Притир

 

Изобретение относится к технологии абразивной обработки и может быть использовано преимущественно на операциях доводки, а также шлифования и полирования плоских, плоскопараллельных, цилиндрических и сферических поверхностей. Для повышения производительности доводки, стойкости инструмента и упрощения его изготовления на рабочей поверхности инструмента выполняют канавки профилем в виде кругового сегмента глубиной δ = (0,3 - 1,8)d_a, шириной a = (20 - 200)d_а, где d_а - зернистость применяемого абразива. Площадь канавок составляет 5 - 15% от рабочей поверхности притира. 6 ил.

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к абразивной обработке, и может быть использовано преимущественно на операциях доводки, а также шлифования и полирования плоских, плоскопараллельных, цилиндрических и сферических поверхностей.

Известны притиры, на рабочей поверхности которых выполняют текстуру в виде пересекающихся канавок и активных участков. Канавки прорезаются прямоугольного сечения в виде взаимно пересекающихся под разными углами прямых (патент США 2655769 от 20.10.53, кл. 51-119, заявка Японии 5-51427, кл. B 24 B 37/00, ИСМ 1995); спиралей (авт.св. СССР 249717, кл. B 24 B 37/04; патент США 5131190, кл. B 24 B 7/22, B 24 D 7/10, ИСМ 1994, заявка Японии 3-75306, кл. B 24 B 37/04, ИСМ 1993); сферических впадин (патенты США 4821461, кл. B 24 D 17/00, ИСМ 1990, 5133782, кл. B 24 B 37/00, ИСМ 1994).

Недостатки притиров по вышеперечисленным изобретениям следующие.

1. Недостаточная производительность процесса доводки.

2. Недостаточная износостойкость притира, т.к. канавки, выемки занимают до 65% рабочей поверхности притира и, как следствие, быстрая потеря ее формы, следовательно, и точности процесса доводки.

3. Большой расход абразива вследствие его уноса в канавки.

4. Канавки, как правило, выполняются стационарными и привязаны к размерам и форме доводимой поверхности и кинематическим режимам доводки. При смене деталей необходим другой инструмент.

Известны притиры, описанные в способах обработки свободным абразивом с порами, соизмеримыми с размерами абразива (патент США 5329734, кл. B 24 B 7/22, ИСМ 1995, заявка Японии 5-51426, кл. B 24 B 37/00, ИСМ 1995).

Недостатком этих притиров является быстрое засаливание пор шламом и абразивом, а также сложность доводки (вакуумный отсос) и ограниченное применение - полирование.

Из известных наиболее близким предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является притир, описанный в изобретении по авт.св. 1049238, кл. B 24 B 37/00, 1983, Б.И. N 39 (прототип).

На рабочей поверхности этого притира канавки выполнены в виде смещенных относительно друг друга синусоид, оси симметрии которых располагают по архимедовой спирали. Пересечение синусоид на рабочей поверхности создает активные площадки, которые со всех сторон ограничены микроканавками.

Недостатками данного притира являются: 1. Сложность выполнения канавок, вызванная необходимостью применения специальной оснастки и инструмента синусоидального профиля.

2. Недостаточная производительность и износостойкость притира, так как канавки занимают до 30% рабочей поверхности, выполняются глубокими (более 2-х диаметров абразива), с крутыми синусоидальными стенками.

Технический эффект изобретения - повышение производительности, стойкости инструмента и упрощение его изготовления.

Технический эффект достигается тем, что в притире для доводки, на рабочей поверхности которого выполнены активные площадки, ограниченные со всех сторон канавками, согласно изобретению канавки выполнены профилем в виде кругового сегмента глубиной, равной (0,3 ^oC 1,8)d_а, шириной (20 - 200)d_а, причем площадь канавок составляет 5 - 15% от рабочей поверхности притира, где d_а - зернистость (условный диаметр) применяемого абразивного материала.

На фиг. 1 изображена рабочая поверхность притира 1 с канавками 2, которые, пересекаясь, образуют активные площадки 3. Поперечное сечение канавок представляет собой круговой сегмент (см. фиг. 2) глубиной δ (0,3 ^oC 1,8)d_а и шириной a = (20^oC200)d_а.

Такое сечение канавок выбрано, кроме того, из условий технологичности выполнения канавки.

На фиг. 3 и 4 приведена схема работы единичного зерна в системе деталь - абразивная прослойка - притир, при наличии на притире канавки, выполненной согласно изобретению.

На фиг. 3 дано поперечное сечение канавки и системы деталь - абразивная прослойка - притир.

На фиг. 4 изображена канавка с абразивным зерном на виде сверху без детали.

Где: 1 - притир, 2 - канавка, 3 - активная площадь, 4 - рабочий зазор между деталь и притиром, 5 - абразивное зерно, 6 - деталь, 7 - микростружка, снимаемая абразивным зерном с детали, 8 - микроканавка, образованная на детали вследствие снятия микростружки 7, 9 - микростружка, снимаемая абразивным зерном с притира, 10 - микроканавка, образованная на притире вследствие снятия микростружки 9, 1, II, III, IV- фазы движения абразивного зерна, направления относительного движения абразива, детали и притира соответственно, P_д - технологическая нагрузка на деталь.

В рабочем зазоре 4 находится абразивное зерно 5. На доводимую деталь 6 действует технологическая нагрузка P_д.

На фиг. 5 и 6 приведена одна из схем выполнения на притире методом поверхностно-пластического деформирования канавок непосредственно на плоскодоводочном станке с кривошипным механизмом доводки.

Данная схема легко преобразовывается для процесса выполнения канавок одновременно на верхнем и нижнем притирах для двусторонней плоскопараллельной доводки, для доводки цилиндрических и сферических поверхностей, где: 1 - притир, 2 - канавка, 3 - активная площадка, 11 - поводок, 12 - шар, 13 - штанга, 14 - шкала на штанге, 15 - перпендикулярный штрих, 16 - параллельный штрих, В-В - вертикальная ось вращения штанги, Г-Г - горизонтальная ось вращения штанги, n_пр - вращение притира, P_ш - технологическая нагрузка на шар.

На фиг. 5 схематично изображено устройство для выполнения канавок, на фиг. 6 приведена технологическая схема выполнения канавок.

Поводок 11 с шаром 12 имеет возможность перемещаться по штанге 13, оснащенной шкалой 14 на длину перпендикулярного штриха 15. Штанга 13 имеет параллельный штрих 16, качательные движения в плоскости притира вокруг вертикальной оси В-В и вращение вокруг горизонтальной оси Г-Г для осуществления рабочего нагружения.

Притир работает следующим образом.

В положении 1 (см. фиг. 2, 3 и 4) зерно 5 крупной фракции находится на активной площадке 3 инструмента 1. Оно под действием технологической нагрузки P_д находится в защемленном состоянии и внедряется в поверхности инструмента 1 и детали 6.

При движении притира и детали абразивное зерно 5 также перемещается относительно инструмента и детали 6 в поле их скоростей. В результате этого движения зерно царапает как притир, так и деталь, снимая микростружку 7 с детали, проделав микроканавку 8 и микростружку 9 с притира, проделав микроканавку 10 на притире. Другие зерна, более мелкой фракции, не осуществляют микрорезания, их воздействие заключается в пластическом и упругом оттеснении материалов детали и притира.

При дальнейшем движении (фаза II) из-за наличия канавки зерно постепенно выходит из силового воздействия и вместе с продуктами износа переносится на дно канавки 2.

В положении III зерно на некоторое время освобождается от динамических нагрузок и не участвует в работе.

По мере износа активных площадок на притире зерно постепенно входит в контакт с деталью и притиром. Вначале этот контакт имеет фрикционный характер, затем последовательно осуществляется упругое, пластическое оттеснение материала детали и притира и, наконец, как изображено в положении IV на границе канавки 2 и активной площадки 3 зерно защемляется, внедряется в деталь и притир, и при их относительном движении проделывает микроканавку на детали и притире, пока оно не раздробится или не скатится в очередную канавку.

Как следует из описания механизма работы зерна в системе деталь - абразивная прослойка - притир при наличии канавки обеспечение условий микрорезания, как наиболее производительного процесса, зависит от соотношения размеров абразива, канавки и площади активных участков.

При глубокой канавке (более 3d_а), см. фиг. 3, фаза III, скатившееся на дно зерно "отдыхает" (не вступает во взаимодействие), пока высота канавки не составит минимум две зернистости применяемого абразива (крупная фракция). Если же канавка имеет "крутые стенки", положим синусоидальную прямоугольную или V-образную форму поперечного сечения, то зеро из этой канавки может "выкатиться" на активную площадку и участвовать в микрорезании только тогда, когда будут условия для его защемления и выноса на активную площадку, т.е. при глубине канавки не более 0,5d_а.

Исходя из этого нами назначены пределы глубины канавок δ = (0,3 ^oC 1,8)d_а. Нижний предел ширины канавок установлен из условия обеспечения самозатягивания зерна в рабочий зазор. Этим условием является угол подъема боковой стенки канавки (наклон) и устанавливается отношением глубины канавки δ к половине ее ширины, 1/2а. Экспериментально установлено, что максимальное значение отношения лежит в пределах 0,05 ^oC 0,1, что соответствует минимальной ширине канавки, равной (40 ^oC 20)d_а. Минимальное значение ширины канавок установлено из технологических соображений возможности ее выполнения и принято равным 200d_а.

Если площадь активных участков притира занимает менее 85% его рабочей поверхности (соответственно канавки занимают более 15%), то из-за ускоренного износа притир быстро теряет форму, вследствие этого ухудшается точность доведенной поверхности и отпадает целесообразность повышения производительности процесса доводки, так как возникает необходимость частой правки притира, что может занимать более 60% от общего времени доводки.

При площади канавок, равной 5% от рабочей поверхности притира, производительность процесса по сравнению с доводкой на гладких притирах возрастает на 40 - 45%, при площади канавок, равной 10 - 15%, производительность повышается на 150 - 200%. Если канавки занимают 20-25%, производительность доводки возрастает на 160 - 220%.

Процесс выполнения канавок предложенной геометрии практически аналогичен процессу доводки.

В поводок 11 (см. фиг. 5 и 6), вместо планшайбы с деталями, устанавливают шар 12 и от механизма давления станка прижимают к поверхности притира технологической нагрузки P_ш.

Радиус шара r_ш выбирают по геометрическим соображениям, исходя из зернистости применяемого абразива, глубины и ширины канавки, которые должны соответствовать формуле изобретения (см. фиг. 2).

Требуемую технологическую нагрузку P_ш рассчитывают, исходя из глубины канавки и диаметра шара по преобразованной формуле Герца для случая сближения шара с рабочей поверхностью инструмента. При неподвижном притире приводят в качательное движение штангу 13 с поводком 11 и шаром 12. Нагруженный технологической нагрузкой P_м шар внедряется в рабочую поверхность притира и прочерчивает на ней канавку с поперечным сечением в виде кругового сегмента требуемого размера. Передвинув поводок 11 с шаром 12 влево на шаг по шкале 14, последовательно выполняют следующую канавку и т.д., пока полностью не заполнится параллельными между собой канавками одного направления рабочая поверхность притира. Затем притир поворачивают на 90^o или на любой другой угол и выполняют следующую серию канавок.

Пересечение канавок двух направлений создает на рабочей поверхности активные площадки 3 (см. фиг. 1, 6), которые со всех сторон ограничены канавками.

Шаг между канавками рассчитывают, исходя из установленной их площади, в пределах 5 ^oC 15% от поверхности притира.

Восстановление канавок осуществляют по мере необходимости.

Формула изобретения

Притир для доводки, на рабочей поверхности которого выполнены активные площадки, ограниченные со всех сторон канавками, отличающийся тем, что канавки выполняют поперечным сечением в виде кругового сегмента глубиной, равной (0,3 - 1,8) d_а, шириной, равной (20 - 200) d_а, причем площадь канавок составляет от 5 до 15% рабочей поверхности притира, где d_а - зернистость применяемого абразивного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6