УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА ИМПУЛЬСНОЙ СТРУЕЙ Российский патент 2010 года по МПК B24B53/12 B24C1/02 B05B1/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к механической обработке материалов связанным абразивом, к шлифованию и формированию периферийного рабочего режущего слоя шлифовального круга.

Известно устройство, содержащее корпус с двумя подшипниковыми опорами, приводной диск с фрикционным покрытием, жестко закрепленный на валу, который установлен в подшипниковых опорах корпуса, правящий инструмент, соединенный с приводным диском и неподвижную гайку, установленную соосно подшипниковым опорам корпуса, при этом вал выполнен с резьбовым хвостовиком, находящимся в контакте с гайкой, причем правящий инструмент представлен в виде тонкой сверхзвуковой высоконапорной струи жидкости, истекающей из невращающегося сопла, жестко связанного с подводящим каналом, расположенным во втулке, ось которой эксцентрична оси вращения приводного диска, в котором также эксцентрично расположены подшипники качения, связывающие втулку и приводной диск с возможностью их относительно вращательного и возвратно-поступательного радиального перемещения [1].

Известное устройство имеет существенные недостатки: это узкие технологические возможности, так как конструкция устройства не позволяет регулировать параметры наносимого регулярного микрорельефа, не позволяет формировать рабочую поверхность, например, в виде винтовой режущей поверхности и т.п., способную интенсифицировать процесс шлифования, невысокое качество формирования рабочей поверхности шлифовального инструмента, невысокая стойкость обработанных поверхностей, низкая производительность и высокая величина получаемой шероховатости поверхности.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей формирования на рабочей поверхности регулярного микрорельефа, обеспечивающего снижение вероятности образования прижогов на обрабатываемой заготовки, повышение качества изделий и надежности работы инструмента, а также снижение трудоемкости процесса, снижение себестоимости изготовления, повышение производительности обработки, стойкости и снижение величины шероховатости обработанных поверхностей.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для формирования шлифовального круга импульсной струей, характеризующееся тем, что оно содержит корпус, выполненный с центральным ступенчатым продольным отверстием с конической поверхностью и поперечным отверстием для подвода через штуцер и трубопровод воды высокого давления, струеформирующую насадку, расположенную в упомянутом центральном отверстии корпуса с одного его торца, шток с коническим наконечником, контактирующим с конической поверхностью отверстия корпуса, расположенный с другого его торца, и кулачковый привод продольного перемещения, размещенный в установленной в корпусе посредством резьбы втулке и состоящий из электродвигателя, кулачка, возвратной пружины и поперечно расположенной оси, шарнирно связанной со штоком, и предназначенным для прерывания потока воды посредством возвратно-поступательного движения штока с коническим наконечником.

Особенности конструкции и работы предлагаемого устройства поясняются чертежами.

На фиг.1 показана схема правки по образованию и формированию регулярного микрорельефа на периферии шлифовального круга предлагаемым устройством, общий вид с торца шлифовального круга; на фиг.2 - гидроимпульсное устройство, продольный разрез, шток с наконечником в положении «открыто» для прохождения потока воды в струеформирующую насадку; на фиг.3 - гидроимпульсное устройство, продольный разрез, шток с наконечником в положении «закрыто» прерывание потока воды к струеформирующей насадке; на фиг.4 - вид по А на фиг.2, кулачок в положении «открыто»; на фиг.5 - вид по Б на фиг.3, кулачок в положении «закрыто»; на фиг.6 - вид по В на фиг.1, общий вид на периферийную поверхность круга с нанесенным регулярным микрорельефом; на фиг.7 - разрез по Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - разрез по Д-Д на фиг.7.

Предлагаемое устройство 1 предназначено для формирования регулярного микрорельефа на периферийной рабочей поверхности шлифовального круга 2, позволяющего снизить вероятность образования прижогов и микротрещин на шлифуемой кругом заготовки (не показана).

Формирование регулярного микрорельефа шлифовального круга производится импульсной водяной струей высокого давления (до 400 МПа).

Устройство содержит корпус 3 в виде втулки, который имеет возможность перемещения вдоль оси вращения круга 2 и расположен по касательной к периферийной рабочей режущей поверхности круга 2.

В центральном ступенчатом продольном отверстии корпуса 3 с одного торца расположена струеформирующая насадка 4, которая крепится накидной гайкой 5 к резьбовой втулке 6, которая в свою очередь ввернута в центральное отверстие корпуса 3.

В средней части корпуса 3 имеется поперечное отверстие для подвода через штуцер 7 и трубопровод 8 воды высокого давления (до 400 МПа).

С другого торца в центральном отверстии корпуса 3 расположен шток 9 с коническим наконечником 10, который контактирует с конической поверхностью отверстия корпуса.

Шток 9 имеет кулачковый привод продольного перемещения, размещенный во втулке 11, которая установлена и закреплена на корпусе 3 с помощью резьбы. Привод состоит из возвратной пружины 12, кулачка 13 и поперечно расположенной оси 14. Ось 14, на которой жестко закреплен кулачок 13, шарнирно связана со штоком 9. Ось 14 приводится во вращение со скоростью V_K, например, электродвигателем (не показан), который присоединяется к четырехгранному наконечнику 15 оси 14 с помощью муфты (не показана).

Уплотнение 16 высокого давления обеспечивает герметизацию полости высокого давления внутри корпуса.

Такая конструкция привода продольного перемещения штока с коническим наконечником позволяет прерывать поток воды высокого давления и импульсной струей 17 воздействовать на шлифовальный круг с целью получения регулярного микрорельефа (см. фиг.6-8). Движение наконечника 10 вверх, согласно фиг.2-3, осуществляется за счет кулачка 13, получающего момент вращения от электродвигателя (не показан), а движение вниз - за счет возвратной пружины 12.

Источник воды высокого давления представляет собой агрегат, состоящий из приводной насосной станции, повысителя давления мультипли-каторного типа и системы подачи воды (не показаны).

Все элементы устройства, подверженные существенным динамическим и термическим нагрузкам (струеформирующая насадка, конический наконечник, внутренняя поверхность корпуса и др.) изготовлены из твердого сплава, а также имеют возможность быстрой замены.

Подготовка устройства для импульсного формирования регулярного микрорельефа к работе и его работа заключается в следующем.

Устройство устанавливается, например, на суппорте токарного станка. Шлифовальный круг 2 на оправке закрепляется в шпинделе, например, с помощью трехкулачкового патрона (не показан).

Задают вращение шлифовальному кругу 2 со скоростью У_ШК. При подаче высоконапорной водяной импульсной струи давлением ~400 МПа будет начинаться процесс формирования на периферийной поверхности шлифовального круга 2 регулярного микрорельефа в виде изолированных мелкоячеистых углублений эллипсовидной формы (см. фиг.6). Для равномерного нанесения рельефа на всю поверхность круга устройство в процессе формирования периодически или непрерывно смещают в продольном направлении с осевй подачей S_ПР.

Предлагаемое устройство позволяет регулировать параметры формируемого регулярного микрорельефа на рабочей поверхности шлифовального круга в зависимости от условий обработки, давления жидкости, текущего диаметра шлифовального круга и его характеристики, что позволяет при работе шлифовальным кругом существенно снижать температурно-силовую напряженность процесса шлифования.

Заявляемое техническое решение позволяет:

- производить формирование регулярного макрорельефа на поверхности шлифовального круга без дефектного слоя и износа правящего инструмента;

- исключить пылевыделение при работе правящего инструмента.

Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных сформированным шлифовальным кругом поверхностей уменьшился до значения Ra=0,15…0,32 мкм при исходном - Ra=3,2…6,3 мкм, которое проводилось при скорости У_РЕЗ=35 м/с (при традиционном шлифовании сплошными кругами - Ra=0,32…0,63 мкм), производительность повысилась более чем в два раза по сравнению с традиционным шлифованием, которое проводилось при скорости V_РЕЗ=25 м/с.

Для проведения экспериментальных исследований по изучению влияния основных действующих факторов на показатели процесса формирования регулярного макрорельефа на рабочей поверхности круга была разработана специальная установка источника воды высокого давления. Источник воды высокого давления представляет собой агрегат, состоящий из масляной приводной насосной станции, повысителя давления мультипликаторного типа и системы подачи воды (не показаны).

Масляная приводная насосная станция предназначена для питания потребителя - повысителя давления гидравлической энергией масляного потока и представляет собой смонтированные на общей раме асинхронный электродвигатель, приводящий во вращение аксиально-поршневой насос переменной подачи, маслобак, элементы гидроуправления и автоматики, объединенные между собой при помощи гидромагистралей. Конструкция приводной насосной станции обеспечивает подачу потока рабочей жидкости - гидравлического масла с давлением до 32 МПа и расходом до 90 л/мин. Повыситель давления представляет собой двухсторонний гидроцилиндр, обеспечивающий преобразование низкого давления масла на входе в высокое давление воды на выходе. Коэффициент мультипликации используемого повысителя давления составляет 7 единиц. Реверсирование движения поршня - штока осуществляется при помощи гидроуправления.

Нагнетание высоконапорной воды осуществляется попеременно правой и левой полостью через напорные клапаны в общий трубопровод высокого давления. От повысителя давления высоконапорная вода поступает в аккумулятор высокого давления, предназначенный для сглаживания пульсации давления, и далее в водоимпульсное устройство. Для питания повысителя давления водой низкого давления, заполняющей полости повысителя через всасывающие клапаны, используется специальная насосная установка низкого давления или водопроводная сеть.

Основные технические характеристики стендовой установки:

- давление высоконапорной воды - до 400 МПа;

- диаметр струеформирующей насадки - 0,0020; 0,005; 0,0080 м;

- суммарная мощность электродвигателей стендовой установки - 40 кВт;

- масса стендовой установки (без учета рабочих жидкостей) - 480 кг.

- электродвигатель привода вращения кулачка мощностью - 0,4 кВт с терристорным регулятором скорости.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, шлифованного кругами, сформированными предлагаемым устройством, проведены экспериментальные исследования обработки «корпуса» с использованием сформированных и традиционных кругов. Заготовку «корпуса», установленную на магнитном столе станка, шлифовали на плоскошлифовальном станке мод. 3П722. Заготовка изготовлена из стали 40Х ГОСТ 1050-74. припуск на сторону - t=0,30 мм.

Обрабатывали «корпус» в размер по высоте 32,7±0,1; исходный параметр шероховатости Ra=3,2 мкм, достигнутый - Ra=0,63; шлифовальный круг со сформированным регулярным микрорельефом, имеющий размеры: глубина - 3 мм; ширина - 8 мм; длина - 16 мм (см. фиг.6-8), марка круга - ПП 14А25ПСМ2 7К1А 35 м/с; диаметр нового круга 450 мм, ширина круга 80 мм. Обрабатывали заготовки «корпуса» на следующих режимах: скорость вращения круга V_РЕЗ=35 м/с, (1500 мин^-1); скорость продольного перемещения S_пр=16 м/мин, поперечная подача круга S_ПОП=15 мм/ход стола; подача на глубину на проход - 0,015 мм, смазывающе-охлаждающей технологической смесью, подаваемой в зону шлифования, служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).

Требуемая шероховатость и точность плоской поверхности была достигнута за Т_м=1,75 мин (против Т_м ^баз=3,75 мин по базовому варианту при традиционной обработке шлифованием на Орловском сталепрокатном заводе ОСПАЗ). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68 и на профилометре мод. 283 тип АII ГОСТ 19300-86. В обработанной партии (равной 100 штук) бракованных деталей не обнаружено. Отклонение обработанной поверхности от плоскости составило не более 0,02 мм, что допустимо ТУ.

Предлагаемое устройство расширяет технологические возможности отделочной обработки поверхностей деталей машин, повышает качества изделий и надежность инструмента, снижает трудоемкость процесса благодаря обработки на повышенных режимах, снижает себестоимость изготовления, повышает производительность обработки, стойкость и снижает величину шероховатости обработанных поверхностей.

Источники информации

1. Патент РФ 2105656, В24В 53/12. Устройство для формирования шлифовального круга. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Бурнашов М.А., Селеменев М.Ф. Заявка №96110053/02. 21.05.96. 27.02.98. Бюл. №6 - прототип.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при механической обработке материалов связанным абразивом для формирования регулярного микрорельефа на периферийной рабочей поверхности шлифовального круга. Устройство содержит корпус, выполненный с центральным ступенчатым продольным отверстием с конической поверхностью и поперечным отверстием для подвода через штуцер и трубопровод воды высого давления, струеформирующую насадку, расположенную в упомянутом центральном отверстии корпуса с одного его торца, шток с коническим наконечником, контактирующим с конической поверхностью отверстия корпуса, расположенный с другого его торца, и кулачковый привод продольного перемещения, размещенный в установленной в корпусе посредством резьбы втулке и состоящий из электродвигателя, кулачка, возвратной пружины и поперечно расположенной оси, шарнирно связанной со штоком, и предназначенным для прерывания потока воды посредством возвратно-поступательного движения штока с коническим наконечником. Повышаются качество работы, надежность инструмента и производительность, снижается себестоимость изготовления. 8 ил.

Устройство для формирования шлифовального круга импульсной струей, характеризующееся тем, что оно содержит корпус, выполненный с центральным ступенчатым продольным отверстием с конической поверхностью и поперечным отверстием для подвода через штуцер и трубопровод воды высокого давления, струеформирующую насадку, расположенную в упомянутом центральном отверстии корпуса с одного его торца, шток с коническим наконечником, контактирующим с конической поверхностью отверстия корпуса, расположенный с другого его торца, и кулачковый привод продольного перемещения, размещенный в установленной в корпусе посредством резьбы втулке и состоящий из электродвигателя, кулачка, возвратной пружины и поперечно расположенной оси, шарнирно связанной со штоком, и предназначенным для прерывания потока воды посредством возвратно-поступательного движения штока с коническим наконечником.