СПОСОБ СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ ВИНТОВ Российский патент 2009 года по МПК B24B35/00 B23G9/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к отделочной алмазно-абразивной обработки суперфинишированием заготовок винтов и др. деталей типа валов из сталей и сплавов многоэлементными алмазно-абразивными инструментами.

Известен способ суперфиниширования с использованием державки, состоящей из рамки и шарнирно установленного в ней корпуса с алмазно-абразивными брусками, допускающий самоустановку брусков по обрабатываемой поверхности заготовки путем качания корпуса относительно поперечной оси, при этом качание ограничивается регулировочной гайкой [1].

Недостатками известного способа являются низкая производительность применительно к алмазно-абразивному суперфинишированию винтов и др. деталей типа валов большой длины из-за малого пятна контакта алмазно-абразивосодержащих элементов с обрабатываемой поверхностью, а также низкое качество обработки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, заключающихся в улучшении параметра шероховатости обработанной поверхности благодаря действиям большого количества алмазно-абразивных 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, а также в отказе от дорогостоящего специального оборудования и возможности обрабатывать сложнофасонные тела вращения на универсальном оборудовании.

Поставленная задача решается предлагаемым способом суперфиниширования винтов, включающим сообщение заготовке вращения, а устройству, содержащему корпус, рамки и державки с алмазно-абразивными брусками, колебательного (осциллирующего) движения, продольных подач алмазно-абразивных брусков, постоянной силы прижатия брусков к заготовке и малого давления в зоне обработки, отличающимся тем, что корпус имеет коробчатую форму, внутри которого в пазах расположены рамки, несущие в своих пазах с возможностью радиального перемещения пластины с жестко закрепленными осями, на которые установлены пружины, позволяющие оказывать давление рамки на пластины, кроме того, пластины содержат штыри, на которых подвижно с помощью пазов установлены державки с возможностью возвратно-поступательного поперечного перемещения, перпендикулярного радиальному перемещению пластины, при этом на корпусе в кронштейнах смонтирован вал с кулачками и рукояткой, необходимыми для вывода рамок с брусками из зоны обработки.

Особенности обработки предлагаемым способом поясняются чертежами.

На фиг.1 показана схема предлагаемого процесса суперфиниширования наружной винтовой поверхности винта винтового насоса на токарном станке и устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - вид Б на фиг. 1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.2; на фиг.5 - элемент Г на фиг.1.

Предлагаемый способ служит для алмазно-абразивной обработки суперфинишированием 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 устройству с инструментом - движение продольной подачи S_пр, колебательное (осциллирующее) движение S_о с постоянной силой прижатия брусков к заготовке и малом давлении Р_min в зоне обработки.

Предлагаемый способ суперфинишной отделочной обработки реализуется устройством, которое содержит алмазно-абразивные бруски 1, воздействующие на заготовку винта 2, корпус 3, имеющий коробчатую форму, внутри которого в пазах расположены рамки 4. На рамках 4 жестко закреплены кронштейны 5, образующие пазы, в которых свободно с возможностью радиального перемещения расположены пластины 6. На полочках пластин 6 жестко закреплены оси 7, на которых установлены цилиндрические винтовые пружины сжатия 8. Пружины 8 оказывают постоянное рабочее давление Р_min на инструмент. Помимо этого на пластинах 6 смонтированы штыри 9, на которых установлены державки 10 с алмазно-абразивными брусками 1. В державках 10 изготовлены пазы 11, предназначенные для расположения в них штырей 9 и благодаря которым бруски 1 имеют возможность возвратно-поступательного поперечного перемещения, перпендикулярного радиальному перемещению пластины 6. Таким образом, имея возможность перемещаться в поперечной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях, бруски легко самоустанавливаютя на обрабатываемой винтовой поверхности.

Для более интенсивной обработки устройство оснащают большим количеством брусков, причем ширина B_Б брусков выбирается максимальной и находится в пределах D_З>B_Б>О_З/2, где D_З - диаметр обрабатываемой заготовки; а толщина h брусков принимается минимальной. Рабочая поверхность новых брусков в поперечной плоскости заправляется по форме заготовки в поперечной плоскости, а конфигурация рабочей поверхности и радиус R (см. фиг.5) брусков в продольной плоскости формируется самозатачиванием и зависит от конфигурации впадины заготовки винта в продольном сечении. По мере износа брусков режущие свойства и конфигурация рабочей поверхности обеспечиваются самозатачиванием.

Для ввода брусков в зону обработки и вывода их по окончании обработки на корпусе 3 в кронштейнах 12 смонтирован вал 13 с кулачками 14 и рукояткой 15. При повороте рукоятки 15 по часовой стрелке, как показано на фиг.2, кулачок 14 входит в паз 16, изготовленный в рамке 4, и поднимает последнею, выводя бруски из зоны обработки.

Предлагаемый способ может быть осуществлен, например, на токарном станке, при этом устройство, реализующее способ, закрепляется на суппорте на кронштейнах (не показаны) так, что бруски находятся над заготовкой. Обрабатываемая заготовка, например винт 2, закрепляется в патроне 17 шпинделя 18 передней бабки 19 и поджимается центром 20 задней бабки 21.

После того, как заготовка винта 2 закреплена в патроне 17, ее поджимают задним центром 20 и включают главное движение - вращение V_З. Далее вводят в контакт с заготовкой суперфинишное устройство и прижимают алмазно-абразивные бруски с необходимым усилием Р_min.

Устройству дают движение продольной подачи S_пр и колебательное (осциллирующее) движение - S_о. Обработку ведут с постоянной силой прижатия брусков к заготовке и малом давлении Р_min в зоне обработки.

В процессе работы с включением продольной подачи S_пр и колебательного движения S_о алмазно-абразивные бруски своими рабочими поверхностями вступают в контакт с обрабатываемой заготовкой и осуществляют шлифование. Обработка происходит без существенного изменения размеров и макрогеометрии поверхности. По мере снятия вершин гребешков увеличивается контактная поверхность, уменьшается давление брусков, стружка заполняет поры брусков, режущая способность брусков снижается, процесс обработки прекращается.

В начальный период обработки следующей заготовки алмазно-абразивные бруски, соприкасаясь с шероховатой поверхностью, самозатачиваются и восстанавливают режущие свойства.

Суперфиниширование предлагаемым способом снижает шероховатость поверхности до Ra=0,012… 0,1 мкм, увеличивает опорную поверхность с 20…30 до 80…90%, удаляет дефектный поверхностный слой.

Припуск на сторону на 10…20% должен превышать высоту неровности поверхности, чтобы не оставалось следов предыдущей обработки после суперфиниширования. При обработке деталей из чугуна, цветных металлов и незакаленной стали применяют инструмент из карбида кремния; бруски из электрокорунда используют для суперфиниширования деталей из закаленных сталей.

Скорость колебательного движения S_о ограничивается возникающими инерционными силами при реверсировании и обычно не превышает 5…7 м/мин при амплитуде колебаний до 6 мм; K=V_З/S_о. С уменьшением K более полно восстанавливается режущая способность брусков и увеличивается интенсивность съема металла, но возрастает параметр шероховатости поверхности. Поэтому целесообразно вести обработку с переменным значением K, которое регулируется изменением скорости вращательного движения: в начале цикла принимают V_З=(2…4)S₀, а в конце цикла V_З=(8…16)S₀. Для мягких материалов и шероховатой поверхности значение K больше, для твердых материалов - меньше.

Давление брусков на обрабатываемую поверхность определяет интенсивность протекания процесса. При суперфинишировании применяют низкие давления. Чистовую обработку выполняют при минимальном давлении: 0,1…0,3 МПа для деталей из стали, 0,1…0,2 МПа для деталей из чугуна, 0,05…0,1 МПа для деталей из цветных металлов.

Состав рабочей жидкости влияет на качество обработанных поверхностей. С увеличением вязкости рабочей смеси режущее действие брусков уменьшается и притупление наступает быстрее. Наилучшей рабочей жидкостью следует считать смесь керосина (80…90%) с веретенным или турбинным маслом (10…20%).

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=l,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. Шероховатость, полученная на предыдущей операции R_a=1,6 мкм. Припуск на сторону - 10…20 мкм. Обработка проводилась на токарно-винторезном станке мод. 16К20 с помощью разработанного устройства для суперфиниширования винтов с брусками, имеющими характеристику: материал зерна 63 С, зернистость 8…6, твердость С2…СТ2. Устройство закреплялось на суппорте станка. Смазочно-охлаждающая жидкость - смесь керосина (80…90%) с турбинным маслом (10…20%).

Окружная скорость заготовки в начале цикла - V_З=10,6 м/мин (0,176 м/с), n_З=125 об/мин и в конце цикла - V_З=106 м/мин (1,76 м/с), n_З=1250 об/мин, скорость колебательного движения S_o=5 м/мин. Обработку выполняли при минимальном давлении Р_min 0,1…0,3 МПа; требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=5,8 мин (против Т_м ^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 способ расширяет технологические возможности процесса алмазно-абразивной обработки, повышает параметр шероховатости обработанной поверхности, повышает производительность за счет увеличения количества алмазно-абразивных элементов, а также снижает себестоимость процесса и сокращает расходы на изготовление оснастки.

Источники информации, принятые во внимание

1. 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.437…440, рис.292 - прототип.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при отделочной обработке суперфинишированием заготовок винтов и других деталей типа валов из сталей и сплавов. Обработку осуществляют с помощью устройства, содержащего корпус, рамки и державки с алмазно-абразивными брусками. Заготовке сообщают вращение. Устройству - колебательное осциллирующее движение, продольную подачу алмазно-абразивных брусков, прижим брусков к заготовке с постоянной силой и минимальное давление в зоне обработки. Упомянутое устройство используют с корпусом, имеющим коробчатую форму. Внутри корпуса в пазах располагают рамки, несущие в своих пазах с возможностью радиального перемещения пластины с жестко закрепленными осями. На последние устанавливают пружины, обеспечивающие давление рамки на пластины. Пластины имеют штыри, на которые подвижно с помощью пазов устанавливают державки с возможностью возвратно-поступательного поперечного перемещения, перпендикулярного радиальному перемещению пластины. На корпусе в кронштейнах монтируют вал с кулачками и рукояткой для вывода рамок с брусками из зоны обработки. В результате повышается производительность процесса за счет увеличения пятна контакта, улучшаются параметры шероховатости обрабатываемой поверхности, снижается себестоимость процесса. 5 ил.

Способ суперфиниширования винтов, включающий сообщение заготовке вращения, а устройству, содержащему корпус, рамки и державки с алмазно-абразивными брусками, - колебательного осциллирующего движения, продольных подач алмазно-абразивных брусков, их прижатия к заготовке с постоянной силой и минимальным давлением в зоне обработки, отличающийся тем, что используют упомянутое устройство с корпусом коробчатой формы, внутри которого в пазах располагают рамки, несущие в своих пазах с возможностью радиального перемещения пластины с жестко закрепленными осями, на которые устанавливают пружины, обеспечивающие давление рамки на пластины, причем пластины имеют штыри, на которые подвижно с помощью пазов устанавливают державки с возможностью возвратно-поступательного поперечного перемещения, перпендикулярного радиальному перемещению пластины, при этом на корпусе в кронштейнах монтируют вал с кулачками и рукояткой для вывода рамок с брусками из зоны обработки.