УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ПЛОСКОСТЕЙ Российский патент 2009 года по МПК B24B39/00 

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

Известна цилиндрическая щетка и способ механической обработки ею, содержащая 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].

Известная цилиндрическая щетка и способ обработки, реализуемый ею, 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 и упрочнения 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 с помощью предлагаемого.устройства для иглофрезерования и упрочнения плоских поверхностей, содержащее корпус, имеющего форму диска, в радиальных пазах которого установлены пучки ворса из металлических проволочек, перпендикулярно и жестко закрепленные одним концом на торце пластин, при этом противоположным торцом пластины закреплены на волноводах, которые изготовлены в виде ступенчатых цилиндров и расположены в направляющих периферийных продольных отверстиях корпуса, причем другим концом волноводы контактируют с кулачками и создают импульсную продольную нагрузку на пучки ворса и дополнительный натяг, преодолевая сопротивление пружин, при этом кулачки закреплены на неподвижном кольце с возможностью регулирования вылета волновода в продольном направлении.

Сущность предлагаемого устройства для иглофрезерования и упрочнения плоских поверхностей поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема наладки для обработки плоской поверхности заготовки предлагаемым устройством, установленным на вертикально-фрезерном станке, продольный разрез устройства; на фиг.2 - вид снизу по А на фиг.1; на фиг.3 - сечение по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - общий вид устройства; на фиг.5 - вид по В на фиг.4, вариант конструкции кулачка, представленного в виде кулачкового барабана с впадинами и выступами.

Предлагаемое устройство служит для иглофрезерования и упрочнения плоских поверхностей 1 и содержит корпус 2, в котором размещены пучки проволочного ворса 3. Корпус 2 изготовлен в виде диска, на торце которого в радиальных пазах установлены пластины 4 с режущими элементами в форме пучков ворса 3 из металлических проволочек.

Пучки ворса 3 жестко закреплены (например, точечной сваркой) одним концом перпендикулярно плоскости пластины 4, а другие концы образуют рабочую режущую и упрочняющую поверхность. На другом торце корпуса 2 расположен конус 5 для установки устройства в шпинделе, например, вертикально-фрезерного станка (не показан).

На противоположных от пучков ворса торцах пластин 4 установлены волноводы 6, которые изготовлены в виде ступенчатых цилиндров и расположены в направляющих периферийных продольных отверстиях 7 корпуса 2. На волноводах 6 смонтированы пружины 8, которые постоянно прижимают пластины 4 с пучками ворса к днищу радиальных пазов корпуса 2. На фиг.1 взяты тарельчатые пружины 8, как более компактные и воспринимающие и передающие большие усилия. На противоположном от пучков ворса торце корпуса 2 установлена съемная крышка 9, которая имеет отверстия для прохождения крайних шеек волноводов 6 и ограничивает их поступательное перемещение. Крышка 9 крепится к корпусу 2 винтами 10.

Свободным концом волноводы 6 контактируют с кулачками 11 и при набегании волноводов на кулачки они создают импульсную продольную нагрузку Р_ИМ. Преодолевая сопротивление пружин 8 волноводы 6 воздействуют на пучки ворса 3 и реализуют дополнительный натяг t_ДОП. Кулачки 11 закреплены на неподвижном кольце 12 с возможностью регулирования вылета волновода 6 в продольном направлении. Кольцо 12 крепится неподвижно, например, к корпусу шпиндельной бабки вертикально-фрезерного станка (не показаны), в шпинделе которой закреплен конус 5 устройства. Кольцо 12 неподвижно крепится к бабке так, что оси кулачков 11 и оси волноводов 6 совпадают и соосны. Количество кулачков 11 равно количеству волноводов 6.

На фиг.5 показан второй вариант конструкции кулачков, которые объединены в кулачковый барабан 13. Кулачковый барабан 13 имеет впадины и выступы, которые воздействуют на волноводы 6 и создают импульсную продольную нагрузку Р_ИМ на пучки ворса 3 и реализуют дополнительный натяг t_ДОП. Недостатком кулачкового барабана является то, что он не позволяет регулировать вылет каждого волновода в отдельности, импульсную продольную нагрузку Р_ИМ на пучки ворса 3 и дополнительный натяг t_ДОП.

Работа устройства осуществляется в следующей последовательности. Заготовка устанавливается на столе станка, например, в тисках (не показаны). Включают вращение инструмента V_И и, перемещая вручную шпиндельную бабку в направлении продольной подачи S_ПР, создают натяг t, соответствующий заданному снимаемому припуску, затем включают поперечную подачу S стола с заготовкой. При этом пружины 8 не нагружены, а натяг t создается за счет перемещения корпуса в продольном направлении, который воздействует на пластины 4 с пучками ворса 3 со статической силой Р_СТ.

Волноводы 6, контактируя с кулачками 11, передают периодическое импульсное перемещение в продольном направлении S_ПР и вместе с этим периодическую импульсную нагрузку Р_ИМ, преодолевая сопротивление пружин 8. Периодическая импульсная нагрузка Р_ИМ сообщает дополнительное перемещение упругим проволочкам пучков ворса 3, создавая дополнительный натяг t_ДОП.

При действии кулачков 11 через волноводы 6 и пластины 4 на пучки ворса создается импульсная нагрузка Р_ИМ и происходит внедрение иголок в обрабатываемую поверхность, интенсивное резание и снятие стружки, при этом пружины 8 сжаты. Такой импульсный режим резания позволяет интенсифицировать процесс иглофрезерования.

При набегании волноводов 6 на впадины, расположенные между кулачками 11, происходит возвращение пучков ворса в состояние, характеризуемое натягом t, и осуществляется это за счет упругости пружин 8.

В результате воздействия кулачков 11 на волноводы 6 и пучки ворса, последние воздействуют на обрабатываемую поверхность с цикличностью, задаваемой количеством кулачков 11, содержащихся на кольце 12.

Точность формы обрабатываемой поверхности заготовки предлагаемым устройством повышается и снижается величина шероховатости благодаря 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 пучков прогибаются в продольном направлении.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, обработанного и упрочненного предлагаемым устройством, проведены экспериментальные исследования обработки плоской поверхности заготовки с использованием предлагаемого разработанного изготовленного и установленного на вертикально-фрезерном станке устройства. 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 на плоскошлифовальном станке в собранном виде. В качестве ворса применяли стальную пружинную проволоку диаметром 1,5…2,5 мм из стали 65Г.

В процессе обработки наружной поверхности заготовки, которая двигалась возвратно-поступательно в направлении S, пучки проволочного ворса срезали припуск согласно предварительно настроенного натяга, т.е. пока не действовала ударная импульсная нагрузка Р_ИМ, обработка велась со снятием установленного припуска под действием статической нагрузки Р_СТ.

При действии импульсной нагрузки Р_ИМ на рабочие части пучков ворса основное силовое воздействие на обрабатываемую поверхность осуществляли первые по ходу движения проволочные элементы, имеющие уже угол наклона и больший натяг. Соседние с ними проволочные элементы упруго поджимали их, несколько увеличивая сосредоточенное суммарное воздействие на обрабатываемую поверхность.

Для осуществления обработки резанием необходимо, чтобы твердость и предел прочности при растяжении материала проволочных элементов пучков ворса были выше этих параметров материала обрабатываемой заготовки в 1,5…2 раза, соотношение l/i, где i - наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочных элементов, l - длина консольной части пучка ворса, находилась в пределах 50…100, а коэффициент К_П плотности проволочного ворса в пределах 0,7…0,9; при этом натяг должен составлять - 0,7…1,5 мм. Режимы работы инструмента можно рекомендовать следующие: окружная скорость V_И для черновой обработки 2…3 м/с, для чистовой - 4…5 м/с. Поперечная подача заготовки определялась по формуле S=h·n (мм/мин), где n - частота вращения иглофрезы, мин^-1; значение h (мм) зависит от натяга и диаметра инструмента и определяли опытным путем.

Испытания устройства при обработке заготовки полосы из горячекатанного проката из стали 20 показали, что оно срезает с обрабатываемой поверхности окалину вместе с оставленным припуском, усилие прижатия пучков ворса к обрабатываемой поверхности заготовки составляло 200…600 Н на 10 мм ширины рабочей поверхности пучков, а тангенциальная составляющая силы резания равнялась 150…550 Н.

При обработке металлов предлагаемым устройством 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 Р_ИМ=255…400 кН.

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

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.

Устройство позволяет оптимизировать процесс обработки в производственных условиях при изменении обрабатываемого материала, химико-термической операции, режущих проволочных элементов инструмента, технических условий, режимов резания путем замены кольца 12 с различными высотами кулачков и различными расстояниями между ними.

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

Микровибрации в процессе благоприятно сказываются на условиях работы предлагаемого 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.

Предлагаемое устройство 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 824969, МКИ³ A46B 7/10. Цилиндрическая щетка. Берков Б.В. 2809273-12; 08.08.79; 30.04.81. Бюл. № 16.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для обработки плоскостей иглофрезерованием и упрочнением. Устройство содержит корпус в форме диска с расположенными в нем пучками проволочного ворса и пружины. На торце корпуса выполнены радиальные пазы, в которых установлены упомянутые пучки ворса. Пучки ворса выполнены из металлических проволочек и закреплены перпендикулярно и жестко одним концом на торце пластин. Противоположным торцом пластины закреплены на волноводах, выполненных в виде ступенчатых цилиндров и расположенных в направляющих периферийных продольных отверстиях корпуса. Другим концом волноводы контактируют с кулачками с возможностью создания импульсной продольной нагрузки на пучки ворса и дополнительного натяга, преодолевая сопротивление пружин. Кулачки закреплены на неподвижном кольце с возможностью регулирования вылета волновода в продольном направлении. В результате расширяются технологические возможности, увеличивается производительность и снижаются расходы. 5 ил.

Устройство для иглофрезерования и упрочнения плоских поверхностей, содержащее корпус с расположенными в нем пучками проволочного ворса, отличающееся тем, что оно снабжено пружинами, на торце корпуса, имеющего форму диска, выполнены радиальные пазы, в которых установлены пучки ворса, выполненные из металлических проволочек и закрепленные перпендикулярно и жестко одним концом на торце пластин, причем противоположным торцом пластины закреплены на волноводах, выполненных в виде ступенчатых цилиндров и расположенных в направляющих периферийных продольных отверстиях корпуса, а другим концом волноводы контактируют с кулачками с возможностью создания импульсной продольной нагрузки на пучки ворса и дополнительного натяга, преодолевая сопротивление пружин, при этом кулачки закреплены на неподвижном кольце с возможностью регулирования вылета волновода в продольном направлении.