СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ ПУСТОТЕЛЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2012 года по МПК B24B31/104 

Изобретение относится к отделочно-зачистной объемной обработке деталей уплотненным шлифовальным материалом, и может быть использовано для финишной обработки наружных поверхностей пустотелых деталей, преимущественно сложной формы.

Для повышения качества поверхности путем объемной обработки деталей гранулированными рабочими средами широкое распространение получила обработка в контейнерах с планетарным вращением [1, 2]. Рабочей загрузке, которая состоит из гранул шлифовального материала и деталей, сообщают сложное пространственное движение, при котором происходит ее интенсивное пересыпание в объеме контейнера с образованием высокоскоростного скользящего слоя на поверхности уплотненной массы, что приводит к контактному взаимодействию и перемещению гранул по поверхности деталей. При различной плотности абразивных гранул и обрабатываемых деталей происходит проскальзывание гранул относительно поверхности деталей, что приводит к обработке последних.

Недостатками известных способов являются отсутствие стабильности обработки на различных участках профиля и формирование вблизи центра масс пересыпающейся уплотненной загрузки зоны относительного покоя, в которой проскальзывание гранул относительно поверхности деталей существенно замедляется или полностью прекращается. Поэтому некоторые детали, попавшие в эту зону, будут иметь нестабильное качество поверхности или могут оказаться вообще необработанными, что потребует их повторной обработки или ручной дополировки, а это приводит к увеличению трудоемкости отделочно-зачистной операции.

Наиболее близким заявляемому изобретению является способ центробежной абразивной обработки деталей по авторскому свидетельству №1627382 [3]. При этом способе контейнерам с рабочей загрузкой сообщают планетарное движение, а водилу, в гнездах которого смонтированы опоры, несущие контейнеры, переносное вращение вокруг оси, перпендикулярной оси водила, что приводит к дополнительному циклическому перемещению уплотненной массы рабочей загрузки вдоль осей цилиндрических контейнеров. Возникающий при переносном движении водила осевой импульс вызывает разрушение зоны относительного покоя, что позволяет выровнять условия обработки деталей, загруженных в контейнеры, повысить производительность и стабильность обработки поверхностей деталей.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет эффективно обрабатывать пустотелые детали. Это связано с малой объемной плотностью подобных деталей, что приводит к эффекту «всплытия» деталей на поверхность уплотненной загрузки, а это препятствует контакту гранулированной среды с обрабатываемыми поверхностями.

Техническим результатом является уменьшение шероховатости поверхности и создание условий стабильной обработки пустотелых деталей, который достигается тем, что объемную плотность пустотелой детали увеличивают путем введения в полость детали технологического тела, массу m_т которого определяют по формуле

m_т≥ρ_a·(V_м+V_п)-m_д,

где m_т - масса тела, введенного во внутреннюю полость обрабатываемой детали; ρ_a - объемная плотность абразивного шлифовального материала (гранул); V_м - объем материала детали; V_п - объем внутренней полости детали; m_д - масса обрабатываемой детали.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить погружение деталей в шлифовальный материал и относительное перемещение поверхностей деталей и абразивных гранул в зоне скользящего слоя в контейнерах с планетарным вращением, так как плотности материала деталей и гранул будут существенно отличаться. При погружении деталей в гранулированную абразивную среду достигается копирование профиля детали и обеспечивается необходимое для обработки контактное давление на различных участках детали сложной формы. Технология объемной обработки позволяет механизировать трудоемкие отделочно-зачистные операции без применения ручной дополировки и обеспечить стабильное качество поверхности по всему контуру детали вследствие ее многократного переориентирования при вращении в уплотненной массе гранул в объеме контейнера.

Технологических решений со сходными отличительными признаками по патентной и научно-технической литературе не обнаружено, следовательно, заявляемый способ обладает существенными отличиями.

На фиг.1 приведена схема движения рабочей загрузки с образованием скользящего слоя, а на фиг.2 - схема закрепления технологического тела в полости детали.

Способ объемной обработки пустотелых деталей осуществляется следующим образом.

Обрабатываемые детали 1 (фиг.1) загружают в цилиндрический контейнер 2 с гранулированным шлифовальным материалом 3. Заливают технологическую жидкость и герметично закрывают контейнер. Контейнерам сообщают планетарное движение с угловыми скоростями ω₁ и ω₂ вокруг осей водила 4 и контейнера 5, соответственно, а водилу, несущему контейнеры, дополнительно сообщают переносное вращение с угловой скоростью ω₃ вокруг оси 6, перпендикулярной оси водила. При сложном вращении контейнера происходит уплотнение рабочей загрузки с образованием сегмента в поперечном сечении контейнера. При этом происходит пересыпание рабочей загрузки в объеме контейнера, а на ее поверхности формируется движущийся с высокой скоростью скользящий слой 7, состоящий из абразивных гранул и обрабатываемых деталей. В этом слое происходит наиболее интенсивная обработка деталей абразивными гранулами вследствие их проскальзывания относительно друг друга. Это проскальзывание происходит при существенном различии плотностей обрабатываемого материала и материала гранул.

Пустотелые детали при центробежной обработке в контейнере с планетарным вращением "всплывают" на поверхность уплотненной загрузки и практически не обрабатываются. Для определения условий погружения предположим, что объем пустотелой детали равен объему монолитной детали. Тогда объем пустотелой детали V_пд представим в виде

V_пд=V_м+V_п,

где V_м - объем материала детали, V_п - объем внутренней полости детали.

Введем показатель средней плотности пустотелой детали ρ_пд. Тогда

где m_д - масса обрабатываемой детали.

Способ установки и закрепления технологического тела 8 во внутренней полости детали 1 (фиг.2) зависит от размеров и формы этой полости. Например, закрепить технологическое тело можно с помощью винтов 9, расположенных "в распор". Для предотвращения истирания в процессе обработки головок винтов на них закрепляют резиновый чехол 10, например из резины.

После установки технологического тела среднюю плотность пустотелой детали определяют по выражению

где m_т - масса технологического тела, введенного во внутренний объем обрабатываемой детали.

Для эффективной обработки деталей с внутренними полостями для их погружения в гранулированную среду необходимо, чтобы выполнялось условие

ρ_пд≥ρ_a,

где ρ_a - объемная плотность абразивного шлифовального материала (гранул).

Поэтому массу технологического тела, которое вводят во внутреннюю полость детали, определяют из условия

или

m_т≥ρ_a·(V_м+V_п)-m_д.

Пример.

Обрабатывалась пустотелая головка клюшки для игры в гольф из титанового сплава ВТ 10. Объем материала V_м детали составил при толщине стенки t=3 мм, V_м=138,300 см³, а объем пустот V_п=634,4 см³. Обработка производилась призмами трехгранными абразивными марки ПТ15×15 на керамической связке. Объемная плотность ρ_a гранулированного абразивного материала составила ρ_a=1,61 г/см³, а масса обрабатываемой детали m_д=260 г.

Обработка пустотелой детали при частоте вращения водила установки n_в=160 мин^-1, частоте вращения контейнеров вокруг собственной оси n_к=276 мин^-1, в течение 30 мин не обеспечило существенного изменения качества поверхности, так на ней отчетливо просматриваются дефекты литья, а также сетка линии от разгара кокиля.

Установим в полости пустотелой детали технологическое тело массой

m_т, рассчитанной из условия

m_т≥ρ_a·(V_м+V_п)-m_д,

или

m_т≥1,610·(138,3+634,4)-260

или

m_т≥984 г.

Принимаем m_т=1000 г.

При этом на одинаковых технологических режимах при обработке в течение 20 мин формируется однородная шероховатость наружной поверхности обрабатываемой пустотелой головки клюшки для игры в гольф с Ra=0.8…1.0 мкм, что соответствует техническим требованиям на изделие.

Источники информации

1. Masahisa Matsunaga, Hisamine Kobayashi. High Speed Surfage Finishing Method. United State Patent Office №3513604, U.S.Cl, 51-313, Ynt.Cl. B24B 1/100, Patented May 26, 1970.

2. Авт.свид. №992172 (СССР) М.кл. В24В 31/08. Способ абразивной центробежно-планетарной обработки деталей и устройство для его осуществления/И.Е.Бондаренко, С.И.Фишбейн, Р.А.Подтеребков, Е.И.Фишбейн. - Опубл. в БИ №4, 1983.

3. Авт.свид. №1627382 (СССР), М.кл. В24В 31/104. Способ обработки деталей и устройство для его осуществления / А.Н.Мартынов, В.З.Зверовщиков, А.Е.Зверовщиков, А.Т.Манько. - Опубл. в БИ №6, 1991.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при отделочно-зачистной объемной обработке наружных поверхностей пустотелых деталей, преимущественно сложной формы, уплотненным шлифовальным материалом. Обрабатываемые детали загружают в контейнер с гранулированным шлифовальным материалом и технологической жидкостью. Контейнерам сообщают планетарное движение вокруг осей водила и контейнера, а водилу - переносное вращение вокруг оси, перпендикулярной оси водила. При сложном вращении контейнера происходит уплотнение рабочей загрузки, а на ее поверхности формируется скользящий слой. Объемную плотность пустотелой детали увеличивают путем введения в полость детали технологического тела, массой m_т, которую определяют по расчетной зависимости. В результате обеспечивается погружение деталей в гранулированный шлифовальный материал и создаются условия для стабильной обработки наружных поверхностей пустотелых деталей. 2 ил., 1 пр.

Способ центробежной абразивной объемной обработки пустотелых деталей, включающий загрузку детали и гранулированного шлифовального материала в контейнер, которому сообщают планетарное движение и переносное вращение с водилом вокруг оси, перпендикулярной оси водила, отличающийся тем, что объемную плотность обрабатываемой детали увеличивают путем введения в полость детали технологического тела, массу m_т которого определяют по формуле:
m_т≥ρ_a·(V_м+V_п)-m_д,
где m_т - масса тела, введенного во внутреннюю полость обрабатываемой детали; ρ_a - объемная плотность гранул абразивного шлифовального материала; V_м - объем материала детали; V_п - объем внутренней полости детали; m_д - масса обрабатываемой детали.