Способ комбинированного шлифования инструментом с аксиально- смещенным режущим слоем

 

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при глубинном периферийном финишном шлифовании материалов, предрасположенных к дефектообразованию, с регулированием теплового потока, направленного в деталь. Для осуществления способа используют сборный абразивный круг, содержащий центральный диск с периферийным аксиально-смещенным абразивным слоем для чернового шлифования и рабочие органы с периферийным абразивным слоем для чистового шлифования. Рабочие органы выполнены кольцеобразными с переменным по ширине сечением, пружинными с Г-образными концами и имеют возможность радиального перемещения посредством эластичных баллонов. Такая конструкция позволяет производить переход с чернового на чистовой режимы обработки на ходу, что повышает производительность обработки, а наличие осцилляции в средней части зоны резания снижает теплонапряженность шлифования и улучшает качество процесса. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологии машиностроения, к обработке металлов резанием, может быть использовано при глубинном периферийном шлифовании материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь.

Известен способ комбинированной финишной обработки, при котором заготовке и инструменту сообщают вращательные движения, а инструмент перемещают вдоль образующей обрабатываемой заготовки, при этом инструмент выполнен в виде устройства для комбинированного шлифования, включающего сборный абразивный круг, выполненный в виде жестко закрепленных на корпусе элементов с крупнозернистым абразивным слоем и элементов с мелкозернистым абразивным слоем, связанных с механизмом их радиального перемещения [1].

Недостатками известного способа являются ударные воздействия абразивных элементов на обрабатываемую поверхность заготовки, которые не обеспечивают плавности процесса, уменьшают виброустойчивость, обусловленную наличием впадин, снижают прочность инструмента, качество и производительность обработки.

Известен способ комбинированной финишной обработки, при котором заготовке и устройству для комбинированного шлифования сообщают вращательные движения, а устройство перемещают вдоль образующей обрабатываемой заготовки, при этом устройство для комбинированного шлифования включает в себе сборный абразивный круг, выполненный в виде жестко закрепленных на корпусе элементов с крупнозернистым абразивным слоем и элементов с мелкозернистым абразивным слоем, связанных с механизмом их радиального перемещения, последний установлен между корпусом и абразивонесущими элементами и выполнен в виде эластичного баллона с источником регулируемого давления, при этом устройство снабжено упругими прокладками, расположенными между баллоном и элементами с крупнозернистым абразивным слоем [2].

Недостатками известного способа являются ударные воздействия прерывистых абразивных элементов на обрабатываемую поверхность заготовки, которые не обеспечивают плавности процесса, уменьшают виброустойчивость, обусловленную наличием впадин, снижают прочность инструмента, качество и производительность обработки.

Задачей изобретения является повышение качества и производительности абразивной обработки за счет периодического, последовательного воздействия на обрабатываемую поверхность центральной части инструмента с абразивным аксиально-смещенным режущим слоем, работающей в режиме осциллирующего шлифования, а затем воздействием кольцеобразных переменной ширины сечения рабочих абразивных органов, при этом сохранив достоинства непрерывного процесса и преимущества прерывистого шлифования.

Поставленная задача решается предлагаемым способом комбинированного шлифования инструментом с аксиально-смещенным режущим слоем, включающим вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки сборного шлифовального круга, выполненного в виде центрального диска с абразивным слоем и кольцеобразных рабочих органов с абразивным слоем, установленных на ступице диска с возможностью радиального перемещения, причем черновое шлифование осуществляют центральным диском с нанесенным на периферию аксиально-смещенным режущим абразивным слоем, а чистовое шлифование осуществляют кольцеобразными с переменным по ширине сечением рабочими органами с периферийным абразивным слоем путем их радиального перемещения. При этом радиальное перемещение рабочих органов, расположенных с торцов центрального диска, осуществляется эластичными баллонами с источником регулируемого давления, установленными с торцов внутри кольцеобразных рабочих органов между торцовыми крышками и распорными коническими кольцами. Кроме того, кольцеобразные с переменным по ширине сечением рабочие органы выполнены пружинными, внутренняя поверхность которых коническая и сопрягается с наружной поверхностью распорных колец, при этом концы рабочих органов выполнены Г-образными и образуют замок с пружиной сжатия, стремящейся уменьшить в диаметре кольцеобразные рабочие органы.

При этом переход с режима чистового шлифования на режим черновой обработки осуществляется уменьшением давления в эластичных баллонах, перемещением распорных конических колец от центрального диска под действием пружин сжатия и уменьшения в диаметре кольцеобразных рабочих органов за счет действия пружин сжатия, расположенных в замке.

На фиг. 1 показан сборный шлифовальный круг для осуществления предлагаемого способа, работающий в режиме чернового шлифования, частичный продольный разрез; на фиг.2 - развертка следов абразивных частей круга на обрабатываемой поверхности заготовки, работающего в режиме чернового шлифования; на фиг. 3 - сборный шлифовальный круг для осуществления предлагаемого способа, работающий в режиме чистового шлифования, частичный продольный разрез; на фиг.4 - развертка следов абразивных частей круга на обрабатываемой поверхности заготовки, работающего в режиме чистового шлифования; на фиг.5 - развертка следов абразивных частей круга на обрабатываемой поверхности заготовки, работающего в режиме возможного варианта чернового шлифования; на фиг.6 - вид по А на фиг.3.

Предлагаемый способ комбинированного шлифования осуществляется инструментом с аксиально-смещенным режущим слоем и включает вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки сборного шлифовального круга.

Сборный шлифовальный круг (фиг. 1, 3, 6) выполнен в виде центрального диска 1 с абразивным слоем 2 и кольцеобразных рабочих органов 3 и 4 с абразивным слоем, установленных с торцов диска 1 на ступице 5 с возможностью радиального перемещения.

Черновое шлифование осуществляют центральным диском 1 с нанесенным на периферию аксиально-смещенным режущим абразивным слоем 2, что позволяет ужесточить режимы резания, не опасаясь прижогов и микротрещин, возникающих по причине высокой температуры в зоне резания. Таким образом, повышение производительности черновой обработки производится за счет осцилляции зоны резания центрального диска 1. На фиг.2 сплошной линией показана развертка следа абразивной части центрального диска на обрабатываемой поверхности заготовки, работающего в режиме чернового шлифования, а пунктирной линией - не участвовавшие в работе остальные режущие элементы.

Чистовое шлифование осуществляют кольцеобразными с переменным по ширине сечением рабочими органами 3 и 4 с периферийным абразивным слоем путем их радиального перемещения. Переменное по ширине сечение рабочих органов 3 и 4 дополняет до прямого цилиндра аксиально-смещенную режущую абразивную поверхность центрального диска 1.

Радиальное перемещение рабочих органов 3 и 4, расположенных с торцов центрального диска 1, осуществляется эластичными баллонами 6 с источником 7 регулируемого давления. Баллоны 6 установлены с торцов диска 1 внутри кольцеобразных рабочих органов 3 и 4 между торцовыми крышками 8 и распорными коническими кольцами 9. При этом кольцеобразные с переменным по ширине сечением рабочие органы 3 и 4 выполнены пружинными, внутренняя поверхность которых коническая и сопрягается с наружной поверхностью распорных колец 9, при этом концы 10 и 11 рабочих органов 3 и 4 выполнены Г-образными и образуют замок с пружиной сжатия 12, стремящейся уменьшить в диаметре кольцеобразные рабочие органы 3 и 4. На фиг.4 показана развертка следов абразивных частей круга на обрабатываемой поверхности заготовки, работающего в режиме чистового шлифования. Как видно, при чистовом переходе повышается качество и производительность обработки за счет ввода новых режущих абразивных поверхностей.

Переход с режима чистового шлифования на режим черновой обработки осуществляется уменьшением давления в эластичных баллонах 6, перемещением распорных конических колец 9 от центрального диска 1 к торцам его ступицы 5 под действием пружин 13 сжатия и уменьшения в диаметре кольцеобразных рабочих органов 3 и 4 за счет действия пружин 12 сжатия, расположенных в замках.

Способ комбинированного шлифования осуществляется следующим образом.

Черновая обработка производится неподвижным центральным диском 1 с аксиально-смещенным режущим слоем 2. В это время абразивные слои элементов 3 и 4 не касаются обрабатываемой поверхности - давление воздуха в эластичных баллонах 6 отсутствует (фиг.1-2).

После снятия основного чернового припуска элементом 1 повышают давление в эластичных баллонах 6. За счет повышения давления эластичные баллоны 6 воздействуют на распорные конические кольца 9, которые, преодолевая сопротивление пружин 13, перемещаются в продольном направлении, приближаясь к центральному диску 1. При этом кольца 9, сопрягаясь с конической внутренней поверхностью упругих кольцеобразных рабочих органов 3 и 4, радиально перемещают последние. Рабочие органы 3 и 4, увеличиваясь в диаметре и достигая диаметра D центрального диска, производят чистовую обработку совместно с центральным абразивным диском (фиг.3, 4) или, второй вариант, без него (фиг.5).

Величиной перемещения режущей поверхности подвижных рабочих органов 3 и 4 и их жесткостью можно управлять в широких пределах изменением давления в эластичных баллонах 6.

Известно ([3]), что снизить теплонапряженность процесса шлифования можно путем использования прерывистых кругов, имеющих на периферийной режущей поверхности впадины и выступы, как в аналоге и прототипе [1, 2].

В предлагаемом способе комбинированного шлифования также происходит прерывание процесса резания, например при черновой обработке, благодаря аксиально-смещенному режущему слою центрального диска 1 для ряда поперечных сечений обрабатываемой заготовки, например сечения Б-Б, В-В и др. (см. фиг. 2). Это прерывание обеспечивается как благодаря осцилляции режущего слоя центрального диска 1, так и наклону внутренних торцов абразивных режущих органов 3 и 4.

Таким образом, температура в средней зоне шлифования сборного круга для конкретного поперечного сечения заготовки понижается, так как обработка производится с определенными интервалами, и за время разрыва процесса происходит охлаждение поверхности детали.

Под тепловым насыщением понимают такое состояние поверхности, когда ее температура достигает максимума и сохраняется определенное время. При этом состоянии возможно образование дефектов, ухудшающих эксплуатационные свойства деталей.

За счет интервалов, полученных как благодаря наклону внутренних торцов абразивных рабочих органов, так и аксиально-смещенному режущему слою центрального диска, разрыва процесса удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появления дефектов шлифования.

Поэтому предлагаемый способ комбинированного шлифования позволяет ужесточить режимы резания с гарантией бесприжоговой обработки, улучшить качество и повысить производительность.

Предлагаемый способ комбинированного шлифования сборным кругом, составленным из центрального абразивного диска с аксиально-смещенным режущим слоем и скошенными под углом к плоскости перпендикулярной оси вращения внутренними торцами рабочих органов, позволяет совместить достоинства прерывистого шлифования с обычным традиционным - сплошными кругами.

При этом увеличивается прочность инструмента, так как наружные торцы сборного круга перпендикулярны оси вращения, виброустойчивость процесса и площадь резания, захватываемая составным кругом с осциллирующей средней частью, качество и производительность.

Кроме того, снижается расход абразива на единицу съема металла.

Для нормальной работы сборного шлифовального круга по предлагаемому способу необходимо, чтобы зазор Z в замке рабочего органа 3 и 4 (фиг.1, 3) обеспечивал радиальное перемещение его до размера D наружного диаметра центрального диска 1.

Шпинделю со сборным шлифовальным кругом сообщают вращательное движение, заготовке - движения подачи вдоль и поперек обрабатываемой поверхности при обработке плоскостей, или заготовку вращают и передают относительное движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности и врезание на каждый одинарный или двойной ход стола при круглом шлифовании. Наличие угла наклона внутренних торцов абразивных рабочих органов и центрального диска и зазора между ними обеспечивают открытый доступ СОЖ в зону резания.

Предлагаемый способ обеспечивает снижение величины шероховатости обрабатываемой поверхности на 1-2 класса и расширение технологических возможностей за счет осцилляции и прерывистой в продольном направлении режущей рабочей поверхности круга. При этом улучшаются условия резания, самозатачиваемости и подачи СОЖ, позволяющие повысить качество и производительность обработки.

Пример. Проводили обработку отверстия втулки на внутришлифовальном станке мод. 3К228В. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 43 ГОСТ 1050-88, НВ 260, диаметр обрабатываемого отверстия - 130 мм, длина - 65 мм, режущий инструмент - абразивные центральный диск и рабочие органы - 24А 25П С2 5 К8 А. Режимы обработки: скорость заготовки - 40,8 м/мин (100 мин^-1), скорость вращения инструмента - 31,4 м/с, частота вращения инструмента - 6000 мин^-1, минутная продольная подача - 5390 мм/мин, поперечная подача круга - 0,012 мм/дв.ход.

Количество абразивных рабочих органов в сборном шлифовальном круге - 2, форма абразивных рабочих органов - усеченный круглый цилиндр D=100 мм, угол наклона торца к плоскости, перпендикулярной оси вращения центрального диска, α=3^o42'.

Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработку осуществляли за 14 проходов черновой обработки и 6 проходов чистовой обработки.

Абразивная обработка по предлагаемому способу комбинированного шлифования позволила в 2,8 раза увеличить подачу на двойной ход, при котором получена качественная обработанная поверхность требуемой шероховатости (R_a=0,63 мкм) без дефектов, прижогов и микротрещин.

Затраченное на обработку время - Т_о=0,43 мин по сравнению с Т_о=1,2 мин - при обработке обычным кругом позволяет судить о том, что предлагаемый способ повышает производительность в 2,5-3 раза благодаря преимуществам прерывистого шлифования при непрерывном процессе и быстрому переключению на ходу с чернового на чистовой режим обработки.

Использование осцилляции в средней части зоны резания и прерывание последней в продольном направлении позволяет ужесточить режимы резания, снизить теплонапряженность шлифования, повысить виброустойчивость и динамическую уравновешенность благодаря наружным торцам сборного круга, которые перпендикулярны оси вращения, и установке абразивных рабочих частей неуравновешенными частями в противофазе.

Предлагаемый способ позволяет производить переход с чернового на чистовой режим обработки на ходу, без остановки процесса, что сокращает вспомогательное время и увеличивает производительность.

Предлагаемый способ комбинированного шлифования может найти применение на любых металлообрабатывающих предприятиях, занимающихся шлифованием труднообрабатываемых материалов, и позволяет последовательно на ходу вводить в работу центральный диск и рабочие органы, из которых составлен сборный круг, угла наклона внутренних торцов диска и рабочих органов и установки их неуравновешенными частями в противофазе диаметрально противоположно, повысить производительность обработки за счет оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов и качество процесса за счет осцилляции средней части зоны резания, а также сократить вспомогательное время.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1328177, кл. В 24 D 17/00, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР 1703429, кл. В 24 D 5/06, В 24 D 17/00. Устройство для комбинированного шлифования. К.Б. Океанов и О.В. Чернов. Заявка 441209/08, заявл. 03.05.88, опубл. 07.01.92. Бюл. 1 - прототип.

3. Якимов А. В. Оптимизация процессов шлифования. М.: Машиностроение, 1975. С. 45-58.

Формула изобретения

1. Способ комбинированного шлифования, включающий вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки сборного шлифовального круга и осуществление чернового и чистового шлифования, отличающийся тем, что используют сборный шлифовальный круг, выполненный в виде центрального диска с нанесенным на его периферию аксиально-смещенным режущим абразивным слоем и установленных на ступице диска с возможностью радиального перемещения кольцеобразных с переменным по ширине сечением рабочих органов с периферийным абразивным слоем, при этом черновое шлифование осуществляют центральным диском, а чистовое - кольцеобразными рабочими органами при их радиальном перемещении.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сборный шлифовальный круг используют с расположением кольцеобразных рабочих органов с торцов центрального диска, а их радиальное перемещение осуществляют эластичными баллонами с источником регулируемого давления, которые устанавливают с торцов рабочих органов между торцовыми крышками круга и распорными коническими кольцами.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что используют пружинные кольцеобразные рабочие органы с Г-образными концами, образующими замок с пружиной сжатия для уменьшения диаметра рабочих органов, и с внутренней конической поверхностью, сопряженной с наружной поверхностью упомянутых распорных колец.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что переход с режима чистового шлифования на режим чернового шлифования осуществляют путем уменьшения давления в эластичных баллонах, перемещения распорных конических колец от центрального диска с помощью пружин сжатия и уменьшения в диаметре кольцеобразных рабочих органов с помощью пружин сжатия, расположенных в упомянутых замках.

РИСУНКИ

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