СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B24B39/04 

Описание патента на изобретение RU2364493C1

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам и устройствам для обработки иглофрезерованием с импульсным нагруженном инструмента.

Известен способ механической обработки цилиндрической щеткой, содержащей установленную на корпусе обойму с цилиндрическими гнездами, в каждом из которых размещен стакан с пучком ворса, и упругий элемент, расположенный под стаканами и контактирующий с корпусом, при этом стаканы установлены в гнездах свободно, каждое гнездо на внутренней поверхности имеет кольцевую проточку, а на наружной поверхности стакана выполнен кольцевой выступ, ширина которого меньше ширины проточки гнезда, причем упругие элементы размещены в канавках корпуса, кроме того, на упругих элементах смонтированы отражатели [1].

Известный способ обработки, реализуемый цилиндрической щеткой, имеет ограниченные технологические возможности, не позволяет производить резание неровностей значительной глубины, не позволяет управлять усилием прижатия пучков ворса к обрабатываемой поверхности, т.е. не позволяет управлять глубиной резания, что снижает производительность и качество обработки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей иглофрезерования благодаря использованию импульсного нагружения режущего инструмента, позволяющее управлять глубиной режущего слоя, микрорельефом поверхности, а также повышение качества, точности и производительности обработки благодаря использованию многоэлементного режущего инструмента.

Поставленная задача решается предлагаемым способом импульсного иглофрезерования поверхностей тел вращения, при котором устройству, содержащему корпус с режущими элементами, волновод, боек и гидравлический генератор импульсов для выработки периодической импульсной нагрузки, сообщают продольную подачу, а обрабатываемой заготовке - вращательное движение, при этом устройство охватывает заготовку и на торце корпуса в радиальных пазах установлены режущие элементы в форме пучков ворса из V-образно изогнутых внутрь корпуса металлических проволочек так, что периферийная часть пучка лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, а отогнутая часть расположена под углом α к этой плоскости, причем пучки образуют рабочую охватывающую заготовку поверхность диаметром, равным диаметру заготовки, при этом в отверстии корпуса размещен волновод, выполненный в форме втулки, периодическая импульсная нагрузка которого направлена на дополнительное сообщение перемещения металлических проволочек пучков ворса, выпрямляя их и создавая натяг.

Сущность предлагаемого способа иглофрезерования поверхностей тел вращения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена наладка для обработки заготовки вала, установленного в трехкулачковом самоцентрирующем патроне токарного станка с поджатием задним центром, предлагаемым способом в момент перед включением рабочего хода, частичный продольный разрез; на фиг.2 - схема обработки заготовки предлагаемым способом в момент импульсного нагружения режущих элементов - пучков ворса, продольный разрез; на фиг.3 - поперечное сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - элемент Б на фиг.1, где тонкими линиями показано положение металлических иголок пучка ворса при действии импульсной нагрузки РИМ.

Предлагаемый способ, реализуемый разработанным устройством, служит для иглофрезерования поверхностей тел вращения 1 с периодическим импульсным нагруженном пучков ворса 2 из V-образно изогнутых внутрь корпуса 3 металлических проволочек. Обрабатываемой заготовке 1 сообщают вращательное движение V3, а режущим элементам 2 - продольную подачу SПР.

Корпус 3 является частью гидроцилиндра, который охватывает заготовку 1. Гидроцилиндр выполнен в виде двух концентрических цилиндров: наружного и внутреннего, между которыми расположены боек 4 и волновод 5, изготовленные в виде втулок.

На торце корпуса 3 в радиальных пазах установлены режущие элементы 2, выполненные в форме пучков ворса из V-образно изогнутых внутрь корпуса металлических проволочек так, что периферийная часть пучков лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, а отогнутая часть - под углом α к этой плоскости. Торцы пучков отогнутой части образуют режущую рабочую охватывающую заготовку поверхность диаметром D3 в свободном, не нагруженном состоянии, равным диаметру заготовки. Металлические проволочки торцами периферийной частью прикреплены к пластине 2п, например, точечной сваркой. Крепление пучков ворса 2 в радиальных пазах корпуса осуществляется гайкой 6, которая консольно защемляет вместе с пластиной 2п периферийную часть пучков, располагаемую в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства.

В гидроцилиндре размещен волновод 5, на который с одного торца воздействует боек 4, создавая периодическую импульсную нагрузку Рим, вырабатываемую гидравлическим генератором импульсов (ГГИ) (не показан), который подключен к корпусу 3 [2-4]. Другим торцом волновод 5 воздействует на отогнутые части пучков ворса 2. Периодическая импульсная нагрузка Рим волновода направлена на дополнительное сообщение перемещения металлических проволочек пучков ворса 2, выпрямляя их и создавая дополнительный натяг.

Угол изгиба пучков проволочек к плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, зависит от величины припуска, снимаемого иглоинструментом, и длины отогнутых металлических проволочек пучков ворса и должен быть не менее значения, определяемого по формуле:

a≥arc cos (1-t/l0),

где t - припуск, снимаемый иглоинструментом, мм;

l0 - длина отогнутой части металлических проволочек пучков ворса, мм.

Пучки ворса 2, образующие охватывающую рабочую режущую поверхность, расположены в пазах торца корпуса 3 радиально относительно продольной оси устройства. При износе пучки ворса правятся и настраиваются на нужный диаметр заготовки D3 путем радиального смещения к центру и установки прокладок 7. На фиг.2, внизу, условно показан максимально изношенный пучок ворса с максимальным количеством регулировочных прокладок 7.

Корпус 3 с инструментом 2 подастся на заготовку в продольном направлении SПР таким образом, что заготовка проходит через центральное отверстие корпуса цилиндра. При действии на торец волновода 5 бойка 4, которые соосно установлены в корпусе 3, создается импульсная нагрузка Рим путем удара волновода по изогнутым частям пучков ворса, выпрямляя их (см. фиг.2), и совместно с вращательным движением заготовки V3 происходит внедрение иголок в обрабатываемую поверхность, резание и снятие стружки. Такой импульсный режим резания позволяет интенсифицировать процесс иглофрезерования.

В качестве механизма импульсного нагружения иглоинструмента применяется гидравлический генератор импульсов (не показан) [2, 3]. Заготовке сообщают вращательные движения V3, а устройству с иглоинструментом - продольную подачу

SПР. Периодическую импульсную РИМ нагрузку прикладывают в направлении продольной подачи к изогнутой части пучков ворса, стремясь выпрямить их и направить иглы радиально к центральной оси обрабатываемой поверхности.

Периодическую импульсную нагрузку РИМ осуществляют с помощью бойка 4, воздействующего на торец волновода 5. В результате удара бойка по торцу волновода в бойке и волноводе возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать на пучки ворса и на обрабатываемую поверхность с цикличностью, равной двойной продолжительности импульсов. Дойдя до обрабатываемой поверхности, ударный импульс распределяется на проходящий и отражающий. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы резания, которая интенсифицирует процесс.

Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами инструмента экспериментально.

При перемещении бойка в продольном направлении, согласно фиг.1-2, отогнутые пучки ворса воспринимают на себя периодическую импульсную нагрузку РИМ волновода, благодаря которой отогнутые части пучка ворса выпрямляются и радиально приближаются к обрабатываемой поверхности, производя резание.

Общая продольная периодическая импульсная нагрузка РИМ бойка по волноводу воспринимается отогнутой частью пучков ворса и равномерно распределяется на каждую иглу. Это значит, что каждый пучок ворса своими иголками оказывает режущее воздействие с импульсной нагрузкой, направленной вдоль обрабатываемой поверхности.

Периодическая импульсная нагрузка Рим должна быть больше суммарной силы, требуемой для деформации по выпрямлению отогнутой части пучков ворса, и силы, необходимой для резания. Отвод волновода и бойка после удара в первоначальное положение (согласно фиг.1-2, вправо) осуществляется за счет упругости пучков ворса и возвращения отогнутой части в первоначальное свободное состояние.

В результате удара бойка по торцу волновода и волновода по изогнутым пучкам ворса последние воздействуют на обрабатываемую поверхность с цикличностью, задаваемой гидравлическим генератором импульсов. Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами пучков.

Точность формы обрабатываемой поверхности заготовки предлагаемым устройством повышается и снижается величина шероховатости благодаря самоцентрированию и самоустановке пучков ворса на обрабатываемой поверхности при ее биениях и вибрациях.

Если припуск будет не большим (менее 1 мм), то предлагаемое устройство работает как упрочняющее, без снятия стружки, так как металлические проволочки отогнутой части пучка прогибаются в продольном направлении относительно собственной продольной оси.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, обработанного и упрочненного по предлагаемому способу, проведены экспериментальные исследования обработки вала с использованием гидравлического генератора импульсов [2, 3]. Значения технологических факторов (частоты ударов, диметр инструмента, величина подачи) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного и режущего воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6…10. Дальнейшее увеличение кратности деформирующего и режущего воздействия ведет к возникновению больших инерционных сил и вибраций, которые отрицательно влияют на качество обработки.

Перед началом работы новым инструментом правили рабочую поверхность проволочного ворса путем внутреннего шлифования в собранном виде. В качестве ворса применяли стальную пружинную проволоку диаметром 1,5…2,5 мм из стали 65Г.

В процессе обработки наружной поверхности вращающейся заготовки пучки проволочного ворса касаются заготовки, т.е. пока не действует ударная импульсная нагрузка Рим, обработки нет.

При действии импульсной нагрузки Рим на рабочие пучки ворса основное силовое воздействие на обрабатываемую поверхность осуществляют первые по ходу вращения проволочные элементы, имеющие свободную длину l0 и прогиб под углом α. Соседние с ними проволочные элементы упруго поджимают их, несколько увеличивая сосредоточенное суммарное воздействие на обрабатываемую поверхность.

Для осуществления обработки резанием необходимо, чтобы твердость и предел прочности при растяжении материала проволочных элементов ворса были выше этих параметров материала обрабатываемой заготовки в 1,5…2 раза, соотношение l0/i, где i - наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочных элементов, находилось в пределах 50…100, а коэффициент КП плотности проволочного ворса в пределах 0,7…0,9; при этом натяг должен составлять - 1,0…1,7 мм. Режимы работы инструмента можно рекомендовать следующие. Окружная скорость заготовки 0,2…0,5 м/с. Продольная подача определяется по формуле SПР=l0·n (мм/мин), где n - частота вращения заготовки, мин-1; значение l0 (мм) зависит от натяга и диаметра инструмента и определяется опытным или расчетным путем.

Испытания устройства, работающего по предлагаемому способу, при обработке заготовки вала из горячекатаного проката из стали 20 показали, что оно срезает с обрабатываемой поверхности окалину вместе с оставленным припуском, усилие прижатия пучков ворса к обрабатываемой поверхности заготовки составляет 200…600 Н на 10 мм ширины рабочей поверхности пучков, а тангенциальная составляющая силы резания равна 150…550 Н.

Для обработки предлагаемым способом необходимо соблюдать условия

Кр=p/σв=1,5…2,0; где p - импульсное давление при иглофрезеровании, МПа; σв - предел прочности материала обрабатываемой заготовки, МПа.

Выбор соответствующего импульсного давления p зависит от физико-механических свойств материала проволочного ворса, от жесткости и плотности последнего, а также от угла наклона α.

При обработке металлов предлагаемым способом твердость обработанной поверхности повышается, в результате улучшается износостойкость обрабатываемой поверхности и качество обработки, снижается величина шероховатости обрабатываемой поверхности, а также увеличивается производительность обработки и долговечность инструмента. Величина силы импульсного нагружения инструмента составляла РИМ=255…400 кН.

Производственные испытания показали, что предлагаемый способ интенсифицирует процесс обработки благодаря воздействию импульсной нагрузки на режущие рабочие элементы, улучшаются условия самозатачивания проволочных элементов ворса.

Способ и устройство расширяет технологические возможности иглофрезерования в комбинации с окончательным упрочнением, повышает качество и производительность обработки за счет сообщения пучкам ворса низкочастотных продольных колебаний, интенсифицирует процесс иглофрезерования и упрочнения за счет приложения к пучкам ворса продольной импульсной силы, а также за счет увеличения зоны контакта инструмента с заготовкой.

Преимуществом способа является возможность плавного регулирования частоты и усилия импульсной нагрузки, которая позволяет легко оптимизировать процесс обработки в производственных условиях при изменении марки обрабатываемого материала, химико-термической операции, режущих проволочных элементов инструмента, технических условий, режимов резания.

Достигаемая в процессе обработки предлагаемым способом предельная величина шероховатости составляет Ra=0,8 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 2,5…3 раза.

Микровибрации в процессе благоприятно сказываются на условиях работы инструмента устройства. Наложение малого по амплитуде колебательного движения приводит к более равномерному распределению нагрузки на инструмент, вызывает дополнительные циклические перемещения контактных поверхностей инструмента и заготовки, облегчает резание и формирование упрочняемой поверхности. Колебания способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки.

При наложении колебаний рабочая поверхность инструмента периодически «отдыхает», что способствует увеличению ее стойкости. Обработка в условиях колебаний резко увеличивает эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта инструмента и заготовки.

Предлагаемый способ расширяет технологические возможности импульсной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием за счет управления глубиной срезаемого и упрочненного слоя и микрорельефом поверхности путем использования устройства и инструмента специальной формы с большим количеством режущих и деформирующих элементов, что позволяет увеличить производительность и снизить расходы на изготовление благодаря простоте конструкции.

Источники информации

1. А.с. СССР 824 969, МКИ3 А46В 7/10. Цилиндрическая щетка. Берков Б.В. 209273-12; 08.08.79; 30.04.81. Бюл. №16.

2. Патент РФ 2098259, МКИ6 В24В 39/00. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Способ статикоимпульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. 96110476/02, 23.05.96; 10.12.97. Бюл. №34.

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

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

Похожие патенты RU2364493C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Степанов Андрей Вениаминович
  • Иванова Ольга Владимировна
  • Зайцев Алексей Иванович
  • Смородинова Тамара Константиновна
RU2364492C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Кромин Иван Анатольевич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Иножарский Владимир Владимирович
  • Михайлов Геннадий Александрович
RU2367561C1
СПОСОБ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ ИЛИ УПРОЧНЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Кромин Иван Анатольевич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Иножарский Владимир Владимирович
  • Михайлов Геннадий Александрович
RU2367565C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ ТОРЦЕВОЙ ИГЛОФРЕЗОЙ 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Степанов Андрей Вениаминович
  • Брусов Сергей Иванович
  • Бородин Михаил Вячеславович
RU2371296C1
СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ ПЛОСКОСТЕЙ 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Тиняков Алексей Иванович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Василенко Юрий Валерьевич
RU2367559C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ ПЛОСКОСТЕЙ 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Тиняков Алексей Иванович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Василенко Юрий Валерьевич
RU2367560C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПЛОСКОСТЕЙ 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Степанов Андрей Вениаминович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Василенко Юрий Валерьевич
RU2366556C1
СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПЛОСКОСТЕЙ 2008
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Степанов Андрей Вениаминович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Василенко Юрий Валерьевич
RU2367558C1
СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Харламов Геннадий Андреевич
  • Тарапанов Александр Сергеевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2294819C1
ИГЛОФРЕЗА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЛОСКОСТЕЙ С ИМПУЛЬСНЫМ НАГРУЖЕНИЕМ 2005
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Харламов Геннадий Андреевич
  • Тарапанов Александр Сергеевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2296652C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам обработки иглофрезерованием. Сообщают продольную подачу устройству. Сообщают вращательное движение обрабатываемой заготовке. Используют устройство, содержащее корпус с режущими элементами, волновод, боек и гидравлический генератор импульсов. Устройство охватыватывает заготовку и на торце его корпуса выполнены радиальные пазы, в которых установлены режущие элементы в виде пучков ворса из металлических проволочек, V-образно изогнутых внутрь корпуса. Пучки ворса имеют периферийную часть, расположенную в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, и отогнутую часть, расположенную под углом к этой плоскости. Пучки ворса образуют рабочую поверхность, охватывающую заготовку, диаметром, равным диаметру заготовки. Волновод выполняют в виде втулки, которую размещают в отверстии корпуса. Создают с помощью волновода периодическую импульсную нагрузку для дополнительного сообщения перемещения металлических проволочек пучков ворса, их выпрямления и создания натяга. В результате расширяются технологические возможности, увеличивается производительность и снижаются расходы. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 364 493 C1

Способ импульсного иглофрезерования поверхностей тел вращения, включающий сообщение продольной подачи устройству, содержащему корпус с режущими элементами, волновод, боек и гидравлический генератор импульсов для выработки периодической импульсной нагрузки, и вращательного движения обрабатываемой заготовке, отличающийся тем, что используемое устройство охватывает заготовку и на торце его корпуса выполнены радиальные пазы, в которых установлены режущие элементы в виде пучков ворса из металлических проволочек, V-образно изогнутых внутрь корпуса, имеющих периферийную часть, расположенную в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, и отогнутую часть, расположенную под углом к этой плоскости, причем пучки ворса образуют рабочую поверхность, охватывающую заготовку, диаметром, равным диаметру заготовки, а волновод выполняют в виде втулки, которую размещают в отверстии корпуса, при этом создают с помощью волновода периодическую импульсную нагрузку для дополнительного сообщения перемещения металлических проволочек пучков ворса, их выпрямления и создания натяга.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2364493C1

Цилиндрическая щетка 1979
  • Берков Борис Викторович
SU824969A1
КОМБИНИРОВАННЫЙ ИГЛОУПРОЧНЯЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ 2003
  • Степанов Ю.С.
  • Харламов Г.А.
  • Киричек А.В.
  • Тарапанов А.С.
  • Афанасьев Б.И.
  • Фомин Д.С.
  • Болдин О.В.
RU2241578C1
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЧИСТОВОЙ И УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ 1991
  • Никифоров А.В.
  • Осипов Ю.И.
  • Павлов Г.А.
RU2006361C1
Способ иглофрезерной обработки 1988
  • Абугов Александр Лазаревич
SU1576251A1
КОМБИНИРОВАННЫЙ ИГЛОШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ 2004
  • Степанов Ю.С.
  • Харламов Г.А.
  • Тарапанов А.С.
  • Афанасьев Б.И.
  • Фирсов Ю.В.
  • Кривцов В.И.
  • Фомин Д.С.
RU2252133C1
US 4367576 A, 11.01.1983.

RU 2 364 493 C1

Авторы

Степанов Юрий Сергеевич

Киричек Андрей Викторович

Афанасьев Борис Иванович

Фомин Дмитрий Сергеевич

Тарасов Дмитрий Евгеньевич

Иванова Ольга Владимировна

Зайцев Алексей Иванович

Смородинова Тамара Константиновна

Даты

2009-08-20Публикация

2008-06-16Подача