Способ комбинированной абразивной обработки

 

Изобретение предназначено для обработки материалов резанием на машиностроительных предприятиях для эффективной комбинированной абразивной обработки заготовок из различных металлов, предрасположенных к дефектообразованию. Черновое и тонкое шлифование осуществляют одновременно несколькими (не менее трех) кругами, установленными под углом α к плоскости, перпендикулярной общей оси вращения кругов. Крайние круги не получают принудительного вращения в отличие от среднего (средних), а их рабочие режущие слои совершают колебательные осциллирующие движения вдоль общей оси с амплитудой А, зависящей от наружного диаметра D кругов и угла α. На обработанной поверхности образуются царапины в осевом направлении, перпендикулярные царапинам от среднего круга (средних кругов). Частота осциллирующих колебаний крайних кругов равна частоте вращения заготовки. Кроме того, крайние круги выполнены гибкими, мелкозернистыми, а их вращение обеспечивается за счет сил трения. Изобретение позволяет повысить стойкость режущего инструмента, производительность и качество обработки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке материалов абразивным инструментом, и может быть использовано на машиностроительных и других предприятиях, где необходима эффективная чистовая, отделочная обработка заготовок из различных металлов, предрасположенных к дефектообразованию.

Известен способ шлифования многоступенчатых заготовок, при котором производят одновременное шлифование всех ступеней заготовок шлифовальными кругами разного диаметра, установленными под разными углами к плоскости, перпендикулярной общей оси вращения кругов, причем размеры кругов выбирают из условия постоянства отношения площади рабочей поверхности каждого круга к площади, обрабатываемой поверхности соответствующей ступени, а угол α наклона каждого круга выбирают как арктангенс частного, где числитель - разность ширины ступени и ширины соответствующего круга, а знаменатель - диаметр соответствующего круга [1].

Недостатками известного способа являются малая эффективность обработки при снятии больших неравномерных припусков, резкое снижение производительности при повышении требований к шероховатости поверхности и невозможность совмещения черновой, чистовой и отделочной абразивных обработок.

Наиболее близким по достигаемому эффекту и технической сущности к заявляемому является способ шлифования сборным шлифовальным кругом, выполненным в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклоненных к плоскости вращения абразивных дисков [2].

Недостатками известного способа являются ограниченность процесса шлифования и сложность совмещения черновой и чистовой абразивных обработок, что снижает производительность и требует дополнительных затрат средств и времени для достижения необходимого качества.

Предлагаемое техническое решение решает задачу совмещения черновой, чистовой и отделочной абразивных обработок, повышение качества и производительности шлифования материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин.

Это достигается предлагаемым способом комбинированной абразивной обработки, при котором производят черновое и тонкое шлифование одновременно несколькими (не менее трех) кругами, установленными под углом α к плоскости, перпендикулярной общей оси вращения кругов, причем крайние круги не получают принудительного вращения в отличие от среднего (средних), а их рабочие режущие слои совершают колебательные осциллирующие движения вдоль общей оси с амплитудой A, зависящей от наружного диаметра кругов D, угла α и определяемой из соотношения A=D·tg α, в результате которых на обработанной поверхности абразивными зернами образуются царапины в осевом направлении, перпендикулярные царапинам от среднего круга (средних кругов), причем частота осциллирующих колебаний равна частоте вращения заготовки.

Кроме того, крайние круги выполнены гибкими, мелкозернистыми, а их вращение связано с частотой вращения заготовки и обеспечивается за счет сил трения.

На фиг. 1 схематично изображен инструмент для осуществления предлагаемого способа комбинированной абразивной обработки; на фиг. 2 - развертка следа инструмента на обрабатываемой поверхности при его повороте на один оборот.

Согласно предлагаемому способу в процессе обработки за пол-оборота шпинделя 1 (фиг. 1), а следовательно, и среднего круга 2, т.к. последний жестко закреплен под углом α на шпинделе 1, зона резания переместится в осевом направлении на величину A, за вторые пол-оборота она вернется в исходное положение. Благодаря такому аксиальному смещению рабочего режущего слоя среднего круга 2 в поперечном сечении наблюдается прерывистое шлифование, которое сопровождается снижением температуры резания по сравнению с традиционным шлифованием. Не наблюдаются прижоги и микротрещины.

Крайние круги 3 и 4 закреплены на шпинделе на подшипниках качения 5 под углом α к плоскости, перпендикулярной общей оси вращения кругов, что и средний 2. Эти круги 3, 4 при контакте с обрабатываемой заготовкой 6 начнут сонаправленно вращаться с частотой вращения заготовки V_з. Кроме того, рабочие режущие слои крайних кругов 3, 4 будут совершать колебательные осциллирующие движения вдоль общей оси с амплитудой A=D·tg α, где D - наружный диаметр кругов 3, 4. Частота осциллирующих колебаний будет задаваться частотой вращения заготовки V_з.

Вращение крайних кругов 3, 4 будет осуществляться за счет сил трения между последними и заготовкой 6.

Средний шлифовальный круг 2 при своей работе оставляет риски-царапины в поперечном направлении (фиг. 2). Крайние же круги 3, 4 (фиг. 1), не вращаясь относительно заготовки 6, будут оставлять риски-царапины в продольном направлении (фиг. 2).

Абразивосодержащие крайние 3, 4 (фиг. 1) и средний 2 круги будут снимать различные припуски, поэтому для благоприятных условий эксплуатации инструмента необходимо, чтобы круги имели различную зернистость, которую можно рассчитать по известным методикам. Крайние круги 3, 4 снимают меньший припуск в продольном направлении, следовательно, и зернистость его должна быть меньше.

Предлагаемым способом достигается шероховатость поверхности, соизмеримая с операцией суперфиниширования, где Ra-0,32 - 0,16 мкм, причем за время, в 2 раза меньшее, чем при обычном шлифовании.

Пример. На внутришлифовальном станке мод. 3К228В шлифовали отверстие диаметром D_з= 200 H7(^+0,046) мм и длиной l=200 мм. Параметр шероховатости обрабатываемой поверхности Ra=0,32 мкм. Припуск на сторону h=0,2 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердость HRC_з 45. Средний шлифовальный круг (средние шлифовальные круги), рекомендуемый для этой стали, - 24А25ПС25К8А тип ПП размерами 150х20х32 по ГОСТ 2424-83. Крайние круги для тонкого шлифования были изготовлены на резиновой связке по ГОСТ 7338-80. Полная характеристика этих кругов - Т24АМ63ВМ4РА 35 м/с размерами 150х51х16, где 24 - электрокорунд белый; М63 - зернистость - микропорошок по ГОСТ 3447-80; В - индекс зернистости по ГОСТ 3647-80; М - мягкая резиновая связка по ГОСТ 7338-80; А - класс круга. Обработка проводилась при следующих режимах резания. Частоту вращения среднего круга (средних кругов) принимали n_к=4500 мин^-1; частоту вращения заготовки принимали n_з=200 мин^-1. Продольная подача - S_м= 5390 мм/мин. Поперечная подача - S_tдв.х=0,006 мм/дв.ход. Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработка осуществлялась за 25 проходов. Угол наклона кругов α = 10^o. Амплитуда при этом составляла A=26,4 мм. Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени T_о=2,5 мин. Применение данного способа в 2 раза повысило производительность обработки, так как сократилось количество проходов и вместо двух операций применялась одна.

Формула изобретения

1. Способ комбинированной абразивной обработки, при котором по меньшей мере три круга устанавливают на шпинделе под углом α к плоскости, перпендикулярной общей оси вращения кругов, отличающийся тем, что одновременно осуществляют черновое и тонкое шлифование, для чего по меньшей мере один средний круг жестко закрепляют на шпинделе, а крайние круги устанавливают посредством подшипников из условия вращения с частотой вращения заготовки за счет сил трения и осцилляции рабочего режущего слоя кругов вдоль общей оси с амплитудой, определяемой по формуле A = D·tgα, где D - диаметр кругов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве крайних кругов используют гибкие мелкозернистые круги.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2