов, беговых дорожек наружных колец подшипников периферией и торцами круга одновременно [2]. Способ относится к шлифованию цилиндрических и торцевых поверхностей при угловой наладке. Это позволяет совмещать обработку нескольких взаимно перпендикулярных поверхностей [3].

Недостатком известного способа, реализуемого шлифовальным кругом, развернутым под углом к оси вращения заготовки, является сложность процесса обработки, так как при шлифовании широких поверхностей канавок и пазов необходимо осуществление продольной и поперечной подач и переустановки обрабатываемой заготовки. Кроме того, при повышении режимов резания с целью увеличения производительности, например, при переходе на глубинное шлифование материалов, предрасположенных к дефектообразованию, на обработанной поверхности образуются прижоги, микротрещины и внутренние напряжения растяжения, ведущие к браку.

Известен сборный прерывистый алмазно-абразивный круг для внутренней обработки канавок врезанием, установленный на шпинделе под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с помощью косых шайб, попарно расположенных с торцов круга, причем он выполнен из двух алмазно-абразивных дисков, один из которых установлен с возможностью продольного перемещения с помощью пакета тарельчатых пружин, расположенных между дисками, упорного подшипника, установленного с торца круга со стороны подвижного диска, и механизма привода продольного перемещения подвижного диска, воздействующего на упорный подшипник, при этом высоту диска выбирают по приведенной ниже формуле [4].

Недостатками известного сборного прерывистого алмазно-абразивного круга являются низкая производительность и быстрый износ круга из-за малого пятна контакта инструмента с заготовкой и неравномерного износа инструмента по всей его периферии, а также снижение точности и качества обработки из-за возникновения вибраций в связи с появлением неуравновешенных масс по мере неравномерного износа алмазно-абразивных дисков.

Задача изобретения - уменьшение опасности появления прижогов и микротрещин путем снижения теплонапряженности резания благодаря введению упругой прерывистой алмазно-абразивной обработки, увеличение производительности и стойкости круга и возможность регулирование ширины обрабатываемой канавки, паза путем продольного перемещения одного из алмазно-абразивных дисков сборного инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого упругого алмазно-абразивного инструмента для внутренней обработки канавок врезанием, содержащего два алмазно-абразивных диска, установленных с возможностью их продольного перемещения на шпинделе, при этом каждый алмазно-абразивный диск выполнен с металлической ступицей высотой В_д и с расположенной на его периферийной поверхности и свернутой в кольцо пружиной, имеющей в его продольном сечении витки прямоугольной формы, жестко и консольно закрепленные в продольных пазах периферийной поверхности диска и изготовленные из металлической полосы с расположением больших сторон витка прямоугольной формы в продольном направлении инструмента, при этом на наружную поверхность и торцы свернутого из пружины кольца нанесен алмазно-абразивный слой, а длина В_п упомянутой большей стороны витка и высота ступицы диска В_д выбраны, соответственно, из условий:

В_з>В_п>0,5 В_з; В_д<0,5 В_з,

где В_з - ширина шлифуемой внутренней канавки заготовки, мм.

Кроме того, алмазно-абразивные диски обращены друг к другу консольными частями витков пружин, а между дисками установлен набор шайб для обеспечения необходимой высоты инструмента в сборе, равной ширине шлифуемой канавки, при этом консольная часть витков пружины одного диска расположена в консольной части между витками пружины другого диска с перекрытием периферийных режущих частей дисков.

Особенности конструкции инструмента поясняются чертежами.

На фиг.1 показан предлагаемый упругий алмазно-абразивный инструмент в сборе для внутренней обработки канавки в отверстии поперечным врезанием; на фиг.2 - конструкция сборного инструмента, вид слева на фиг.1; на фиг.3 - конструкция единичного алмазно-абразивного диска, из которых состоит сборный инструмент; на фиг.4 - общий вид и продольный разрез единичного алмазно-абразивного диска, вид слева на фиг.3; на фиг.5 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.6 - схема обработки канавки в отверстии кольца поперечным врезанием предлагаемым сборным алмазно-абразивным инструментом.

Предлагаемый упругий алмазно-абразивный инструмент предназначен для прерывистой алмазно-абразивной обработки канавок отверстий врезанием, при котором оси заготовки 1 и инструмента 2 параллельны [5].

Прерывистость алмазно-абразивной обработки, так необходимая для снижения температуры шлифования, реализуется конструкцией рабочей режущей поверхности инструмента 2, которая состоит из отдельных алмазно-абразивных элементов, установленных на определенном расстоянии друг от друга.

Обработка предлагаемым инструментом предусматривает введение в отверстие вращающейся со скоростью V_з заготовки 1 сборного алмазно-абразивного инструмента 2, которому сообщают вращение со скоростью V_и и поперечную подачу врезания S_поп.

Предлагаемый сборный упругий алмазно-абразивный инструмент 2 предназначен для внутренней обработки канавок врезанием и выполнен из двух взаимозаменяемых алмазно-абразивных дисков 3. Диски 3 установлены с возможностью их продольного перемещения на общем шпинделе 4 и закреплены гайкой 5.

Диски 3 имеют металлическую ступицу высотой В_д, и на их периферийной поверхности в продольных пазах 6 жестко и консольно закреплены прямоугольной формы в продольном сечении витки 7 пружины 8, свернутой в кольцо. Жесткое крепления витков 7 в продольных пазах 6 диска 3 может быть осуществлено, например, с помощью планок 9 и болтов 10, а также сваркой, чеканкой и др. известными способами.

Витки 7 пружины 8 изготовлены из металлической полосы с алмазно-абразивным слоем, нанесенным на наружной поверхности и торцах витков кольца пружины, причем витки навиты таким образом, что большие стороны прямоугольного витка расположены в продольном направлении инструмента.

Длина В_п большей стороны прямоугольного витка и высота ступицы диска В_д выбраны по формулам:

В_з>В_п>0,5 В_з, В_д<0,5 В_з,

где В_з - ширина шлифуемой внутренней канавки заготовки, мм;

В_п - длина большей стороны прямоугольного витка пружины инструмента, мм;

В_д - высота диска, мм.

Алмазно-абразивные диски 3 в сборной конструкции инструмента обращены друг к другу консольными частями пружин.

Для обеспечения необходимой высоты инструмента в сборе В_и, которая должна быть равна ширине шлифуемой канавки В_з=В_и, между дисками установлен набор шайб 11, при этом консольная часть витков одного диска 3 располагается в консольной части между витками другого диска, так что периферийная режущая часть одного диска перекрывает периферийную режущую часть другого диска.

Витки пружины с нанесенным на наружной поверхности алмазно-абразивным слоем, обладающие упругими свойствами, гасят энергию ударов, воспринимаемых инструментом при реализации прерывистого шлифования. Поэтому предлагаемый инструмент отличается мягкой, безударной работой, уменьшает вибрации, снижает высоту шероховатости и улучшает качество обработанной поверхности.

Базирование при внутреннем шлифовании заготовок 1 типа колец традиционно осуществляется на двух жестких опорах 12, поддерживающих кольцо по наружному бурту. Вращение заготовки осуществляется, например, магнитопроводом, подвешенным на специальной мембране 13. Это обеспечивает самоустановку заготовки и исключает влияние погрешностей вращения шпинделя бабки на точность обработки заготовок колец.

Компенсацию износа рабочих торцовых поверхностей дисков производят путем добавления шайбы 11 в набор шайб, расположенных между дисками 3, тем самым восстанавливая высоту сборного инструмента В_и, которая равна ширине шлифуемой канавки В_з=В_и.

Правка сборного инструмента осуществляется аналогично правке традиционных кругов [2], при этом правят как периферию, так и рабочие торцы сборного инструмента.

Шлифование торцов и днища канавки каждым диском является прерывистым процессом, способствующим снижению теплонапряженности резания.

Производилось обдирочное шлифование беговой дорожки наружного кольца роликоподшипника типа 32618 с d=90 мм; D=190 мм; В=64 мм, ГОСТ 8328-75. Размеры кольца: наружный диаметр - 190 мм; ширина - 64 мм; внутренний диаметр - 168 мм; ширина беговой дорожки - 36 мм; диаметр беговой дорожки - 174 мм. Шлифование проводилось врезанием на желобошлифовальном специальном полуавтомате ЛЗ-162 с ручной подналадкой предлагаемого шлифовального сборного инструмента, позволяющей выдерживать постоянную высоту инструмента путем добавления шайб между алмазно-абразивными дисками. Базирование кольца осуществлялось на двух жестких опорах, поддерживающих кольцо по наружному бурту. Вращение заготовки осуществлялось магнитопроводом, подвешенным на специальной мембране. Операция обдирочного шлифования производилась разработанным сборным инструментом, состоящим из двух алмазно-абразивных дисков из материала 24А25НСМ16К7 при скорости резания V_и=32 м/с, скорости заготовки V_з=35 м/мин и скорости врезной поперечной подачи S_поп=0,6 мм/мин. Диаметр нового сборного инструмента - 125 мм; высота алмазно-абразивных дисков - 20 мм; режущий инструмент - шлифовальная шкурка на тканевой основе, рулонная, по ГОСТ 5009-82, водостойкая, двухслойная. Шлифовальная шкурка отдельными лентами приклеивалась клеем БФ к наружной поверхности металлической (из стали 65Г) полосы (в поперечном сечении прямоугольник) шириной 9 мм, свернутой в витки прямоугольной формы, образующие пружину, свернутую в кольцо.

При шлифовании исходная погрешность заготовки оказывает меньшее влияние на точность окончательно сформированного профиля, так как искажение профиля сборного инструмента, полученное в начальный момент, устраняется подналадкой путем постановки шайбы между составляющими алмазно-абразивными дисками. Точность обработки и качество поверхности, получаемые традиционным способом на этапе обдирочного шлифования, составляют: допуск на шлифование диаметра дорожки - (±0,03) мм; конусность - 0,015 мм; радиальное биение - 0,015 мм; огранка - 0,015 мм; шероховатость - 1,26 мкм [5].

Точность обработки и качество поверхности, получаемые предлагаемым инструментом на этапе обдирочного шлифования, соответственно составляют: допуск на шлифование диаметра дорожки - (±0,03) мм; конусность - 0,012 мм; радиальное биение - 0,011 мм; огранка - 0,012 мм; шероховатость - 1,08 мкм. Производительность увеличилась в 1,4 раза, стойкость инструмента возросла на 30%.

Предлагаемый упругий инструмент для прерывистой алмазно-абразивной обработки канавок отверстий врезанием уменьшает опасность появления прижогов путем снижения теплонапряженности резания за счет прерывистого резания, обладает повышенной износостойкостью благодаря включению в работу торцовых частей инструмента, позволяет использовать стандартный алмазно-абразивный инструмент (алмазно-абразивная шкурка, алмазно-абразивные бруски), дает возможность регулирования ширины прорезаемой канавки путем добавления проставочных шайб между дисками. Инструмент позволяет отказаться от использования продольной подачи и переустановки обрабатываемой заготовки при шлифовании широких поверхностей канавок и пазов.

Эти достоинства позволяют повысить производительность, качество и снизить себестоимость обработки внутренних канавок, пазов, беговых дорожек наружных колец подшипников и других подобных внутренних поверхностей.

Источники информации, принятые во внимание

1. Патент RU 2204471 С1, В24В 19/02, 20.05.2003 - прототип.

2. United States Patent 4170851, кл. В24В 49/00. Grinding Machine. Oct. 16, 1979.

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.

4. Патент RU 2275296, МПК⁷ В24D 17/00. Сборный прерывистый алмазно-абразивный круг для внутренней обработки канавок врезанием. Степанов Ю.С, Киричек А.В., Афанасьев Б.И., Катунин А.В., Фомин Д.С, Катунин А.А. Заявка №2004135122/02; заявл. 01.12.2004; опубл. 27.04.2006. Бюл. №12.

5. Патент RU 2235629, МПК⁷ В24В 1/00, 19/02, 27/06. Способ алмазно-абразивной обработки пазов отрезными кругами с параметрической осцилляцией. Степанов Ю.С, Киричек А.В., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С, Юричев И.А. Заявка №2003129220; заявл. 30.09.2003; опубл. 10.09.2004. Бюл. №25.

6. Якимов А.В. Алмазно-абразивная обработка фасонных поверхностей. - М.: Машиностроение, 1984. С.216-221.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении алмазно-абразивных инструментов с прерывистым режущим слоем для обработки внутренних поверхностей канавок и пазов врезанием. Инструмент содержит два алмазно-абразивных диска, установленных с возможностью их продольного перемещения на шпинделе. Каждый из дисков выполнен с металлической ступицей высотой В_д и с расположенной на его периферийной поверхности и свернутой в кольцо пружиной. Последняя имеет в продольном сечении витки прямоугольной формы, жестко и консольно закрепленные в продольных пазах периферийной поверхности диска. Витки изготовлены из металлической полосы с расположением больших сторон витка прямоугольной формы в продольном направлении инструмента. На наружную поверхность и торцы свернутого из пружины кольца нанесен алмазно-абразивный слой. Приведены условия выбора длины В_п упомянутой большей стороны витка и высота ступицы диска В_д. В результате снижается теплонапряженность резания, повышаются производительность обработки и стойкость инструмента. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Упругий алмазно-абразивный инструмент для внутренней обработки канавок врезанием, содержащий два алмазно-абразивных диска, установленных с возможностью их продольного перемещения на шпинделе, отличающийся тем, что каждый алмазно-абразивный диск выполнен с металлической ступицей высотой В_д и с расположенной на его периферийной поверхности и свернутой в кольцо пружиной, имеющей в его продольном сечении витки прямоугольной формы, жестко и консольно закрепленные в продольных пазах периферийной поверхности диска и изготовленные из металлической полосы с расположением больших сторон витка прямоугольной формы в продольном направлении инструмента, при этом на наружную поверхность и торцы свернутого из пружины кольца нанесен алмазно-абразивный слой, а длина В_п упомянутой большей стороны витка и высота ступицы диска В_д выбраны соответственно из условий

В_з>В_п>0,5 В_з; В_д<0,5 В_з,

где В_з - ширина шлифуемой внутренней канавки заготовки, мм.