Алмазно-абразивный прерывистый торцовый инструмент с импульсным нагружением

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении алмазно-абразивного прерывистого торцового инструмента для шлифования и полирования трудношлифуемых металлов и сплавов, склонных к прижогам и микротрещинам. Инструмент закреплен на шпинделе с центральным продольным отверстием и содержит корпус с радиальными Т-образными пазами на торце. В упомянутых пазах корпуса установлены с возможностью радиального перемещения планки с жестко закрепленными на них пластинами для установки алмазно-абразивных сегментов. Планки выполнены с внутренним торцом, расположенным под острым углом α к поперечной плоскости планки. Пружины растяжения размещены в канавках корпуса и закреплены на наружных торцах планок и корпусе для смещения планок к центру инструмента. В центральном продольном отверстии шпинделя расположен волновод с наружной поверхностью, контактирующей с внутренними торцами планок и выполненной под острым углом α к его продольной оси. Предусмотрен механизм импульсного нагружения алмазно-абразивных сегментов в виде гидравлического генератора импульсов, боек которого установлен с возможностью ударного воздействия на волновод. В результате сегменты совершают низкочастотные, не зависящие от частоты вращения инструмента осевые колебания, что повышает производительность и качество обработки, интенсифицирует процесс шлифования и расширяет его технологические возможности. 4 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к механической обработке трудношлифуемых металлов и сплавов, склонных к прижогам и микротрещинам, алмазно-абразивным прерывистым торцовым инструментом и может быть использовано при шлифовании и полировании в конструкциях оснастки шлифовальных и полировальных станков.

Известен сегментный алмазно-абразивный инструмент для обработки шлифованием плоских поверхностей торцом круга, позволяющий избежать нагрева и деформации обрабатываемой поверхности при шлифовании с большим съемом металла [1, 2]. Шлифовальные сегменты закрепляют в специальной головке.

Применение шлифовальных сегментов позволяет обрабатывать большие поверхности, которые невозможно обработать без прижогов шлифовальными кругами другого типа.

При шлифовании составным кругом из сегментов с прерывистой рабочей поверхностью улучшаются условия охлаждения заготовки и удаления отходов из зоны резания.

Однако известный круг, составленный из сегментов, имеет ограниченные технологические возможности, не обеспечивает повышенное качество обработки, так как зерна сегментов круга работают, главным образом, передними гранями, не позволяет регулировать величину зазора между сегментами и оптимизировать параметры прерывистого резания, что снижает производительность обработки и ведет к большому расходу дорогостоящего алмазно-абразивного материала.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей, повышение качества и производительности обработки за счет сообщения сегментам инструмента низкочастотных, не зависящих от частоты вращения инструмента радиальных колебаний, повышение интенсификации процесса шлифования за счет приложения к сегментам радиальной импульсной силы, позволяющей осуществлять резание не только передними, но и боковыми и задними гранями зерен, а также за счет увеличения зоны контакта инструмента с заготовкой, позволяющей экономно расходовать алмазно-абразивный материал.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого алмазно-абразивного прерывистого торцового инструмента, который содержит корпус и алмазно-абразивные сегменты, причем корпус выполнен с радиальными Т-образными пазами на торце, а инструмент закреплен на шпинделе с центральным продольным отверстием и снабжен установленными в упомянутых пазах корпуса с возможностью радиального перемещения и имеющими в поперечном сечении форму, ответную форме паза, планками с жестко закрепленными на них пластинами для установки алмазно-абразивных сегментов и с внутренним торцом, расположенным под острым углом α к поперечной плоскости планки, а также пружинами растяжения, размещенными в выполненных в корпусе канавках и закрепленными на наружных торцах планок и корпусе для смещения планок к центру инструмента, расположенным в центральном продольном отверстии шпинделя волноводом с наружной поверхностью, контактирующей с внутренними торцами планок и выполненной под острым углом α к его продольной оси, и механизмом импульсного нагружения алмазно-абразивных сегментов в виде гидравлического генератора импульсов, боек которого установлен с возможностью ударного воздействия на волновод.

Особенности конструкции инструмента поясняются чертежами.

На фиг.1 изображен алмазно-абразивный прерывистый торцовый инструмент с импульсным нагружением, продольный разрез; на фиг.2 - общий вид по Б на фиг.1 и схема плоского шлифования; на фиг.3 - общий вид снизу по А на фиг.1; на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1.

Предлагаемый инструмент относится к прерывистым торцовым шлифовальным кругам и служит для интенсивной высокопроизводительной алмазно-абразивной обработки трудношлифуемых металлов и сплавов, склонных к прижогам и микротрещинам материалов.

Инструмент состоит из корпуса 1, на торце которого закреплены с возможностью радиального перемещения алмазно-абразивные сегменты 2, имеющие форму части круга - сектора.

Для этого на торце корпуса 1 выполнены радиальные Т-образные пазы 3, в которых с возможностью радиального перемещения установлены планки 4, имеющие в поперечном сечении форму, ответную форме паза 3.

Алмазно-абразивные сегменты 2 инструмента жестко закреплены на пластинах 5, которые, в свою очередь, закреплены на планках 4.

Переходные пластины 5 имеют форму сегмента и служат для создания жесткости алмазно-абразивному сегменту.

Крепление сегментов 2 на пластинах 5 осуществляется известными способами, например, приклеиванием.

Каждая планка 4 снабжена пружиной растяжения 6, которая закреплена с помощью штыря 7 на наружном торце планки и корпусе 1. Назначение пружин 6 - постоянное смещение планок 4 к центру инструмента.

Для безопасности и удобства работы с инструментом пружины 6 расположены в канавках 8 корпуса.

В центральном продольном отверстии шпинделя 9, на котором крепится инструмент, расположен волновод 10, имеющий наружную поверхность 11, контактирующую с внутренним торцом планки 4, расположенную под острым углом α к продольной оси.

Волновод 10 одним торцом воспринимает на себя удары бойка 12 гидравлического генератора импульсов (не показан) [3, 4]. На противоположный торец волновода 10 действует пружина сжатия 13.

Внутренний торец планки 4, которым планка контактирует с волноводом 10, выполнен под острым углом α к поперечной плоскости планки 4.

Рассмотренная конструкция инструмента позволяет нагружать алмазно-абразивные сегменты в радиальном направлении импульсной Р_им нагрузкой.

Инструмент работает следующим образом.

Инструмент применим в основном для плоского шлифования (см. фиг.2) при работе торцом круга.

Нагрузка врезания, действующая по нормали на обрабатываемую поверхность заготовки, создается механизмами станка, как при традиционном шлифовании. Выбор величины нагрузки врезания зависит от конкретных условий обработки и технических требований к обрабатываемой поверхности.

В качестве механизма импульсного нагружения инструмента применяется гидравлический генератор импульсов [3, 4]. При плоском шлифовании заготовка вместе со столом совершает возвратно-поступательные движения S_пр, при этом инструменту сообщают вращательное движение V_и и поперечную подачу S_поп на каждый двойной ход стола.

Периодическую импульсную Р_им нагрузку создает ГГИ и посредством бойка 12 передает ее волноводу 10 в направлении оси шпинделя (согласно фиг.1, сверху вниз). Импульсная ударная нагрузка Р_им, преодолевая сопротивление пружины сжатия 13 посредством конической части волновода 11, воздействует на планки с сегментами 2, перемещая их поперек оси шпинделя в радиальном направлении от центра к периферии на величину амплитуды А_А. После окончания действия удара сегменты 2 возвращаются к центру с помощью пружин 6, а волновод 10 отводится вверх с помощью пружины 13 в первоначальное положение (согласно фиг.1).

В результате удара бойка 12 по торцу волновода 10 в бойке и волноводе возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать на сегменты и обрабатываемую поверхность с цикличностью, равной двойной продолжительности импульсов.

Дойдя до сегментов, ударный импульс распределяется на проходящий и отражающий. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы резания. Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами предлагаемого инструмента.

В результате наложения на вращательное движение инструмента импульсного радиального перемещения сегментов создается перекрестное движение алмазно-абразивных зерен инструмента относительно вектора скорости продольной подачи заготовки S_пр и периодически изменяется скорость резания и сила трения. Причем происходит изменение направления скольжения сегментов относительно обрабатываемой заготовки, алмазно-абразивные зерна начинают работать как передними, так и боковыми, и задними гранями, изменяется в сторону увеличения ширина обработки за один проход В_1пр и интенсивность съема материала. При этом облегчается съем металла и стружкообразование, улучшается самозатачивание зерен, а переменные силы активно перераспределяются в плоскости резания, вследствие чего полностью подавляются автоколебания и сила трения уменьшается до 4 раз. Кроме того, это позволяет увеличить число активно работающих алмазно-абразивных зерен и интенсифицировать срезание выступов неровностей поверхности.

В результате совмещения импульсного возвратно-поступательного радиального движения сегментов и вращательного движения инструмента на обработанной поверхности формируется износостойкий регулярный микрорельеф с перекрестным направлением рисок и неровностями малой и однородной высоты, улучшается качество поверхностного слоя детали и гасятся автоколебания. Причем улучшаются условия работы алмазно-абразивных зерен, уменьшается их износ, повышается интенсивность съема материала и размерная стойкость инструмента, создается благоприятная кинематика движения абразивных зерен относительно заготовки, что также снижает шероховатость обработанной поверхности.

Снижение силы трения и гашение автоколебаний шлифовального шпинделя с кругом позволяет улучшить качество обработанной поверхности при одновременном увеличении режимов и производительности. Полное подавление автоколебаний и уменьшение силы трения при использовании предлагаемого инструмента позволяет повысить режимы и производительность обработки в 3 раза без ухудшения качества обработанной поверхности.

Кроме того, в таких условиях стойкость инструмента возрастает до 2 раз по сравнению со стойкостью при традиционной алмазно-абразивной обработке без наложения колебаний.

Предлагаемый инструмент позволяет повысить производительность также благодаря совмещению черновой и чистовой обработки.

При шлифовании мягкими сегментами обеспечивается однотонная зеркально чистая поверхность с малой высотой неровностей.

Шлифование жесткими алмазно-абразивными сегментами с применением предлагаемого инструмента не уступает по производительности высокоскоростному шлифованию, но обеспечивает улучшение качества обработанной поверхности.

Таким образом, происходит интенсивно воздействующее на обрабатываемую поверхность шлифование с импульсным нагружением инструмента, которая существенно улучшает качество обработанной поверхности и повышает в несколько раз производительность.

Проведены производственные испытания с использованием специального стенда. Значения технологических факторов (частоты ударов, величины подач) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6...10. Дальнейшее увеличение кратности воздействия ведет к возникновению больших инерционных сил и вибраций.

Величина силы импульсного нагружения инструмента составляла Р_имп=255...400 Н.

Производственные испытания показали, что предложенный инструмент обеспечивает осцилляцию теплового поля, интенсифицирует процесс обработки вследствие прироста площади контакта заготовки с инструментом за один проход, позволяет получить пересечение под углом траекторий движения шлифовальных сегментов с направлением исходной шероховатости, обуславливая сетку следов и характер микрогеометрии как при хонинговании, шлифохонинговании с наложением вибраций. Улучшаются условия самозатачивания сегментов.

Вместо алмазно-абразивных сегментов инструмент может быть оснащен пучками проволочного ворса (это иглофреза), выглаживающими сегментами (это накатник), сегментами с приклеенными лепестками из алмазно-абразивной шкурки (это лепестковый полировальный круг) и другой торцовый инструмент.

Опытное шлифование направляющих листопрокатных станов предложенным инструментом позволяет стабильно получать шероховатость Ra=0,32 мкм по всей длине с 95% вероятностью и полном отсутствии следов «рубленности».

Инструмент расширяет технологических возможностей плоского шлифования, повышает качество и производительность обработки за счет сообщения сегментам инструмента низкочастотных, не зависящих от частоты вращения инструмента, радиальных колебаний, интенсифицирует процесс шлифования за счет приложения к сегментам радиальной импульсной силы, позволяющей осуществлять резание не только передними, но и боковыми и задними гранями зерен, а также за счет увеличения зоны контакта инструмента с заготовкой, позволяющей экономно расходовать алмазно-абразивный материал.

Преимуществом инструмента является использование обычных стандартных сегментов, а возможность плавного регулирования амплитуды осциллирующих движений позволяет легко оптимизировать процесс обработки в производственных условиях при изменении обрабатываемого материала, химико-термической операции, режущего инструмента, технических условий, режимов резания.

Источники информации

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1986. С.425.

2. Абразивные материалы и инструменты: Отрасл. кат. ВНИИАШ. - М.: ВНИИТЭМР, 1990. С.163-164, - прототип.

3. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

4. Патент РФ 2090342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим де формированием. 1997. Бюл. №34.

Алмазно-абразивный прерывистый торцовый инструмент, содержащий корпус и алмазно-абразивные сегменты, отличающийся тем, что корпус выполнен с радиальными Т-образными пазами на торце, а инструмент закреплен на шпинделе с центральным продольным отверстием и снабжен установленными в упомянутых пазах корпуса с возможностью радиального перемещения и имеющими в поперечном сечении форму ответную форме паза планками с жестко закрепленными на них пластинами для установки алмазно-абразивных сегментов и с внутренним торцом, расположенным под острым углом α к поперечной плоскости планки, а также пружинами растяжения, размещенными в выполненных в корпусе канавках и закрепленными на наружных торцах планок и корпусе для смещения планок к центру инструмента, расположенным в центральном продольном отверстии шпинделя волноводом с наружной поверхностью, контактирующей с внутренними торцами планок и выполненной под острым углом α к его продольной оси, и механизмом импульсного нагружения алмазно-абразивных сегментов в виде гидравлического генератора импульсов, боек которого установлен с возможностью ударного воздействия на волновод.