Способ чистовой обработки детали

 

Изобретение относится к чистовой обработке деталей, в частности к способу безабраэивной обработки поверхностей деталей из конструкционных сталей и легких сплавов, в том числе тонкостенных, за счет использования энергии УЗК. Целью изобретения является повышение производительности при обработке конструкционных сталей и легких сплавов за один проход от исходной шероховатости RZ Ј 40 мкм до требуемых параметров поверхности детали Ra S 0,16 мкм. Способ чистовой обработки деталей заключается в использовании энергии УЗК рабочего инструмента, который прижимают статическим давлением к полируемой поверхности детали, деталь вращают , а инструменту задают осевую подачу. Обработку деталей из конструкционных сталей и легких сплавов производят за один проход, причем значение углов установки инструмента выбирают для конструкционных сталей / 15-25° и у 65-75°, для легких сплавов ft - 20-35 и у - 55-70°, а инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебания, при этом тангенциальную и осевую составляющие амплитуды ультразвуковых колебаний назначают в пределах 2-5 мкм, а радиальную составляющую амплитуды, результирующую амплитуду, а также подачу и скорость вращения детали определяют по математическим зависимостям. 2 ил. (/) С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 24 В 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ O е. (Л

С 4

О

Од (21) 4787022/27 (22) 27.11.89 (46) 07,01.92. Бюл, Q 1 (72) Л.И.Карпов, Ю,М.Сас, С,В.Семенов, В,P.Øåâ÷åíêî, В.М.Чергештов и А,Г,Козин (53) 621,923.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1242341, кл. В 24 В 39/04, 1984. (54) СПОСОБ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ (57) Изобретение относится к чистовой обработке деталей, в частности к способу беэабраэивной обработки поверхностей деталей из конструкционных сталей и легких сплавов, в том числе тонкостенных, за счет использования энергии УЗК. Целью изобретения является повышение производительности при обработке конструкционных сталей и легких сплавов эа один проход от исходной шероховатости Н, а 540 мкм до требуемых параметров поверхности детали

Изобретение относится к чистовой обработке деталей, в частнос1и к способам безабразивной обработки поверхностей деталей из конструкционных сталей и легких сплавов, в том числе тонкостенных. за счет использования энергии УЗК.

Известны способы беэабразивного полирования с помощью энергии УЗК (авт, св.

N. 1242341, кл. В 24 В 39/04; % 1243931, кл.

В 24 В 7/04,,29/00; М 207073, кл. В 24 В

39/04; М 1426764, кл. В 24 В 39/00).

Из приведенных авт. св, наиболее близким способом (прототипом) к предлагаемому является изобретение по авт, св. М

1242341. По этому способу ось инструмента со сферической рабочей частью наклоняют

„, SU, 1703417 А1 йв 5 0.16 мкм. Способ чистовой обработки деталей заключается в использовании энергии УЗК рабочего инструмента. который прижимают статическим давлением к полируемой поверхности детали, деталь вращают, а инструменту задают осевую подачу, Обработку деталей из конструкционных сталей и легких сплавов производят за один проход, причем значение углов установки инструмента выбирают для конструкционных сталей P-15 — 25 и -65-75,для легких сплавов P - 20-35 и y - 55-70 . а инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебания, при этом тангенциальную и осевую составляющие амплитуды ультразвуковых колебаний назначают в пределах 2-5 мкм. а радиальную составляющую амплитуды, результирующую амплитуду, а также подачу и скорость вращения детали определяют по математическим зависимостям. 2 ил. относительно нормали к поверхности детали в точке контакта с инструментом под углами Р и уи прижимают с усилием к детали. которую вращают. Эта общая установка и определяет сходство прототипа с предлагаемым техническим решением.

Недостатками прототипа является отсутствие расчета выбора оптимальных параметров углов фи у, подачи инструмента

Яо(в(((и линейной скорости заготовки Чмвв позволяющие за один проход значительно изменить исходную шероховатость Rz до требуемых параметров R>.

К аналогу следует отнести изобретение по авт. св. М 1243931, llo этому способу инструмент прижимают к полируемой по1703417

Для достижения поставленной цели обработку конструкционных сталей и легких сплавов производят за один проход от исходной Я 5 40 мкм до требуемых параметров шероховатости поверхности детали

R 0,16 мкм, значения углов установки выбирают для конструкционных сталей ф=

=15-25 и у = 65-75О, для легких сплавов P<0 — 35 и у=55-70О, а инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебания (УЗК), при этом танген циональную и осевую составляющие амплитуды У3К назначают в пределах 2-5 мкм, радиальную составляющую амплитуды находят иэ соотношений

55 верхности с усилием 0,05-0,8 от предела текучести материала обрабатываемого изделия с осевыми колебаниями в пределах

0,2 ... 5,0 мкм, а скорость относительного продольного перемещения инструмента и 5 заготовки составляет 0,01 ... 0,8 м/с, Недостатками аналога является воэможность полирования только плоских поверхностей, что ограничивает номенклатуру обрабатываемых заготовок. Способ имеет 10 источник постоянной силы для создания пластически деформированного состояния поверхностного слоя, которая в зависимости от материала и режима полирования может изменяться от 0,05 до 0,8 от предела 15 текучести.

При данном способе параметры настройки g, 5 (мкм/об), Ч(м/с) колебательной системы находятся экспериментально и поэтому требуются предварительные иссле- 20 дования по каждому материалу и по каждому режиму полирования.

Эти же недостатки относятся и к способу полирования по авт. св. М 207073. По этому способу обрабатывающая поверх- 25 ность прижата к обрабатываемой с удельным давлением, равным пределу текучести полируемого материала. Это требует больших усилий, а следовательно, и энергозатрат. В целом способ требует металлоемкой 30 установки, малопроиэводителен, пригоден для деталей с достаточно большей жесткостью.

Оба способа имеют низкую производительность, поскольку не обеспечивают пол- 35 ирование за один проход, число которых будет существенно зависеть от соотноше .ЗЗГ *ПОЛ

Целью изобретения является повышение производительности при обработке 40 конструкционных сталей и легких сплавов за

9дин проход от исходной шероховатости R,i=

« 40 мкм до требуемых параметров поверхности детали Ra < 0,16 мкм.

sin cos х,z

cos y+ sin y sin /

@мин 0 5 Rz33f + 2дфт,! а результирующую амплитуду находят по выражению (=Я.z+55 причем подачу Яо„,„, и скорость вращения детали Чебак определяют из соотношения

Яамакс = К1 д — — dg 10 (мкм/o6) j

Н 4дет 1Г гзвг

Чмакс = 0.026 So qqq (м/с), где (х, (у, gz — соответствующие равнодействующей амплитуды по координатным осям;

R ä„- высотный параметр шероховатости поверхности детали после обработки;

R<, — исходная шероховатость заготовки:

d< — диаметр инструмента, мм;

К1 — коэффициент уточнения, K1 - 1,25, На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 — схема образования шероховатости.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Полируемая деталь 1 (фиг. 1) устанавливается в патроне шпинделя или в центре станка и имеет вращательное движение с частотой п. Рабочий инструмент 2, присоединенный к торцевой части концентратора

3 колебательной системы 4, установлен на токарном станке.

С помощью специального приспособления продольную ось колебательной системы (фиг. 1) устанавливают под углами Р и у соответственно к координатным осям ОХ в плоскости XOY (угол a), OY в плоскости XOY (угол P), при этом а + P 90О, и 02 в плоскости ZOR, перпендикулярной в XOY (угол у)

В результате амплитуда УЗК рабочего инструмента, возбуждаемая колебательной системой в направлении ее продольной оси> будет раскладываться на составляющие гх, ч Мд., определяемые из сооношений

1703417 (х,ч =Я+(3, g =(з!пу cosP;

gx =(з1п ) sing;

Ц = сову;

Rz»r

Ьмин + Я2зег

10 к 0 и

1ÎÎÎ 60 ™1С1

3 —; " (/с) 10 60

35 х 2 cos y+stn у sln2p

В предлагаемой схеме беэабразивного полирования обязательной является радиальная составляющая gv, определяющая глубину пластически деформируемого поверхностного слоя, а также тангенциальная составляющая gz или осевая (x, или их равнодействующая gx.z, осуществляющие раэглаживание поверхностного слоя для заполнения впадин микропрофиля шероховатости эа счет его выступов.

Экспериментально установлены значения углов д И у: для конструкционных сталей

Дпт - 15„.25; ) опт - 65...75 ; для легких сплавов

goïò - 20."35: } опт = 55„,70О.

Статическое давление в рассматриваемой схеме имеет задачу обеспечить контакт в процессе полирования рабочего инструмента с полируемой поверхностью и составляет всего 5-10 кг.

Основной технологической задачей рассматриваемого способа безабразивного полирования является достижение полируемой поверхностью параметра шероховатости RI 0,16 мкм эа один проход при исходной шероховатости поверхности от

Я „,х - 2 мкм до Rz - 40 мкм.

Решение этой главной технологической задачи зависит от таких факторов, как величины составляющих амплитуд (у, (х. gz, (х,z. а также от параметров режимов полирования подачи Я(мм/об), Ч(м/с).

Что касается амплитуд (х и@ или их равнодействующей (x,z, то они являются разглаживающими профиль шероховатости полируемой поверхности, и главное требование, которое может быть предъявлено к их величинам, состоит в том, чтобы не äonóскать иэносовых процессов. Это условие определяет малые величины указанных амплитуд, составляющих по результатам проведенных исследований от 2 до 6 мкм.

Установлено, что оптимальная величина Я,(4) профиля шероховатости полируемой поверхности при всех прочих равных условиях достигается при условии, что исходный профиль шероховатости поверхности заготовки будет разглаживаться до средней. линии профиля (фиг.2, здесь кривая

5 — про(риль шероховатости заготовки, кри5 вая 6 — профиль шероховатости после полировки). На этом основании определено минимальное значение составляющей (v«

В данном способе чистовой обработки главное движение, непосредственно осуществляющее процесс полирования, соверша15 ет инструмент-шарик под воздействием

УЗК. Скорость этого главного движения определяется выражением

V =2л f 10 (м/с) и находится в диапазоне 1-4 м/с, где f — частота колебаний УЗК, Гц; — результирующая амплитуда, мкм.

Движение подачи складывается из круговой подачи Чкр, обеспечиваемое вращением обрабатываемой детали с частотой п(об/мин) и осевой (продольной) подачи прод.

30 где 0 — диаметр обрабатываемой детали, мм;

S0 — подача, мкм/об.

40 Высотный параметр шероховатости обработанной поверхности Ra a (Rz e, ) а осевом направлении будет определяться величиной подачи Зп, диаметром отпечатка бо и глубиной лунки h, образованных рабочим

45 инструментом в процессе обработки, а также параметром шероховатости обрабатываемой заготовки Rz»,.

Для расчета Яо„,„,, обеспечивающей решение главной технологической задачи, 50 рекомендуется соотношение

$0 „, = Ki д" ii, 10 г(мкмlоб)

%»г

55 где би — диаметр инструмента-шарика, мм;

K> — коэффициент, учитывающий упрощения при выводе уравнения, Ki = 1,25.

Для обеспечения одинакового значения

Я де, в осевом направлении и в направле1703417 нии образуемого винтовой канавкой принято равенство

$омкк мкм/Об Sp MKM/äs ход, 5 где So — путь, проходимый в направлении винтовой канавки за один двойной ход инструментом, совершающим УЗК, 10

So =- 10 мкм/дв.ход . ,«ч в

Принимая f - -20 кГц и внося необходимые поправки, получим уравнения для расчета параметров круговой подачи

15 пмакс - 4,6 — 10 об/мин

Чмвкс 0,026 Яомакс м/с.

Для ориентирования в таблице даны расчетные величины $рмкк, ьмакс Чмвкс для различных Rz и йк„,„при полировании за один проход поверхности 0-70 мм рабочим 25 инструментом d> - 12 мм.

Формула изобретения

Способ чистовой обработки детали, при котором инструменту собщают продольную g0 подачу, а его ось устанавливают под углами ф И р к нормали соответственно в плоскости, проходящей через ось вращения детали и точку контакта поверхности детали с инструментом, и в плоскости, проходящей crepes g5 указанную точку, перпендикулярно оси вращения детали, и инструмент с усилием прижимают к детали, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности при обработке конструкционных сталей и легких сплавов за один проход от исходной шероховатости Н 5 40 мкм до требуемых параметров поверхности детали

R, 5 0,16 мкм, значения углов установки выбирают для конструкционных сталей P = 1525 и y - 65-75О, для легких сплавов Р.20-35 и у- 55-70, а инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебания, при этом тангенциальную составляющую амплитуды ультразвуковых колебаний назначают в пределах 2 — 5 мкм, радиальную составляющую находят иэ соотношения

cos g+ sin 2у sin P а результирующую амплитуду находят из выражения ,z+ причем подачу S и скорость вращения детали У отпределяют из соотношений

Riçäi

Умакс 0,024 $оццц<с. где фх, g @ — составляющие равнодействующей амплитуды по координатным осям;

Якд„ вЂ” шероховатость поверхности детали после обработки;

Я ... — исходная шероховатость заготовки; би — диаметр инструмента, мм.

1703417

P $gg

Составитель Л.Карпов

Техред М,Моргентал Корректор Н,Король

Редактор Т.Зубкова

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. ул.Гагарина. 101

Заказ 27 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5