Способ хонингования конических отверстий

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на финишных операциях шлифования и хонингования конических поверхностей деталей из труднообрабатываемых материалов, склонных к появлению прижогов и микротрещин. Заготовке и хонинговальной головке сообщают вращательные движения и возвратно-поступательное движение подачи. Используют хонинговальную головку, имеющую корпус в виде упругой оболочки в форме тора, а шпиндель - полым с центральным продольным отверстием для подачи сжатого воздуха в корпус. Алмазно-абразивные бруски на гибкой связке закрепляют на гибкой основе и располагают на периферии корпуса. В головке предусмотрен механизм регулирования угла наклона корпуса к плоскости, перпендикулярной продольной оси вращения, состоящий из двух шарнирно соединенных друг с другом шайб, одна из которых жестко закреплена на шпинделе, а другая - на торце корпуса. Между шайбами в диаметрально противоположном месте от шарнира располагают винтовую цилиндрическую пружину сжатия. С противоположного механизму регулирования угла наклона торца корпуса устанавливают сопрягаемые между собой сферическую и коническую шайбы. Осуществляют черновую обработку с минимальным углом наклона корпуса, а чистовую - с максимальным. В результате повышается точность и производительность обработки за счет регулирования распределения удельного давления на обрабатываемую поверхность без предварительной настройки на величину конусности, а также снижается теплонапряженность процесса за счет использования головки с осциллирующим и прерывистым режущим слоем. 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению к металлообработке, а именно к способам чистовой абразивно-алмазной обработки и может быть использовано на финишных операциях шлифованием и хонингованием конических поверхностей из труднообрабатываемых материалов, склонных к появлению прижогов и микротрещин.

Известен способ хонингования конических поверхностей хонинговальной головкой, содержащей корпус, в котором установлены верхний и нижний конусы с возможностью контакта с колодками, несущими абразивные бруски, и шток для радиального перемещения конусов, причем она снабжена установленным внутри основного штока дополнительным подпружиненным штоком для радиального перемещения колодок, на котором смонтирован нижний конус, расположенный навстречу верхнему [1].

Недостатками известного способа и головки являются: усложненное удаление шлама из зоны обработки, наблюдается тенденция к засаливанию брусков и к снижению их режущих свойств ввиду того, что при хонинговании конических поверхностей с помощью головки абразивные бруски постоянно находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью.

Кроме того, вследствие затрудненного проникновения СОЖ в зону обработки температура в ней повышается, что снижает качество поверхностного слоя, при этом усложненный привод требует существенных затрат на модернизацию хонинговального оборудования, позволяющего приводить в движение дополнительный шток, находящийся внутри основного, а это повышает себестоимость изготовления, снижает производительность и качество обработки.

Известен способ хонингования конических поверхностей хонинговальной головкой, содержащей корпус, одновременно являющийся и корпусом пневмоцилиндров, на котором посредством штоков, осей и плоских пружин смонтированы держатели с брусками [2].

В осевой плоскости профиль рабочей поверхности брусков представляет собой дугу окружности. Радиальное перемещение брусков обеспечивают поршни, размещенные в камере пневмоцилиндра.

Каждый держатель может свободно поворачиваться на оси в осевой плоскости головки. Для прижатия брусков к обрабатываемой поверхности заготовки в камеру подается сжатый воздух через штуцер и канал в корпусе. Для отвода брусков воздух подводится в штоковые полости через штуцер и каналы.

До начала обработки головку устанавливают так, чтобы оси симметрии брусков совпали с серединой длины профиля обрабатываемой поверхности.

Существенным недостатком известного способа и головки является неравномерность снимаемого припуска в поперечных сечениях с минимальным и максимальным диаметром заготовки, потому что при продольной колебательной подаче головки с амплитудой А при движении от большего внутреннего диметра к меньшему происходит сближение поршней к продольной оси, что вызывает увеличение давления сжатого воздуха в камерах, а следовательно, увеличение радиальной силы, воздействующей на абразивные бруски.

Это вызывает отклонение от заданного наклона и отклонение формы заданного профиля конической внутренней поверхности, что приводит к браку, снижает производительность и качество обработки.

Другим недостатком является усложненная конструкция хонголовки и большие массогабаритные размеры, требующие существенных затрат на изготовление инструмента и модернизацию хонинговального оборудования, позволяющего приводить в движение хонголовку, а это повышает себестоимость изготовления обрабатываемых заготовок.

Задачей изобретения является повышение точности и производительности обработки за счет обеспечения регулирования распределения удельного давления на обрабатываемую поверхность без предварительной настройки на величину конусности, а также повышение режимов резания и снижение теплонапряженности процесса благодаря использования инструмента с осциллирующим и прерывистым режущим слоем, который облегчает удаление шлама из зоны обработки, способствует самозатачиванию и повышению режущих свойств, а также свободному проникновению СОЖ в зону обработки и снижению температуры в ней, что повышает качество поверхностного слоя.

Поставленные задачи решаются с помощью предлагаемого способа хонингования конических отверстий, включающего сообщение вращательных движений и возвратно-поступательного движения подачи вдоль продольной оси обрабатываемой поверхности заготовке и хонинговальной головке, содержащей шпиндель и корпус, несущий алмазно-абразивные бруски, причем используют хонинговальную головку, имеющую корпус в виде упругой оболочки в форме тора, в которую подают сжатый воздух через центральное продольное отверстие шпинделя, механизм регулирования угла наклона корпуса к плоскости, перпендикулярной продольной оси вращения, состоящий из двух шарнирно соединенных друг с другом шайб, одна из которых жестко закреплена на шпинделе, а другая - на торце корпуса, и винтовой цилиндрической пружиной сжатия, расположенной между шайбами в диаметрально противоположном месте от шарнира, а также сферическую и коническую шайбы, сопрягаемые между собой и установленные с противоположного механизму регулирования угла торца корпуса, при этом используют алмазно-абразивные бруски на гибкой связке, закрепленные на гибкой основе и расположенные на периферии корпуса, и осуществляют черновую обработку с минимальным углом наклона корпуса, а чистовую - с максимальным.

Особенности предлагаемого способа поясняются чертежами. На фиг.1 показана схема чистовой обработки конического отверстия хонинговальной головкой с максимальным углом наклона, частичный продольный разрез; на фиг.2 - головка, вид слева на фиг.1; на фиг.3 - схема черновой обработки конического отверстия хонинговальной головкой с минимальным углом наклона, частичный продольный разрез; на фиг.4 -поперечный разрез Б-Б на фиг.3.

Предлагаемый способ хонингования конических отверстий осуществляется специальной хонинговальной головкой, заготовке сообщают вращательные движения, а головке сообщают вращательные и возвратно-поступательные движения подачи вдоль продольной оси обрабатываемой поверхности.

Хонинговальная головка, реализующая предлагаемый способ, содержит шпиндель 1, на котором установлен корпус 2, несущий алмазно-абразивные бруски 3. Полый шпиндель 1 имеет центральное продольное отверстие 4, по которому в корпус 2, выполненный в виде упругой оболочки в форме тора, подается сжатый воздух Р_сж переменного давления.

Головка снабжена механизмом регулирования угла оси наклона корпуса к плоскости, перпендикулярной продольной оси вращения. Механизм состоит из двух шайб 5 и 6, при этом одна шайба 5 жестко закреплена на шпинделе 1, а другая шайба 6 жестко закреплена на торце корпуса 2. Шайбы 5 и 6 шарнирно соединены друг с другом, например, с помощью петли с осью 7 и снабжены винтовой цилиндрической пружиной сжатия 8, расположенной между шайбами 5 и 6 в диаметрально противоположном месте от шарнира 7.

Головка снабжена сферической 9 и конической 10 шайбами, сопрягаемыми между собой и установленными с противоположного механизму регулирования угла торца корпуса 2. Эти шайбы изготовлены по ГОСТ 13438-68 и 13439-68.

Алмазно-абразивные бруски 3 используются на гибкой связке, расположены на периферии корпуса 2 и закреплены на гибкой основе 11, например на тканевой. Для удешевления изготовления инструмента в качестве алмазно-абразивных брусков 3 применяется водостойкая шлифовальная шкурка на тканевой основе (ГОСТ 13344-79). Материалом абразивных зерен шкурок являются нормальный электрокорунд марок 13А, 14А, 15А или белый электрокорунд 23А, 24А, 25А или др., а также природные или искусственные алмазы.

Крепление алмазно-абразивных брусков 3 на корпусе 2, представляющем собой гибкую пневматическую оболочку, производится путем приклеивания, вулканизацией или др. известными способами.

Приведение головки в рабочее состояние осуществляется путем подачи под давлением Р_сж сжатого воздуха в упругую оболочку корпуса 2 через осевое 4 и поперечное 12 отверстия в шпинделе 1.

Чем под большим давлением Р_сж сжатый воздух поступает в упругую оболочку корпуса 2, тем больше сжимается пружина 8, тем меньше устанавливается угол α наклона корпуса к плоскости, перпендикулярной продольной оси вращения.

Появляется возможность автоматического регулирования амплитуды А_о осцилляции режущего слоя изменением давления подаваемого сжатого воздуха, тем самым регулирование теплонапряженности процесса хонингования.

Обработка конических отверстий по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Черновую обработку ведут с минимальным углом наклона корпуса к плоскости, перпендикулярной продольной оси вращения, при максимальном давлении сжатого воздуха, подаваемого в упругую оболочку корпуса, а чистовую обработку ведут с максимальным углом наклона корпуса при минимальном давлении сжатого воздуха.

В нерабочем состоянии без сжатого воздуха в упругой оболочке наружный диаметр корпуса по алмазно-абразивным брускам меньше внутреннего диаметра обрабатываемого отверстия, поэтому головка свободно вводится в отверстие заготовки.

Головка крепится жестко на шпинделе станка, обрабатываемая заготовка, например наружное кольцо подшипника, лежит на жестких опорах 13 и 14 (башмаках) и поджимается плоским шлифованным торцом к вращающемуся электромагнитному патрону 15 на шпинделе передней бабки, благодаря которому заготовка получает вращательное движение V_з.

Точное самоцентрирование брусков головки обеспечивается за счет упругой оболочки корпуса.

Крепление заготовки на шпинделе станка может быть и с помощью других известных приспособлений.

Головка совершает вращательное движение со скоростью V_и, возвратно-поступательное движение продольной подачи S_пр, а радиальная подача S_p алмазно-абразивных брусков осуществляется с помощью подачи сжатого воздуха в упругую оболочку корпуса, разжимающую бруски.

Таким образом, происходит хонингование с осцилляцией хонинговальных брусков, которая существенно улучшает качество обработанной поверхности и повышает в несколько раз производительность.

Осцилляция брусков в сочетании с вращательным и возвратно-поступательными движениями хонинговальной головки создают перекрестное движение абразивных зерен и периодически изменяют направление резания и силу трения, заставляя абразивные зерна брусков резать не одной гранью, как при традиционном хонинговании, а несколькими гранями.

Благодаря этому облегчается съем материала и стружкообразование, улучшается самозатачивание зерен, а переменные силы активно перераспределяются в плоскости резания и сила трения уменьшается в несколько раз.

Перекрестное осциллирующее движение увеличивает число активно работающих абразивных зерен и интенсифицирует срезание выступов неровностей поверхности.

При этом на обработанной поверхности формируется износостойкий регулярный микрорельеф с перекрестным направлением рисок и неровностями малой и однородной высоты.

Преимущества предлагаемого способа для алмазно-абразивного хонингования конических отверстий: более плавная обработка; большая жесткость технологической системы; повышается качество и точность обработки, расширяются технологические возможности и появляется возможность обрабатывать как конические, так и цилиндрические, а также фасонные отверстия; возможность снятия больших неравномерных припусков; в 2-3 раза повышается производительность обработки благодаря большой площади контакта инструмента с заготовкой и сокращению количества проходов при переходе на режим осциллирующего хонингования. Быстрая установка оптимального угла наклона корпуса и изменение его значения в зависимости от конкретных условий также способствует увеличению производительности.

Благодаря применению упругой оболочки и равномерному распределению давления сжатого воздуха на все бруски независимо от случайной разной толщины алмазно-абразивного слоя на брусках и других погрешностей изготовления и сборки головки бруски равномерно распределяют между собой снимаемый припуск.

Пример. Обрабатывалось сквозное коническое отверстие наружного кольца подшипника 27310Н ГОСТ 7260-70 ⊘110×⊘50×29,25 мм на внутришлифовальном станке мод. 3К228В. Материал заготовки - сталь ШХ15, закаленная, твердость HRC 45. Способ крепления заготовки - в патроне. Технологическая система станок - приспособление - инструмент - заготовка достаточно жесткая.

Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra 0,32 мкм. Головка изготовлена ⊘ 80 мм высотой 30 мм на упругой основе, бруски из шкурки зернистостью с одной стороны 14А4. Припуск - 0,05 мм, частота вращения головки - 13 000 мин^-1 (V_к=34 м/с), частота вращения заготовки - 191 мин^-1 (V_з=0,5 м/с), продольная подача - S_пр=0,05 м/с. Охлаждающая жидкость - 5%-ный водный раствор эмульсола в воде.

Для получения необходимой точности и шероховатости потребовалось в два раза меньше времени, чем при традиционной обработке.

Способ повышает производительность и качество обработки, упрощает и удешевляет конструкцию инструмента, расширяет технологические возможности и позволяет обрабатывать некруглые отверстия.

Источники информации

1. А.с. 1174238 СССР, МКИ В 24 В 33/02. Хонинговальная головка. 1985.

2. Патент 2074082 РФ, МКИ 6 В 24 В 33/08. Хонинговальная головка для обработки конических поверхностей. 1995 - прототип.

Способ хонингования конических отверстий, включающий сообщение вращательных движений и возвратно-поступательного движения подачи вдоль продольной оси обрабатываемой поверхности заготовке и хонинговальной головке, содержащей шпиндель и корпус, несущий алмазно-абразивные бруски, отличающийся тем, что используют хонинговальную головку, имеющую корпус в виде упругой оболочки в форме тора, в которую подают сжатый воздух через центральное продольное отверстие шпинделя, механизм регулирования угла наклона корпуса к плоскости, перпендикулярной продольной оси вращения, состоящий из двух шарнирно соединенных друг с другом шайб, одна из которых жестко закреплена на шпинделе, а другая - на торце корпуса, и винтовой цилиндрической пружины сжатия, расположенной между шайбами в диаметрально противоположном месте от шарнира, а также сферическую и коническую шайбы, сопрягаемые между собой и установленные с противоположного механизму регулирования угла торца корпуса, при этом используют алмазно-абразивные бруски на гибкой связке, закрепленные на гибкой основе и расположенные на периферии корпуса, и осуществляют черновую обработку с минимальным углом наклона корпуса, а чистовую - с максимальным.