Упругий винтовой алмазно-абразивный инструмент

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при алмазно-абразивной обработке отверстий в деталях машин. Инструмент содержит корпус и рабочий режущий элемент в виде упругой свернутой в витки винтовой цилиндрической пружины металлической проволоки, имеющей алмазно-абразивный слой. Концы пружины закреплены в корпусе и на штоке, расположенном в центральном отверстии корпуса и имеющем винтовой паз. Шток установлен с возможностью возвратно-вращательного движения относительно продольной оси посредством шпонки, входящей в винтовой паз штока и закрепленной в корпусе. Такая конструкция повышает точность и производительность обработки, обладает простотой, снижает теплонапряженность процесса и упрощает управление обработкой отверстий. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения к алмазно-абразивной обработке отверстий в деталях машин.

Известен упругий инструмент для обработки отверстий, который содержит корпус и несущую рабочий элемент часть, причем корпус выполнен в виде втулки со сквозными радиальными прорезями, расположенными диаметрально одна другой, а несущая часть выполнена в виде упругой металлической ленты, концы которой закреплены в указанных прорезях, при этом рабочий элемент выполнен в виде нанесенного на наружную часть металлической ленты абразивного слоя и (в другом случае) в виде абразивной ленты с нанесенным на ее нерабочей стороне клейким веществом [1].

Недостатками известного инструмента являются повышение температуры выше критической в зоне резания при больших скоростях шлифования, при которой образуются прижоги и микротрещины, кроме того, невысокая эффективность обработки, так как только 5...15% абразивных зерен участвуют в резании, остальные - нережущие: одни - идут по следу предыдущих зерен и попадают в ранее прорезанные канавки и стружки не снимают, другие - пластически деформируют металл, третьи - глубоко утоплены в связку и в резании не участвуют и т.д. [2].

Известен упругий винтовой инструмент для обработки отверстий, содержащий корпус в виде втулки с радиальными прорезями и рабочий режущий элемент в виде упругой металлической ленты с абразивным слоем, концы которой закреплены в указанных прорезях [3]. При этом рабочий режущий элемент выполнен в виде упругой металлической ленты, свернутой в витки винтовой линии, количество которых не менее двух витков, и с шириной впадины между витками, определяемой по приведенной зависимости.

Недостатками известного инструмента являются повышение температуры выше критической в зоне резания при больших скоростях шлифования, при которой образуются прижоги и микротрещины, кроме того, невысокая эффективность обработки, так как только 5...15% абразивных зерен участвуют в резании, остальные - нережущие: одни - идут по следу предыдущих зерен и попадают в ранее прорезанные канавки и стружки не снимают, другие - пластически деформируют металл, третьи - глубоко утоплены в связку и в резании не участвуют и т.д. Кроме того, инструмент не позволяет легко оптимизировать процесс обработки в производственных условиях при изменении обрабатываемого материала, химико-термической операции, режущего инструмента, технических условий, режимов резания и др.

Задача изобретения - повышение точности и производительности обработки, эффективности резания алмазно-абразивными зернами и снижение теплонапряженности процесса шлифования за счет винтового расположения режущей поверхности и высокой упругости инструмента, а также возможности управления обработкой, и упрощение конструкции инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого упругого винтового алмазно-абразивного инструмента для обработки отверстий, содержащего корпус в виде втулки и рабочий режущий элемент в виде упругого металлического элемента, свернутого в витки винтовой линии, с алмазно-абразивным слоем, причем рабочий режущий элемент выполнен в виде упругой металлической проволоки свернутой в витки винтовой линии, концы которой закреплены в корпусе и на штоке, последний расположен в центральном отверстии корпуса и совершает возвратно-вращательные движения относительно продольной оси благодаря имеющемуся винтовому пазу и шпонке, входящей в паз и закрепленной в корпусе. Кроме того, в качестве упругого металлического элемента применяется проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного и др. разновидности сечения с алмазно-абразивным слоем на гибкой связке, а также из алмазно-абразивной шкурки.

На фиг.1 изображена схема обработки отверстия предлагаемым инструментом и частичный продольный разрез инструмента; на фиг.2 - общий вид инструмента и его положение при вводе в обрабатываемое отверстие; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, крепление конца упругого инструмента в корпусе; на фиг.4-7 - поперечное сечение упругого металлического элемента, изготовленного из проволоки из стали, соответственно круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного сечения с алмазно-абразивным слоем.

Предлагаемый упругий винтовой алмазно-абразивный инструмент служит для обработки отверстий. Он содержит корпус 1 в виде втулки, в центральном отверстии которого расположен шток 2, имеющий возможность возвратно-вращательного движения относительно продольной оси благодаря имеющемуся винтовому пазу 3 и шпонке 4, входящей в паз 3 и закрепленной в корпусе 1. К корпусу 1 с помощью резьбовой втулки 5 и гайки 6 одним концом прикреплен рабочий режущий элемент в виде упругого металлического элемента, свернутого в витки винтовой линии, с алмазно-абразивным слоем 7. Рабочий режущий элемент выполнен в виде упругой металлической проволоки 8, свернутой в витки винтовой цилиндрической пружины растяжения. Упругий рабочий режущий элемент - пружина выполнена из проволоки, например по ГОСТ 9389-75, обладающей высокой разрывной прочностью. В качестве материала проволоки используют сталь 65Г, 50ХФА, 60С2А, 65С2ВА по ГОСТ 14595-79. Стальную углеродистую холоднотянутую проволоку, применяемую для изготовления рабочего элемента инструмента, навивают в холодном состоянии и не подвергают закалке. Концы пружины свернуты в кольца, которыми она закреплена в корпусе 1 и на штоке 2. На штоке 2 упругий рабочий режущий элемент - пружина закреплена аналогично закреплению на корпусе: с помощью резьбовой втулки 9 и гайки 10. В качестве упругого металлического элемента применяется проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного и другой конфигурации сечения с алмазно-абразивным слоем 7 на гибкой связке, а также из алмазно-абразивной шкурки. Диаметр проволоки зависит от диаметра обрабатываемого отверстия (диапазона отверстий) от нескольких десятков микрометров и толще. Упругая металлическая проволока 8 свита в витки винтовой пружины диаметром несколько больше диаметра обрабатываемого отверстия D_з, количество витков не менее двух, шириной впадины B_z между витками не менее половины ширины витка В_р: т.е. B_z>0,5В_р, где В_р - ширина алмазно-абразивного рабочего слоя, нанесенного на металлической проволоке.

Ввод упругого винтового алмазно-абразивного инструмента в обрабатываемое отверстие заготовки диаметром D_з производят в растянутом положении пружины, при максимальной ее длине L_max, которая, вытягиваясь, уменьшается в диаметре до значения D_min, меньшего D_з. Кроме того, уменьшению диметра пружины способствует вращение штока при выдвижении его (движение вниз, согласно фиг.1-2) из корпуса. Вращение штока в этом направлении закручивает пружину, уменьшая ее диаметр до значения D_min, и инструмент свободно вводится в необработанное отверстие заготовки, т.к. D_з>D_min.

При обработке отверстий предлагаемому инструменту сообщают вращательное V_p относительно продольной оси и возвратно-поступательное S_пр движения. Кроме того, шток 2 вращают относительно корпуса 1 и втягивают в корпус, тем самым сближают концы пружины, раскручивая ее. При этом наружный диаметр пружины увеличивается, а благодаря упругим свойствам проволоки и пружины в целом обеспечивается радиальная подача, необходимая для резания и съема оставленного под шлифование припуска.

На наружную поверхность винтовой металлической проволоки 8, которая контактирует с обрабатываемой поверхностью, известными способами наносится алмазно-абразивный слой 7 на гибкой связке, например гальваноспособом и т.п. В другом случае алмазно-абразивная рабочая режущая поверхность 7 металлической проволоки 8 может быть выполнена в виде отдельных приклеенных полос алмазно-абразивной шкурки.

Рабочая режущая поверхность, полученная таким образом, является винтовой цилиндрической алмазно-абразивной поверхностью с аксиально-смещенным в продольном направлении режущим слоем, способствующей снижению температуры обработки благодаря впадине B_z между витками и свободному проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания.

Кроме того, аксиально-смещенный режущий слой винтовой пружины позволяет интенсифицировать процесс шлифования, большее количество режущих зерен становятся рабочими, которые не идут вслед за предыдущими, не попадая в ранее прорезанные канавки. Равномерное действие упругих сил металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, повышает точность и производительность обработки, а также снижает теплонапряженность процесса за счет прерывистой в продольном направлении зоны резания.

Биение корпуса 1 штока 2 не влияет на биение металлической проволоки 8, свернутой в витки винтовой поверхности, так как этот инструмент свободно размещается и ориентируется в обрабатываемом отверстии.

Проводилась обработка отверстия гильзы на внутришлифовальном станке мод. 3К227В, оснащенном предлагаемым упругим винтовым инструментом. Материал обрабатываемой заготовки: труба 140×10 ГОСТ 8734-75/В40Х ГОСТ 8733-74, НВ 280, диаметр обрабатываемого отверстия ⊘125 мм, режущий инструмент - шлифовальная шкурка на тканевой основе, рулонная, по ГОСТ 5009-82, водостойкая, двухслойная; абразивный материал - 24А, зернистость абразива - 80. Шлифовальная шкурка отдельными лентами приклеивалась клеем БФ к наружной поверхности металлической (из стали 65Г) проволоки (в поперечном сечении полукруг) диаметром 9 мм. Режимы обработки: скорость вращения шпинделя - V_в=29,5 м/с (n_max=4500 мин^-1), продольная подача S_пр=3600 мм/мин, припуск на обработку - 0,1 мм, давление инструмента на обрабатываемую поверхность - 0,05 МПа, охлаждающая жидкость - сульфофрезол.

Предлагаемый инструмент позволяет повысить точность и производительность обработки за счет уменьшения величины биения инструмента при простоте конструкции и снижении металлоемкости последнего, снизить теплонапряженность процесса за счет прерывистой в продольном направлении и аксиально-смещенной зоны резания благодаря винтовому расположению режущей поверхности, управлять величиной радиальной подачи за счет поворота штока относительно корпуса, а также упростить управление обработкой и конструкцию инструмента.

Источники информации

1. А.с. СССР №1634469, кл. B24D 17/00, B24B 33/02. Н.М.Харлов. Упругий инструмент для обработки отверстий. Заявка №4387363/08, заяв. 22.03.88, опуб. 15.03.91. Бюл. №10.

2. Зубарев Ю.М., Приемышев А.В. Технологические основы высокопроизводительного шлифования сталей и сплавов. - СПб.: Изд. С.-Петербургского университета, 1994. С.18-20.

3. Патент №2217294, МПК⁷ B24D 17/00. Упругий винтовой инструмент для обработки отверстий. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С. и др. Заявка №2002105076/02, заяв. 26.02.2002, опуб. 27.11.2003. Бюл. №33 - прототип.

1. Упругий винтовой алмазно-абразивный инструмент для обработки отверстий, содержащий корпус в виде втулки и рабочий режущий элемент в виде свернутого в витки винтовой линии упругого металлического элемента с алмазно-абразивным слоем, отличающийся тем, что рабочий режущий элемент выполнен в виде свернутой в витки винтовой линии упругой металлической проволоки, концы которой закреплены в корпусе и на штоке, расположенном в центральном отверстии корпуса и имеющем винтовой паз, при этом шток установлен с возможностью возвратно-вращательного движения относительно его продольной оси посредством его винтового паза и шпонки, входящей в паз и закрепленной в корпусе.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что использована упругая металлическая проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного сечения с алмазно-абразивным слоем, выполненным на гибкой связке или из алмазно-абразивной шкурки.