Способ доводки цилиндрических отверстий во втулках Советский патент 1988 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относятся к технологии машиностроения и приборостроения и может найти применение при прецизионной обработке отверстий в изделиях из металлов, кристаллов и органических твердых материалов.

Цель изобретения - повьшение точности и качества за счет уменьшения некруглости, перекоса и конусности отверстия, улучшения микрогеометрии и,упрочнения поверхности отверстия, снятия остаточных напряжений в объеме втулки, повышения виброустойчивос- ти и вибропрочности обработкиS улучшения центрирования обрабатывающего инструмента и снижения нелинейных искажений и шума при обработке.

Пространственное распределение ультразвукового поля на частотах радиального волнового резонанса имеет цилиндрическую симметрию с осями сим-- метрии « , 2-го, 4-го, 8-го порядков и т.д. и идеально согласовано с цилиндрической геометрией отверстия. Этим обеспечивается центрирование инструмента относительно оси симметрии втулки и устраняются геометрические погрешности отверстия, обусловленные некруглостью, конусностью и перекосом. Наличие минимума потенциальной энергии ультразвукового поля на оси симметрии и равенства нулю недиагональных компонент тензоров упругих напряжений и деформаций обеспечивает необходимые и достаточные условия виброустойчивости обработки.

Непериодичностью значений резонансных частот на радиальньсс модах обеспечивается подавление высших гармоник ультразвукового поля в источнике ультразвуковых колебаний. Вследствие этого частотный спектр во втулке имеет непериодическое распределение Бесселя, которое рассогласовано с периодическим спектром Фурье. В результате ультразвуковое поле ка частотах радиального волнового резонанса имеет пренебрежда о.малые нелинейные искажения, что является условиями отсутствия других типов колебаний, снижаюпц х вибропрочность обрабатываемой детали и инструмента и сохранения динамической устойчивости. В результате согласования р,спределе- ния и коэффициента концентрации ультразвукового поля с диаметром отверстия достигается эффективное вибрационное взаимодействие поверхностей

вала и инструмента, при котором происходит жесткое контактирование по всей образующей поверхности, в результате чего может быть реализован режим нелинейного закона Гука без снижения виброустойчивости. Этим достигается эффективньй ударный наклеп, при котором улучшается микрогеометрия поверхности отверстия и осуществляется упрочнение поверхности и приповерхностного слоя 5 происходит снятие остаточных напряжений в объеме втулки.

Ударное контактирование на частотах радиального акустического резонанса приводит к импульсной модуляции спектра , возникающего при механической и вибрационной обработке, в результате чего уровень пп/ма снижается обратно пропорционально величине ut/T/;,

Следовательно, в данном способе при наличии ультразвукового поля происходит импульсная модуляция спектра шума, создаваемая дискретным контактированием поверхностей вала и отверстия. Следовательно, спектр шума практически долукен оставаться неизмен

5

0

5

0

5

стоянной составляющей периодш-1еской последовательности импульсов с периодом Tf и длительностью, t, т.е. уровень шума, обусловленный относительным движеьшем поверхностей инст- Ьуме.нта и отверстия, должен снижаться пропорционально величине At/Trj,.

На фкг. 1 показано пространственное распределение ультразвукового поля на частотах акустического волнового резонансаJ на фиг. 2 -- временная форма сигнала ультразвукового поля во втулке с периодом колебаний Те, с помогдью которого осуществляется процесс обработки отверстия в моменты времени ji|t| на фиг. 3 - спектральная диаграмма последовательности импульсов д-пительностью At и периодом Т (спектральная диаграмма показывает, что уровень и сггектр шумов зависят от периода ультразвуковых колебаний); на фиг. 4 - временная диаграмма последовательности импульсов дд1итвльностью t и периодом Tg (временная диаграмма показьшает зависимость постоянной составлякщей от длительности юдаульсов ) „ на фиг о 5 - схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит источник 1 электрических колебаний, ультразвуковой преобразователь 2 втулку 3, устройство 4 контроля, которое может быть, например, оптическим (фиг,5), а также акустическим или тензометри- ческим устройством 4 регистрации упругих напряжений и деформаций, источник 5 свата,

В качестве источника электрических колебаний могут использоваться при- .боры мощностью 1-50 Вт диапазоном частот 20-2000 кГц и амплитудным значением напряжения не менее 30 В. В зависимости от внешнего диаметра втулки в качестве источника электрических колебаний при обработке втулок-больших размеров можно исп.ользовать генератор сигналов ГЗ-33 с диапазоном частот 20-200 ИО- Гц, а для втулок малых размеров генератор Г4-42 с диапазоном частот 100-10000 кГц. совместно с широкополосным или перестраиваемым ycилитeля m мощности.

Среди устройств.контроля распределения ультразвукового поля наиболее оптимальным являются поляризационно- оптические устройства, которые в отличие от акустических итензометркческих измерительных приборов способны конт-; ролировать как динамические, так иста-, тические v упругие напряжения и деформации в объеме изделия. Оптическая прозрачность изделий в диапазоне час- тот б5 электр(; магнитного излучения зависит от электрических параметров материала изделия, которая определяется отношением проводимости к диэлектрической проницаемости .

из&

I

зрачной для частоты lo . Например (оптическая прозрачность меди, при которой Q 5,8 IO GM/М, а Ф/м возникает на частоте (jj - 109 Гц (рентгенооптический диапазон) .

Способ осуществляют следующим образом.

Жестко закрепляют обрабатываемую деталь и присоединяют к ее образующей поверхности ультразвуковой гфеоб- разователь 2, Этот преобразователь электрически соединяют с источником 1 электрических колебаний, на котором устанавливают частоту, вычисленную в соответствии с параметрами обрабаПри

1 среда считается про

4

втулки. Устанавливают и со10

152025

30 35 40.

5

45

5

прягшот с втулкой устройство 4, контролирующее в ней распределение ультразвукового поля, к вводят {инструмент в отверстие обрабатываемой втулки. Затем включают источник электрических колебаний м плавно кли дискретно увагпгчивают амплитуду напряжения электрическ -1х колебаний, при которой амплитуда tpyrHx смещений во втулке становится достаточной для регистра ции напряжений ультразвукового поля во втулка3 одновременно контролируя распред ченне ультразвукового поля во втулке с помощью устройства контроля. Если ультразвуковое поле не соответствует заданном , то осуществляют подстройку частоты источника электрическ1-1к .колебаний до рабочей частоты радиального волнового резонанса с ци.пиндриче.ским распределением ультразвукового поля г При получении заданного распределения приводят в дв1-окение (во вращение или возвратно-поетупательновх перемещение) инстрлт ент н начинают увеличи- пать а.тлитуду электрических колебаний до уровня, когда а 5шп1туда радиальных упругих смещеншЧ станет равной радиальному зазору. Этот момент можно регистрировать контроль- ньм УСТРОЙСТВОМ; на котором з этом случае будет скачок изменения уровня контролируемого ультразвукового поля. Затем увеличивают амплитуду источника электрическик колебаний до уровня, необходимого дагя устранения перекоса эксцентриситета и некруглости, выключают источник электрических колебаний и контролируют остаточные напряжения в приповерхностном слое и в завист-юсти от допустимого уровня остаточных напряжений переходят к . одной из операций. При соответствии остаточных; напряжений допустимым значениям выводят инструмент из отверст.ия и контролир гТот его микрогеометрию н твердость, а при несоответствии остаточных напряжений до- пустимьм включают источник электрических колебаний и продолжают вибра- ционн- ао обработку при остановленном инструменте.

Нец1-тнндрнчность отверстия в способе будет зависеть от характера движения инструмента. Если инструмент совершает только вращение, то нецилинд- pi-гчность отверстия будет зависеть от

яецштиндричности продольного профиля Инструмента и цилиндричностн распределения ультразвукового поля вдоль Оси втулки. Нецилиндричность ультразвукового поля зависит от нестабиль- ости длины ультразвуковых колебаний доль профиля втулки, которой соот- ;етству9Т нестабильность частоты кои прототипа приведено в таблице. Характеристики предлагаемого решения даны для частоты 10 Гц, ;а;ля которой достаточно просто получить усиленную на коэффициент концентрации амплитуду упругих смещений внутренней поверхности втулки порядка 1-10 мкм. Сравнение проведем для амплитуды

Изобретение относится к технологии машиностроения, предназначено для прецизионной ; обработки цилиндрических отверстий в металлах, кристаллах, органических твердых материалах, особенно перспективно для изделий большой длины и с малыми диаметрами. Цель изобретения - повьшение точности и качества за счет з еньшения некруглости, перекоса и конусности отверстия, улучшения микрогеометрии и упрочнения поверхности отверстия, снятие остаточных напряжений в объеме втулки, повышение виброустойчивости и вибропрочности обработки, улучшение центрирования инструмента, уменьшение нелинейных искажений и акустического шума. Для этого возбуждают ультразвуковое поле во втулке на частотах акустического волнового резонанса, на которых оси симметрии поля и втулки совпадают. амплитуде упругих смев1ений, равной или большей минимального радиального зазора, концентрично деформируемая поверхность отверстия контактирует с инструментом, в результате чего происходит обработка отверстия. 1 з.п.ф-лы, 5 ил., 1 табл. (Л

ебаний во втулке. Величины нестабшть-ю радиальных упругих смещений tfg iocTH длины волны и соответствующая

и нестабильность частоты при уровне современной технологии можно сделать достаточно малой. Кварцевые резонато|Ы имеют нестабильность, меньшую

ормула изобрете

0 . При частоте колебаний 10 Гц естабильность длины волны по сечению аэонатора составите 6«10 мкм. Нестабильности частоты и длины вол- ш во втулке зависят от обрабатывае- юго материала, распределения ультра- вукового поля и нагруженной доброт- юсти. Более дешевым средством умень-- юния нецилиндричности отверстия яв- 1яется возвратно-поступательное дви- ;ение инстрз ента j которое зффектив- 1О снимает вьтуклости профиля отвер- :тия, Некруглость отверстия в спосо- ie будет за висеть от отношения коле- ательной скорости упругих смещений

скорости вращения V инструмента jji при Va V может быть, меньше5 чем екруглость HHCTpjiMeHTa. Оценку s предлагаемом спосо фе и прототипе оценивают через коэффициент &t/T,g, который является Отношением времени контактирования 111оверхностей инстрз т ента и отверстия к периоду вибраций. В прототипе контактирование образующих поверхностей инструмента и отверстия зависит от | астоты вибрации изделия и инструмен- фа в горизонтальной плоскости f(- , фериод которой равен Т(- i/f.ffUpm- значение частоты вибрации fr ijiHoro меньше значений частоты ультра- : вуковьк колебаний во втулке (), з оторая лежит вне диапазона сльпяимос-- и.

Сравнение основных характеристик Предлагаемого технического решения

15

20 вращение или постзшательное пер ние, воздействуют на втулку ул звуковым полем, отличающ с я тем, что, с целью повышени точности и качества до привед

25 инструмента в двиясение воздейст ультразвуковыми кЪлебаниями на нюю образующую поверхность втул на частотах акустического волно радиального резонанса, на котор

30 пространственное распределение во втулке содержит только первы варианты тензора упругих напряж и деформаций, а радиальный коэф ент концентрации ультразвуково согласован с диаметром отверсти устанавливают начальную амплсит радиальных смещений, меньшую р ного зазора, образованного инс ментом с поверхностью, затем.в

Q цесс© обработки при движенг ги и мента зшеличивают амплитудjr рад ных смещений, одновременно отсл выбранную частоту волнового рад ного резонанса.

35

4Ь

50

радиал

ормула изобретения

вращение или постзшательное перемещение, воздействуют на втулку ультразвуковым полем, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и качества до приведения

инструмента в двиясение воздействуют ультразвуковыми кЪлебаниями на внешнюю образующую поверхность втулки на частотах акустического волнового радиального резонанса, на которых

пространственное распределение поля во втулке содержит только первые варианты тензора упругих напряжений и деформаций, а радиальный коэффициент концентрации ультразвукового поля согласован с диаметром отверстия, устанавливают начальную амплситуду радиальных смещений, меньшую радиального зазора, образованного инстру- - ментом с поверхностью, затем.в процесс© обработки при движенг ги инструмента зшеличивают амплитудjr радиальных смещений, одновременно отслеживая выбранную частоту волнового радиального резонанса.

4Ь

50

Гц

f,- fit

т, т

10

10

г 5

г(р,) 510-8 м

Равно радиальному зазору Лг

0.5

1,0 1.5

0,10- 0,04

0,16- 0,08

2,5 30т70

Не по- -Не вышает умень- твер- шает дость остаточныенапряжения

дг 5- - 10 мкм

Фиг. 1

I fat

Фаг. 2

rs)

Хя/

Ф

. ч- щ- f-g &

Фи§, 3

и

.SI

At

Ж-Гг.

Гг

Фаз, 4

.