СПОСОБ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ С НАЛОЖЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2011 года по МПК B24B1/04 B24B7/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке плоским шлифованием заготовок из различных материалов.

Известен способ ультразвуковой стабилизации остаточных напряжений (см. Бабенко М.Г. Совершенствование технологии обеспечения размерной точности прецизионных деталей типа колец подшипников на основе использования ультразвуковой стабилизации внутренних напряжений. Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.08. / Саратовский гос. техн. унив. - Саратов, 2002. - 16 с.), при котором после шлифования детали через шлифованную поверхность сообщают ультразвуковые колебания (УЗК) определенной амплитуды и частоты.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится отсутствие влияния энергии ультразвука на процесс шлифования заготовок, а также увеличение цикла изготовления детали за счет включения в него времени на ультразвуковую стабилизацию остаточных напряжений. В процессе шлифования и снятия остаточных напряжений используется различная технологическая оснастка. Кроме того, недостатком является вовлечение в процесс дислокационного поглощения энергии ультразвука сравнительно малого количества дислокаций, размеры которых лежат в узком диапазоне, поскольку частотная зависимость дислокационного поглощения имеет резонансный характер, а собственная резонансная частота дислокации определяется длиной дислокационного отрезка (см. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. / Под общ. ред. И.П.Голяминой. - М.: Советская энциклопедия, 1979. - 400 с.). Указанный недостаток обусловлен тем, что в указанном способе использованы УЗК определенной фиксированной частоты. В результате эффективность снятия технологических остаточных напряжений невелика.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является выбранный в качестве прототипа способ шлифования, заключающийся в непрерывном наложении ультразвуковых колебаний на заготовку в процессе шлифования (см. пат.RU №2276004 С1, опубл. 2006.05.10. Бюл. №13, осн. индекс МПК В24В 1/04(2006.01) «Способ шлифования»).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе ультразвуковые колебания не оказывают заметного влияния на процесс шлифования, так как имеет место локальный участок контакта инструмента для снятия остаточных напряжений и заготовки, и ультразвуковые колебания распространяются по ограниченному объему заготовки.

Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе шлифования режущая способность шлифовального круга постепенно снижается, что приводит к необходимости соответствующего снижения производительности бездефектного шлифования или (и) к ухудшению качества шлифованных деталей. Одним из путей повышения эффективности шлифования заготовок из различных материалов является наложение ультразвуковых колебаний в процессе шлифования, в данном случае на заготовку. Наложение ультразвуковых колебаний позволяет снизить коэффициент трения в зоне контакта круг-заготовка, силы резания, контактные и локальные температуры, что приводит к сохранению режущей способности абразивного зерна (АЗ), а следовательно, обеспечивается возможность увеличения производительности обработки и периода стойкости круга. Кроме того, в процессе шлифования в поверхностном слое заготовки формируются в большинстве случаев растягивающие остаточные напряжения, негативно влияющие на эксплуатационные характеристики изделия. Одним из способов снятия остаточных напряжений является наложение ультразвуковых колебаний. В данном случае наложение ультразвуковых колебаний на заготовку происходит как в процессе шлифования, так и после его окончания и снятия заготовки вместе с устройством для осуществления данного способа со станка. На станке появляется возможность обработки следующей заготовки. Отпадает необходимость установки-снятия заготовки во второе приспособление, поскольку используется одно приспособление. Это обеспечивает увеличение производительности обработки и эффективности снятия остаточных напряжений.

Технический результат - увеличение периода стойкости шлифовального круга и производительности обработки при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.

Указанный технический результат при осуществлении способа плоского шлифования с наложением ультразвуковых колебаний включает непрерывное наложение ультразвуковых колебаний на заготовку в процессе шлифования.

Особенность заключается в том, что перед шлифованием заготовку устанавливают в устройство для наложения колебаний, причем ультразвуковые колебания накладывают на заготовку не только в процессе шлифования, но и после окончания этого процесса и снятия заготовки с устройством со станка.

Благодаря ультразвуковым колебаниям, сообщаемым заготовке в процессе шлифования, уменьшаются силы резания, контактные и локальные температуры в зоне контакта АЗ с заготовкой. Уменьшение локальных температур в зоне контакта АЗ с заготовкой позволяет улучшить качество шлифованных деталей и уменьшить массу налипов металла на зерна круга, благодаря чему увеличиваются период стойкости шлифовального круга и производительность шлифования. С изменением частоты изменяется длина волны, а место расположения узлов колебаний будет непостоянным, поэтому наложение на заготовку частотно-модулированных ультразвуковых колебаний обеспечивает колебание всех сечений поверхностного слоя заготовки. Увеличенный период наложения на заготовку частотно-модулированных ультразвуковых колебаний позволяет в максимальной степени снять остаточные напряжения с заготовки и улучшить эксплуатационные характеристики детали. Это обеспечивается за счет того, что после обработки шлифованием заготовка вместе с устройством для наложения ультразвуковых колебаний снимается со станка и на нее продолжают накладывать частотно-модулированные ультразвуковые колебаниями вне зоны обработки, за счет чего увеличивается эффективность снятия остаточных напряжений в поверхностных слоях заготовки, а в это время на станке обрабатывается следующая заготовка. Также отпадает необходимость устанавливать и снимать заготовку в различные приспособления. Для сообщения шлифуемой заготовке ультразвуковых колебаний частотно-модулированной формы используется электрический сигнал, модулированный по частоте, который может быть получен с помощью ультразвукового генератора (УЗГ).

На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа плоского шлифования с наложением УЗК.

Устройство содержит: рамку 1, кронштейн 3, волновод 4, корпус 5, винт 6, пьезопреобразователи 7.

Заготовку 2 устанавливают в рамку 1, поджимают винтом 6 к торцу волновода 4. Рамку 1 устанавливают на магнитную плиту станка. На заготовку 2 накладываются УЗК, и проводится ее обработка шлифовальным кругом. Упругие механические колебания, генерируемые с помощью пьезопреобразователей 7, модулированные по частоте, сообщаются заготовке 2 через волновод 4. Волновод 4 крепится корпусом 5, установленном в кронштейне 3, жестко связанным с рамкой 1. Данное решение позволяет осуществить наложение частотно-модулированных колебаний на заготовку 2 без затруднения процесса шлифования. Наложение на заготовку 2 частотно-модулированных ультразвуковых колебаний обеспечивает колебание всех сечений поверхностного слоя.

Таким образом заготовке 2 сообщаются частотно-модулированные УЗК, что приводит к уменьшению сил резания, локальных температур, коэффициента трения АЗ с заготовкой и снижению остаточных напряжений, возникающих в процессе шлифования.

После обработки шлифованием заготовка 2 вместе с устройством для наложения ультразвуковых колебаний снимается со станка, и на нее продолжают накладывать частотно-модулированные УЗК вне зоны обработки с целью релаксации остаточных напряжений в поверхностном слое заготовки 2.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях плоского шлифования заготовок из различных материалов. Перед шлифованием заготовка устанавливается в устройство для наложения частотно-модулированных ультразвуковых колебаний. Благодаря ультразвуковым колебаниям, сообщаемым заготовке в процессе шлифования, уменьшаются силы резания, контактные и локальные температуры в зоне контакта абразивных зерен с заготовкой. После шлифования заготовка вместе с устройством для наложения ультразвуковых колебаний снимается со станка и на нее продолжают накладывать частотно-модулированные ультразвуковые колебания вне зоны обработки. За счет этого увеличивается эффективность снятия остаточных напряжений в поверхностных слоях заготовки и производительность, так как в это время на станке обрабатывается следующая заготовка. Такие действия способствуют увеличению периода стойкости шлифовального круга и производительности обработки при обеспечении заданного качества шлифованных деталей. 1 ил.

Способ обработки заготовок с наложением ультразвуковых колебании (УЗК), включающий установку заготовки в устройство для наложения УЗК, плоское шлифование заготовки на станке и снятие заготовки с упомянутым устройством со станка, при этом на заготовку накладывают УЗК непрерывно в процессе шлифования и после его окончания и снятия заготовки с устройством для наложения УЗК со станка.