СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕЖЕСТКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАГОТОВОК Российский патент 2011 года по МПК B23C3/00 

Изобретение относится к области металлообработки, к обработке плоских поверхностей точных нежестких деталей, например плит, планок и нежестких элементов корпусов.

Известен способ обработки плоских поверхностей нежестких заготовок (патент на изобретение №2198769, РФ, кл. В23С 3/00, 2003 г. - прототип), включающий в себя снятие припуска с одной стороны заготовки и ведение обработки по участкам, каждый последующий из которых обрабатывают с режимами, обеспечивающими формирование значения равнодействующей остаточных напряжений, противоположного значению равнодействующей остаточных напряжений на предыдущем смежном участке. Для расширения технологических возможностей и повышения производительности труда в процессе обработки деформируемые при резании слои металла на несмежных участках подвергают термическому воздействию. Обработку можно вести фрезерованием.

Недостатками данного способа являются низкая производительность и высокая трудоемкость.

Задача изобретения - повышение производительности труда, обеспечение получения высоких параметров точности обрабатываемых поверхностей нежестких элементов деталей.

Технический результат достигается тем, что способ включает снятие припуска с одной стороны заготовки, причем новым является то, что в процессе обработки поверхности действие силы резания, стремящейся отогнуть обрабатываемый нежесткий элемент заготовки от инструмента, компенсируют воздействием приложенных с внутренней стороны обрабатываемого нежесткого элемента усилий, при этом обрабатываемый нежесткий элемент предварительно деформируют (выгибают) в направлении, обратном предполагаемому выгибу детали, возникающему под действием силы резания; обратный выгиб детали ограничивают, при этом обработку ведут попутным фрезерованием.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

фиг.1 - схема предварительной деформации нежесткого элемента заготовки;

фиг.2 - схема деформации в сечении С обрабатываемой поверхности АВ;

фиг.3 - схема деформации в сечении В обрабатываемой поверхности АВ;

фиг.4 - нежесткий элемент детали с переменным сечением;

фиг.5 - усилия, возникающие при попутном фрезеровании;

фиг.6 - реакции и ;

фиг.7 - реакции и ;

фиг.8 - расчетная схема прогиба δ.

Фиг.4-8 представлены для объяснения использования рассматриваемого способа обработки поверхности нежесткого элемента на примере.

Суть способа заключается в том, что обрабатываемый нежесткий элемент заготовки необходимо предварительно отогнуть в направлении инструмента на величину Δ под действием усилия R₂ и ограничить возможность его обратного выгиба в сечении А обрабатываемой поверхности АВ (фиг.1). При обработке поверхности АВ в сечении А прогиб должен равняться нулю. Величина предварительной деформации Δ определяется по формуле Δ=2δ;

где δ - деформация, вызванная действием силы резания, приложенной к середине обрабатываемой поверхности АВ в сечении С, а также реакциями R₁ и R₂ (фиг.2).

Значение величины прогиба δ, возникшего под действием силы резания и реакций и , определяется методами «сопротивления материалов», например по способу Верещагина. Реакции R₁ и также определяются методами «сопротивления материалов» для статически неопределимых систем, например методом сил. При этом должно выполняться условие: прогибы в сечениях А и В обрабатываемой поверхности АВ под действием возникающих реакций и и силы резания, действующей непосредственно на сечение С, не возникают (фиг.2).

Используя методы «сопротивления материалов», например метод сил, необходимо также определить усилия и при условии: прогибы в сечениях А и В обрабатываемой поверхности АВ под действием возникающих в этих сечениях реакций и и силы резания, действующей непосредственно в сечении В, не возникают (фиг.3).

Усилия, приложенные в сечении В обрабатываемой поверхности АВ, изменяются в диапазоне от R₂ до . По мере приближения участка приложения силы резания к сечению В усилие в нем будет изменяться, пока не достигнет максимального значения, равного значению усилия R*₂. При этом деформация нежесткого обрабатываемого элемента в сечении В поверхности АВ будет изменяться от значения предварительной деформации Δ до 0.

Важным условием способа является то, что значение усилия R₂ не может быть больше значения усилия .

В момент действия силы резания в сечении С прогиба не возникает. Это достигается за счет предварительной деформации Δ.

Использование способа продемонстрировано на примере. Имеется нежесткий элемент детали с переменным сечением (фиг.4). Материал детали - алюминиевый сплав. Обработку ведут попутным фрезерованием, используя цилиндрическую фрезу 2200-0141 ГОСТ 3752-71, диаметром D=50 мм, длиной L=80 мм и количеством зубьев z=12. Используется высокопроизводительное мощное оборудование с частотой вращения шпинделя n=600 об/мин и мощностью N>23 кВт.

1. Расчет режима резания. Определение составляющих силы резания.

Подача:

подача на зуб S_Z=0,25 мм (по справочнику);

подача S=S_Z·z=0,25·12=3 мм;

минутная подача

Скорость резания - окружная скорость фрезы:

коэффициенты С_ϑ=133,5; q=0,45; х=0,3; y=0,4; u=0,1; p=0,1; m=0,33 (по справочнику);

стойкость инструмента Т=120 мин (по справочнику);

коэффициенты K_Mϑ=1,0; K_Пϑ=0,9; K_Иϑ=1,0 (по справочнику);

общий поправочный коэффициент на скорость резания

K_ϑ=К_Mϑ·K_ПϑK_Иϑ=1,0·0,9·1,0=0,9;

ширина фрезерования В=68 мм;

Сила резания:

коэффициенты С_P=68,2; х=0,86; y=0,72; u=1,0; q=0,86; w=0; K_MР=1,0 (по справочнику);

Крутящий момент на шпинделе:

Мощность резания:

Усилия, возникающие при попутном фрезеровании (фиг.5):

вертикальная составляющая силы резания:

P_V=0,9·P_Z=12875,5 H·0,9=11587,9 H;

горизонтальная составляющая силы резания:

P_h=0,9·P_Z=12875,5 H·0,9=11587,9 H;

момент, действующий на обрабатываемый элемент, определяется:

2. Определение усилий и методом сил (фиг.6).

Система канонических уравнений метода сил:

здесь Δ_ij - перемещение в месте приложения единичной силы i в направлении этой силы от единичной силы j; Δ_ip - перемещение в месте приложения единичной силы i от внешней нагрузки; - реакция i-ой опоры.

i=1, 2; j=1, 2.

Равенство обоих канонических уравнений системы нулю означает, что прогибы в местах расположения опор не возникают (фиг.2).

Δ₁₂=Δ₂₁.

Перемещения Δ₁₁, Δ₂₂, Δ₂₁, Δ₁₂, Δ_1P и Δ_2P определяются:

здесь n - число простых фигур, на которые разбивается сложная эпюра изгибающих моментов; E - модуль упругости, для алюминиевых сплавов Е=70 ГПа; I_Z - осевой момент инерции; ω_1i и ω_2i - площади простых фигур на единичных эпюрах изгибающих моментов; и - ордината на единичной эпюре под центром тяжести фигуры с площадью ω_1i и ω_2i соответственно; ω_Pi - площадь простых фигур на грузовой эпюре изгибающих моментов.

Осевой момент инерции поперечного сечения А (фиг.4) равен:

а поперечного сечения Б (фиг.4) равен:

Значения коэффициентов системы канонических уравнений для случая нагружения по фиг.2 будут равны:

4. Определение прогиба δ (фиг.2).

Для определения прогиба δ воспользуемся правилом Верещагина:

где I₁, I₂ - осевые моменты инерции в поперечных сечениях участков (в сечении А и Б соответственно); ω_1Pi и ω_2Pi - площади простых фигур эпюр изгибающих моментов не участках с сечениями А и Б соответственно; M_1i и M_2i - ординаты на единичных эпюрах по центрам тяжести простых грузовых эпюр на участках с сечениями А и Б соответственно.

Прогиб нежесткого элемента δ возникает под действием силы резания и реакций подпорок и в месте приложения силы резания. На фиг.8 представлена расчетная схема прогиба δ.

Определение усилия R₂.

Усилие R₂ определяется по формуле:

Если принять с - жесткость конструкции упругой подпорки, равной

то Δ - предварительная деформация нежесткого элемента заготовки (фиг.1) будет определяться по формуле:

Δ=2δ=2·93=186 мкм,

получим:

R₂=12180,39-12928·0,186=9775,78 H.

Таким образом, чтобы использовать рассматриваемый способ обработки, необходимо отогнуть нежесткий элемент заготовки в сечении В (фиг.1) на величину Δ=186 мкм, ограничить обратный прогиб в сечении А, создать в сечении В переменные усилия.

Способ включает предварительное деформирование посредством выгиба в направлении, обратном выгибу нежесткого элемента под действием силы резания, и снятие припуска с одной стороны нежесткого элемента. Для повышения производительности и точности в процессе обработки поверхности действие силы резания, отгибающей обрабатываемый нежесткий элемент заготовки от инструмента, компенсируют воздействием усилий, приложенных с помощью упругой подпорки с внутренней стороны обрабатываемого нежесткого элемента. При этом обратный выгиб нежесткого элемента ограничивают. Обработку могут вести попутным фрезерованием. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ обработки поверхностей нежестких элементов заготовок, включающий предварительное деформирование посредством выгиба в направлении, обратном выгибу нежесткого элемента под действием силы резания, и снятие припуска с одной стороны нежесткого элемента, отличающийся тем, что в процессе обработки поверхности действие силы резания, отгибающей обрабатываемый нежесткий элемент заготовки от инструмента, компенсируют воздействием усилий, приложенных с помощью упругой подпорки с внутренней стороны обрабатываемого нежесткого элемента, при этом обратный выгиб нежесткого элемента ограничивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут попутным фрезерованием.