Прерывистый круг для электроконтактной алмазно-абразивной обработки

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для электромеханической обработки материалов связанным абразивом. Прерывистый круг имеет периферийную рабочую поверхность в виде чередующихся алмазно-абразивных выступов и впадин. В нем предусмотрен прерывистый токосъемник для подачи постоянного электрического тока в момент контакта алмазно-абразивного выступа с обрабатываемой заготовкой. Каждая впадина по протяженности выполнена не более половины протяженности выступа и заполнена медно-графитовым импрегнатором. Такая конструкция создает благоприятные условия резания, виброустойчивость, минимальный нагрев заготовки и повышает производительность съема металла с улучшением качества обрабатываемой поверхности и с получением на ней обновленной оболочки с особыми свойствами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электромеханической обработке материалов связанным абразивом (алмазом, эльбором и др.) - к шлифованию, а именно к шлифовальным и полировальным кругам, и может применяться преимущественно на машиностроительных предприятиях на основе использования совмещенных технологий.

Известен абразивный прерывистый круг, периферийная рабочая часть которого выполнена в виде чередующихся абразивных выступов и впадин, при этом каждый выступ выполнен с зернистостью абразива, последовательно убывающей (возрастающей) в окружном направлении [1].

Однако известный круг имеет существенный недостаток, обусловленный наличием впадин и выступов, которые резко уменьшают виброустойчивость, прочность и площадь рабочей поверхности, что, в свою очередь, снижает размерную стойкость инструмента, качество и производительность обработки.

Кроме того, поверхности, обработанные традиционными шлифовальными кругами, не долговечны, т.к. контактирование под нагрузкой сопрягаемых деталей из материалов, из которых хотя бы один - полукристаллический, приводит к увеличенному образованию шероховатости поверхности и быстрому износу вследствие неоднородности деформации [2]. Различные структурные составляющие большинства сплавов не однородны по поверхности и имеют разную ориентировку кристаллических зерен, выходящих на поверхность. В результате на отдельных площадках фактического контакта, даже при малых нагрузках, происходит внедрение твердых составляющих и кристаллов, обращенных к поверхности “сильными” гранями, в менее твердые структурные составляющие и “слабые” грани кристаллов. Глубина внедрения усугубляется с увеличением времени эксплуатации и зависит от физико-механических свойств материалов, шероховатости поверхности и нагрузки.

Известен прерывистый абразивный круг, у которого на периферии имеются центральный прерывистый режущий слой, установленный на упругом элементе, и с каждого торца жестко установлены сплошные абразивные диски [3].

Этот способ резко повышает виброустойчивость и прочность, но не позволяет полностью использовать площадь рабочей поверхности, что, в свою очередь, снижает размерную стойкость инструмента, качество и производительность обработки.

При этом поверхности, обработанные этим кругом и другими традиционными шлифовальными кругами, не долговечны, т.к. контактирование под нагрузкой сопрягаемых деталей из материалов, из которых хотя бы один - полукристаллический, приводит к увеличенному образованию шероховатости поверхности и быстрому износу вследствие неоднородности деформации [2]. Различные структурные составляющие большинства сплавов не однородны по поверхности и имеют разную ориентировку кристаллических зерен, выходящих на поверхность. В результате на отдельных площадках фактического контакта, даже при малых нагрузках, происходит внедрение твердых составляющих и кристаллов, обращенных к поверхности “сильными” гранями, в менее твердые структурные составляющие и “слабые” грани кристаллов. Глубина внедрения усугубляется с увеличением времени эксплуатации и зависит от физико-механических свойств материалов, шероховатости поверхности и нагрузки.

Задачей изобретения является повышение производительности шлифования деталей из материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин, при глубинном шлифовании с нанесением активных импрегнаторов и получением обновленной оболочки с особыми свойствами, играющей роль упрочненного каркаса, что позволяет улучшить качественные и эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов, а также повышение виброустойчивости и стойкости круга.

Поставленная задача решается предлагаемым прерывистым кругом для алмазно-абразивной обработки, периферийная рабочая поверхность которого выполнена в виде чередующихся алмазно-абразивных выступов и впадин, причем он снабжен прерывистым токосъемником для подачи постоянного электрического тока в момент контакта алмазно-абразивного выступа с обрабатываемой заготовкой, изолированной от станка, при этом каждая впадина по протяженности выполнена не более половины протяженности выступа и заполнена медно-графитовым импрегнатором.

Кроме того, круг снабжен двумя парами косых шайб, расположенных попарно с торцов круга, для плавного регулирования угла его наклона к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга.

На фиг.1 схематично показан предлагаемый прерывистый круг для электроконтактной алмазно-абразивной обработки; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, круг не наклонен к плоскости, перпендикулярной оси вращения; на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.1, круг наклонен к плоскости, перпендикулярной оси вращения, на угол α; на фиг.4 - фрагмент стыка и износ рабочих поверхностей кромок выступов при врезании круга и заполнение его импрегнатором.

Предлагаемый прерывистый круг 1 для алмазно-абразивной обработки крепят на шпинделе кругло- или внутришлифовального станка и сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности.

Прерывистый цилиндрический абразивно-алмазный круг 1 содержит впадины 2 и выступы 3, при этом протяженность впадин взята не более половины выступа, согласно рекомендациям [4].

Круг 1 с помощью дисков 4, косых шайб 5, попарно установленных с торцов круга, устанавливается на шпинделе 6 и закрепляется гайкой 7.

Впадины 2 круга 1 заполнены медно-графитовым импрегнатором 8. При алмазно-абразивной обработке в трехрежимном шлифовании: черновое, чистовое шлифования и выхаживание, чистовую обработку и выхаживание ведут с подводом электрического тока к алмазно-абразивной части инструмента 3, а черновую алмазно-абразивную обработку ведут без подвода электрического тока.

Заполнение впадин медно-графитовым сплавом, играющим роль активного импрегнатора [2], произведено также с целью безударного плавного входа и выхода режущих кромок выступов из зоны резания и повышения виброустойчивости, качества и изменения свойств обрабатываемой поверхности. По мере износа круга производится самооформление профиля, т.е. на выступах рабочих поверхностей образуются заборные участки, которые заполняются импрегнатором (фиг.4).

С помощью предлагаемого прерывистого круга появляется возможность управлять температурой в зоне контакта. В зависимости от требуемых условий обработки возможно варьирование числом впадин и выступов. На круге сделан ряд чередующихся выступов и впадин, при котором период работы одного режущего выступа будет меньше периода времени теплового насыщения. При этих условиях шлифования температура в зоне контакта из-за прерывистости процесса резания будет уменьшаться. С этой же целью предусмотрена трансформация круга из прерывистого с обычным традиционным креплением (фиг.2) в прерывистый с аксиально-смещенным режущим слоем (фиг.3), т.е. закрепленным под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения. Такая переналадка осуществляется с помощью косых шайб 5 и позволяет увеличить ширину шлифования с В до В_о за один проход круга и плавно регулировать амплитуду А_о осцилляции.

На практике, как бы не шлифовали поверхности, контактирование под нагрузкой деталей при эксплуатации, из которых хотя бы одно - полукристаллическое, приводит к увеличенному образованию шероховатости поверхности и быстрому износу вследствие неоднородности деформации [2]. Различные структурные составляющие большинства сплавов не однородны по поверхности и имеют разную ориентировку кристаллических зерен, выходящих на поверхность. В результате на отдельных площадках фактического контакта, даже при малых нагрузках, происходит внедрение твердых составляющих и кристаллов, обращенных к поверхности “сильными” гранями, в менее твердые структурные составляющие и “слабые” грани кристаллов. Глубина внедрения усугубляется с увеличением времени эксплуатации и зависит от физико-механических свойств материалов, шероховатости поверхности и нагрузки.

С целью улучшения качественных и эксплуатационных свойств поверхностного слоя материала в предлагаемом способе и конструкции круга применен метод абразивно-алмазного электроконтактного избирательного шлифования с подводом напряжения к инструменту через прерывистый токосъемник 9 в зону резания, обеспечивающего контакт только выступов 3 абразивно-алмазного круга 1 с обрабатываемым материалом. При этом деталь 10 изолирована от станка и к ней подведено напряжение. По знаку потенциалы внешнего источника совпадают с поверхностными потенциалами импрегнатора и обрабатываемого материала.

В системе абразивно-алмазное зерно - связка - импрегнатор - СОТС (смазочно-охлаждающие технологические средства) - обрабатываемая деталь касающиеся шлифуемой поверхности зерна связка и импрегнатор испытывают упругую деформацию, вследствие чего площадь контакта с обрабатываемым материалом увеличивается. При отсутствии импрегнатора поверхности зерен круга и обрабатываемой детали контактируют на очень малой площади, составляющей 0,01...0,0001 номинальной площади сопряженной поверхности. От режущих зерен и импрегнатора, у которого коэффициент температуропроводности выше, чем у обрабатываемого материала, в деталь поступает небольшая доля тепла. Кроме того, дополнительное внезонное охлаждение и очистка (не показаны) импрегнированного шлифовального круга снижают температуру рабочей поверхности круга, тем самым уменьшая температуру в зоне контакта с импрегнатором и с обрабатываемым материалом. Остальное тепло, поступающее в результате поверхностного трения скользящих зерен, связки, импрегнатора и стружки, приводит к непроизвольному разогреву металла. Таким образом, работающий импрегнированный круг можно представить как сплошной источник тепла со всеми особенностями, характерными для подвижного контакта.

При обработке материалов импрегнированными кругами, которая отличается от обработки традиционным инструментом тем, что тепло от тока выделяется избирательно в зоне резания и именно в тех местах, где дефектность (или плотность дислокации) выше, чем в среднем по объему, крупные карбиды растворяются в связи с образованием микроучастков высоких температур. Это объясняется тем, что локальная температура у какой-либо точки может быть в тысячи раз больше, чем на соседнем микроучастке, но это, как раз, приводит к тому, что среда нормализуется, а большие карбиды замещаются меньшими и притом “знающими свое место”. Благодаря такой короткой обработке мелкие карбиды соединяются с металлической решеткой по правилам той самой последовательности когерентной связи, которая не разрушает структуру, а, напротив, заставляет ее упрочняться: карбиды “вплетаются” в решетку.

Проведены сравнительные испытания по обработке шлифованием известным сплошным кругом и предлагаемым прерывистым кругом с импрегнатором для электроконтактной алмазно-абразивной обработки. На внутришлифовальном станке мод. 3К228В шлифовалась гильза с сквозным отверстием диаметром 125 H7^(+0,04) мм и длиной 192 мм. Параметр шероховатости обработанной поверхности R_a=0,63 мкм. Припуск на сторону - 0,25 мм. Материал заготовки - сталь 40Х. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок и прерывистым шлифовальным кругом с впадинами, заполненными медно-графитовым импрегнатором, а также прерывистым токосъемником для подвода постоянного тока напряжением 12 В в момент, когда выступ находится в контакте с деталью, по предлагаемому техническому решению.

Маркировка полной характеристики круга - 24А 25П С2 5К8А 35 м/с. Диаметр круга 100 мм; высота (ширина) - 32 мм. Угол наклона круга к плоскости, перпендикулярной оси вращения - α=3° 18’ при амплитуде колебания А_о=32 мм. Режимы резания: частота вращения круга при принятой окружной скорости 35 м/с - n_к=6000 мин^-1; скорость движения заготовки - 62,8 м/мин; поперечная подача круга - 0,008 мм/дв.ход; продольная минутная подача - 5390 мм/мин. Охлаждающая жидкость - эмульсия.

Обработка проводилась в режиме прерывистого шлифования в течение 2,2 мин без подвода электрического тока, а затем переходили на режим чистового шлифования и включали электрический ток. Шлифование заканчивали в режиме выхаживания с подводом электрического тока.

Заданный параметр шероховатости R_a=0,63 мкм и размер отверстия гильзы с необходимой точностью были достигнуты через 3,1 мин, что в два раза быстрее, чем при обычном способе шлифования.

При этом были отмечены благоприятные условия резания, виброустойчивость, минимальный нагрев заготовки. Хотя обработка проводилась при повышенной производительности съема металла, появления прижогов и микротрещин на обработанной поверхности зафиксировано не было.

В результате применения активных импрегнаторов при обработке поверхность металла получила обновленную оболочку с особыми свойствами. На поверхности образовался поверхностный слой, который играет роль упрочняющего каркаса, что улучшает качественные и эксплуатационные свойства поверхностного слоя обработанной детали.

Источники информации

1. А.с. 1388269 СССР, МКИ В 24 D 5/14. Абразивный прерывистый круг / И.М. Баюкли. Заявка № 3916411/31-08, заявл. 26.06.85, опубл. 15.04.88. Бюл. № 14.

2. Чирков Г.В. Расчет теплового баланса при алмазном шлифовании с нанесением активных импрегнаторов. Ж. Техника машиностроения. 2000, № 3 (25), с.76-79.

3. А.с. СССР 529068, МКИ В 24 D 5/06. Абразивный прерывистый круг / С.Н. Игнатов и др. Заявка № 2031099/08, заявл. 06.06.74, опубл. 25.09.1976 - прототип.

4. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. - М.: Машиностроение, 1975, - с.45-58.

Формула изобретения

1. Прерывистый круг для алмазно-абразивной обработки, периферийная рабочая поверхность которого выполнена в виде чередующихся алмазно-абразивных выступов и впадин, отличающийся тем, что он снабжен прерывистым токосъемником для подачи постоянного электрического тока в момент контакта алмазно-абразивного выступа с обрабатываемой заготовкой, изолированной от станка, при этом каждая впадина по протяженности выполнена не более половины протяженности выступа и заполнена медно-графитовым импрегнатором.

2. Круг по п.1, отличающийся тем, что он снабжен двумя парами косых шайб, расположенных попарно с торцов круга, для плавного регулирования угла его наклона к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4