Способ безабразивной полировки поверхностей Советский патент 1986 года по МПК B24B1/04 B24B29/00 

Изобретение относится к применению ультразвуковых колебаний для интенсификации технологических процессов обработки поверхностей металлов методом микропластического деформирования, в частности к безабразивной полировке поверхностей вязких и пластичных металлов, сплавов и металлопокрытий.

Изобретение может быть использовано при суперфинишньгх операциях в машиностроении, и в других отра слях народного хозяйства для полирования и упрочнения заготовок больших размеров из листового проката (малоуглеродистой стали, алюминия, меди, латуни, их сплавов, нержавеющей стали и др.), обработка которых абразивны- ми методами затруднена,

. Цель Изобретения - повьпление качества обработки,,

Цель достигается использованием определенных параметров процесса обработки, . -

Инструмент, на который накладывают ультразвуковые колебания, принимают с полируемой поверхности и перемещают заготовку и инструмент относительно друг друга,.При этом усилие прижима инструмента к полируемой поверхности берут.от 0,05.до 0,8 предела текучести обрабатываемого материала, при скорости продольного перемещения инструмента или заготовки от 0,01 м/с до 0,8 м/с, а амплитуду колебательных смещений инструмента поддерживают в пределах от 0,2 до. 5,0 мкм в зависимости от свойства обрабатываемого материала заготовки.

Для уменьшения контактного трения на обрабатываемую поверхность можно предварительно нанести тонкий слой масла. Смазка устраняет многие нежелательные явления в процессе полировки, делает процесс .надежным, продлевает срок службы инструмента.

На фиг.1 показана схема устройства для реализации предлагаемого .спосЪба; на фиг. 2 - вид А на фиг.1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг,2.

, Ультразвуковая колебательная система, состоящая из магнитострикгщон- 1ШГО преобразователя 1 волновода 2 И поперечного волновода 3, крепится S УЗЛОВЫХ точках к ползуну 4 попе- рёчнострогального станка с возмож- Иестью перемещения по вертикали в }Иправляющи : пневмоцилиндром 5,, На

нижний торец поперечного волновода 3 установлен наконечник (вы.глажива- тель) 6 из твердого сплава. Рабочая поверхность наконечника выполнена

в форме удобно скользящего тела (наподобие части торцовой поверхности) и отполирована для высокого класса чистоты,, Благодаря такой геометрии, а также небольшой площади контакта

инструмента с заготовкой, отпадает необходимость выдерживать строгую параллельность полирующей поверхности и обрабатываемой заготовки, что значительно упрощает обработку,.

Заготовку 7 устанавливают на

столе 8,, закрепляют рамой 9 и прижимают двумя валками 10, Рама 9 связана со столом петлями и фиксирует положение заготовки на столе. Валки

обеспечивают плотное прилегание заготовки к столу, что особенно важно при обработке тонких листов из немагнитных материалов. Усилие прижима регулируется с помощью пружин 11,

Валки -установлены в подшипниках,закреплены шарнирно и фиксируются в рабочем положении эксцентриками J 2, Ультразвуковой инструмент находится между валками и при,работе проскальзывает по обрабатьшаемой поверхности вдоль осей валков.

Рабочий инструмент колеблется из- гибно с ультразвуковой частотой, В зоне упругого контакта -инструмента

с заготовкой воз.ника.ют напряжения, вызван:-1ые прижимом и взаим Ным перемещением инструмента заготовок, и знакопеременные циклические сдвиговые и нормальные напряжения, обеспечиваюш е микропластическую деформацию приповерхностного слоя обрабатываемого материала, выглаживание микронеровностей и упрочнение поверхности.

Чистота поверхности, обработанной

предложенным способом, зависит от

усилия прижима инструмента к заготовке, т.,е, от скорости продольной и по- перечнвй подач и от величины акустической мощности, подводимой в зону

обработки.

При мгшых значениях усилия прижима отсутствует надежный упругий.кОн- такт между полирующей и полируемой поверхностями. Сжимающие и сдвиговые

напряжения недостаточны для создания микропластического состояния приповерхностного слоя обрабатьгоаемого материала. Величина шероховатости снижается незначительно по сравнению с исходной. При больших значениях усилия прижима сжимающие напряжения знчительны, .в вклад знакопеременных циклических напряжений снижается из-за уменьшения амплитуды колебаний с ростов усилия прижима. На обработанной поверхности заметны следы скольжения полирующей поверхности за счет продольной подачи станка.

В таблице приведены оптимальные значения усилия прижима полирующей поверхности к полируемой..

Величина шероховатости зависит от скорости взаимнрго перемещения полирующей и полируемой поверхностей, т.е. от скорости продольной и поперечной подачи. При малых значениях скорости продольной подачи в пределах упругого контакта возникают значительные напряжения и наблюдается перенаклеп обработанной поверхности. Уменьшение скорости обработки аналогично увеличению длительности приложения предельной нагрузки, при которой наблюдается пластическая деформация материала. Обработка на малой . скорости продольной подачи ухудшает геометрию обрабатываемой поверхности и не оправдывает себя с точки зрения производительности. При больших значениях скорости продольной подачи станка сдвиговые напряжения, вызываемые силой трения скольжения, преобладают над знакопеременными циклическими напряжениями. Доля знакопеременных циклических сжимающих и сдвиговых напряжений в процессе микропластической деформации приповерхностного слоя обрабатываемого материала снижается, что ухудшает |чистоту обработки.

Величину скорости поперечной подачи станка подбирают такой, чтобы за время продольной подачи в одном направлении (слева направо или справа налево) величина поперечной подачи не превьш1ала линейные размеры площади упругого контакта между полирующей и полируемой поверхностями. Уменьшение скорости поперечной пода- 5 . чи улучшает чистоту обработанной поверхности, но снижает производительность процесса. Увеличение скорости поперечной подачи сверх оптимального значения (таблица) ухудшает чисто- 0 ту обработки, так как по обе стороны следа скольжения полирующей поверхности остаются слабоде форми- рованные зоны.

При постоянных оптимальных значе- 5 киях усилия прижима и скорости взаимного перемещения поверхностей величина шероховатости зависит от амплитуды ультразвуковых колебаний, приложенных к полирующей поверхнос- 0 ти.

В таблице приведены значения амплитуды изгибньпс колебаний торца волновода, т.е. полирующей поверхности (графы 5,6 и 7), 5

При значениях амплитуды изгиблых колебаний свободного торца волново- ,да (полирующей поверхности), меньших I единицы (графа 5 таблицы), деформи- 0 рование поверхностного слоя обрабатываемого материала происходит в основном за счет усилия прижима и силы трения скольжения при .взаимном перемещении полирующей и полируемой поверхностей. Вклад знакопеременных циклических напряжений в общую деформацию незначителен. При максимальных значениях амплитуды колебаний i( графа 6 таблицы), определяе- мых пороговым значением акустической мощности, вводимой в зону обработки величины знакопеременных цик- лических напряжений превьш1ают значения, достаточные дпя создания пластического состояния приповерхностного слоя обрабатываемого материала .

5

о о

1Г(

CN

о

1Л

«

о I

о

о ш

«t

о

I о

40

о ш

о

k

О

ш о

А

о

1Л (N

см

п о

А

о

I

о

00

о

«л см о

о

1Л

о

1Л

см о

А

о I

1Л

о

О го

А

О

I

in

sT

о

CN

о

со

о

см

1Л

см

о I

1Л

1Л CN

I

о

о ю

1Л

м

о

л

со

см

о ш

см

о

vD

ш

см

«i

r-j

о

1Л

см

14

м

о

in см

м

см

о

ю см

А

см о

§

о

ехз

о

U-I

о

VO

о

А

о

о

ч

о

о

о см

о см

#(

о

о

g

«ч

о о

so

о о

00

%

о

с

о- со

о со

о л

о

VO

о

А

о

о

l

о

о

А

о

ОJ

-J 6

B- в rroffepHiffrra

3

Редактор И.Сегляник

Составитель В.Влодавский Техред И.Попович

Заказ 3752/15 Тираж 740 . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

.по делам изобретений и открытий . ;. .

. М3035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор Л. Пилипенко