Комбинированный упругий инструмент

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к механической обработке отверстий гильз и цилиндров двигателей. Инструмент содержит корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток, рабочие антифрикционные и деформирующие элементы. Рабочие деформирующие элементы выполнены в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины. Рабочие антифрикционные элементы выполнены в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины. Упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием. Концы винтовых цилиндрических пружин закреплены в корпусе и на штоке. Шток выполнен с винтовым пазом, в котором размещена шпонка, закрепленная в корпусе, из условия осуществления вращательных движений штока относительно продольной оси корпуса для обеспечения ввода в обрабатываемое отверстие комбинированного инструмента и его радиальной подачи. В результате улучшается качество обработки и повышается производительность. 7 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения к механической обработке отверстий в металлических деталях машин и может быть использовано при изготовлении гильз и цилиндров компрессоров и двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ и инструмент с чередующимися в окружном направлении антифрикционными брусками и деформирующими элементами, которым сообщают вращательное и возвратно-поступательное перемещение вдоль оси заготовки, при этом в качестве деформирующих элементов используют ролики в виде эллипсоидов вращения, оси которых устанавливают под углом к оси инструмента с возможностью свободного вращения, причем угол наклона роликов и скорости выбирают из приведенных соотношений [1].

Недостатками известного инструмента и способа являются сложность конструкции и дороговизна изготовления инструмента, причем небольшая рабочая площадь инструмента снижает интенсивность обработки больших внутренних поверхностей и производительность обработки.

Задача изобретения - улучшение качества обработки путем повышения задиростойкости обработанной поверхности, увеличение износостойкости поверхности заготовки при снижении коэффициента трения, повышение производительности, точности и эффективности обработки за счет увеличения рабочей площади инструмента благодаря винтовому расположению рабочей обрабатывающей поверхности и высокой упругости инструмента, а также возможности управления обработкой и упрощение конструкции инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого комбинированного упругого инструмента для обработки отверстий гильз и цилиндров двигателей, содержащий корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток, рабочие антифрикционные и деформирующие элементы, причем рабочие деформирующие элементы выполнены в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины, рабочие антифрикционные элементы выполнены в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины, упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием, концы винтовых цилиндрических пружин закреплены в корпусе и на штоке, при этом последний выполнен с винтовым пазом, в котором размещена шпонка, закрепленная в корпусе, из условия осуществления вращательных движений штока относительно продольной оси корпуса для обеспечения ввода в обрабатываемое отверстие комбинированного инструмента и его радиальной подачи.

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 антифрикционным слоем.

Предлагаемый комбинированный упругий инструмент служит для повышения качества отверстий при изготовлении гильз и цилиндров двигателей внутреннего сгорания и компрессоров.

Инструмент содержит корпус 1 в виде втулки, в центральном отверстии которого расположен шток 2, имеющий возможность возвратно-вращательного движения относительно корпуса и продольной оси благодаря имеющемуся винтовому пазу 3 и шпонки 4, входящей в паз 3 и закрепленной в корпусе 1.

Инструмент имеет чередующиеся в продольном направлении антифрикционные 5 и деформирующие 6 элементы, которые выполнены в виде упругой металлической проволоки свернутой в витки двухзаходной винтовой цилиндрической пружины. Одним заходом является пружина с витками 5 с антифрикционным покрытием, а другим заходом - вторая пружина с деформирующими витками 6. Антифрикционное покрытие, применяемое при противозидирной обработке, содержит, например, медь, олово, цинк, дисульфид молибдена, графит и другие компоненты и представляет собой композиционный материал конструкционного характера, который наносится известными способами на наружную поверхность витков одной из пружин 5. Изготовляют пружины 5 и 6 путем навивки с удвоенным шагом 2Р, чтобы в собранном инструменте получить двухзаходную винтовую цилиндрическую пружину с шагом Р и чередующимися в продольном направлении антифрикционными 5 и деформирующими 6 элементами. С каждого торца такой сборной пружины образуются по два конца, которые закреплены в корпусе 1 с помощью винтов 7, а на штоке 2 - с помощью фланца 8, который неподвижно установлен на конце штока 2, и винтов 9.

Радиальная подача осуществляется за счет дополнительного возвратно-поступательного движения штока 2 в корпусе 1, а благодаря имеющемуся винтовому пазу 3 и шпонки 4, входящей в паз и закрепленной в корпусе, шток совершает возвратно-вращательные движения относительно корпуса и продольной оси.

В качестве упругого металлического элемента пружины применяется проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного сечения с антифрикционным слоем на гибкой связке.

Рабочий режущий элемент, выполненный в виде упругой металлической проволоки, свернут 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, 65С2 ВА по ГОСТ 14595-79. Стальную углеродистую холоднотянутую проволоку, применяемую для изготовления рабочих элемента инструмента, навивают в холодном состоянии и не подвергают закалке.

Диметр проволоки зависит от диаметра обрабатываемого отверстия (диапазона отверстий) от нескольких десятков микрометров и толще. Упругая металлическая проволока свита в витки винтовых пружин диаметром несколько больше диаметра обрабатываемого отверстия D_з, количество антифрикционных и деформирующих витков не менее двух, шириной впадины B_z между витками не менее одной трети шага пружины: т.е. B_z>1/3Р, где Р - шаг винтовой пружины.

Ввод упругого 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 втягивают в корпус 1 и он, вращаясь относительно корпуса за счет винтового паза 3 и шпонки 4, сближает концы пружины, раскручивая ее. При этом наружный диаметр пружины увеличивается, а благодаря упругим свойствам проволоки и пружины в целом обеспечивается радиальная подача, необходимая для противозадирной обработки элементами из мягкого материала и для поверхностного пластического деформирования (ППД).

Рабочая поверхность, полученная таким образом, является винтовой цилиндрической поверхностью с аксиально-смещенным в продольном направлении рабочим слоем, способствующей снижению температуры обработки благодаря впадине B_z между витками и свободному проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки, если это требуется по технологическому процессу.

Кроме того, аксиально-смещенный рабочий слой винтовой пружины позволяет интенсифицировать процесс обработки. 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 обработки.

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

Способ, реализуемый с помощью предлагаемого инструмента, обработки гильз и цилиндров двигателей включает алмазно-абразивную обработку известной хонинговальной головкой или подобным предлагаемому инструментом, но оснащенным винтовой пружиной с алмазно-абразивным слоем, с получением требуемого микрорельефа и последующую противозадирную обработку элементами из мягкого материала инструментом описанной конструкции.

В процессе противозадирной обработки шток освобождает упругие силы пружин, которые, раскручиваясь, увеличиваются в диаметре и соприкасаются витками с антифрикционным покрытием с обрабатываемой поверхностью и заполняют впадины микропрофиля. Деформирующие витки также соприкасаются с обрабатываемой поверхностью.

Вращение и возвратно-поступательное перемещение инструмента относительно обрабатываемой заготовки приводят к обкатыванию поверхности деформирующими витками и улучшают степень заполнения микропрофиля антифрикционными материалами.

После завершения обработки шток 2 выдвигается из корпуса (на фиг.1-2, движение вниз) пружина растягивается и уменьшается в диаметре и антифрикционные и деформирующие слои отходят от обрабатываемой поверхности.

Пример. Обработку осуществляют на хонинговальном станке мод. ОФ-38а для гильз цилиндров двигателей ЗМ3-53 - ⊘92 мм. Предварительный микрорельеф поверхности формируют методом алмазного хонингования подобным предлагаемому инструментом с алмазным слоем АБХ 100×10×5×3 АС 32 100/80 М08-4 - 100%. В качестве деформирующих элементов используют витки пружины ⊘100 мм, свитой из проволоки ⊘10 мм из стали 65Г.

Противозадирную обработку осуществляют антифрикционными элементами в виде витков пружины ⊘100 мм, свитой из проволоки ⊘10 мм из стали 65Г, в поперечном сечении - полукруг. Антифрикционный слой БХА 100×10×5 KM 2/10-М08-1Ц из композиционного материала конструкционного характера, содержащего медь, олово, цинк, дисульфид молибдена, графит и другие компоненты. Режимы обработки следующие: скорость вращения инструмента V_p=1,1 м/с; скорость возвратно-поступательного движения S_пр=0,35 м/с; давление разжима антифрикционных и деформирующих витков (силы упругости пружины) - 0,2...0,3 МПа; время обработки - 42 с. В качестве контролируемых параметров исследований, проводимых на машине трения СМЦ-2, принимались задиростойкость и износ обработанной поверхности. Анализ полученных результатов показывает, что способ, реализуемый предлагаемым инструментом, для обработки гильз и цилиндров двигателей позволяет по сравнению с известным способом улучшить качество обработки путем повышения задиростой кости обработанной поверхности в 1,8 раза, увеличения износостойкости поверхности заготовки при снижении коэффициента трения на 35%.

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 №1583262, МПК⁵ В24В 1/00, 33/08. И.X.Чеповецкий, С.А.Ющенко, С.И.Будник. Способ финишной обработки гильз и цилиндров двигателей. Заявка №4387441/31-08; 21.12.87; 07.08.90; Бюл. №29 - прототип.

Комбинированный упругий инструмент для обработки отверстий гильз и цилиндров двигателей, содержащий корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток, рабочие антифрикционные и деформирующие элементы, отличающийся тем, что рабочие деформирующие элементы выполнены в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины, рабочие антифрикционные элементы выполнены в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины, упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием, концы винтовых цилиндрических пружин закреплены в корпусе и на штоке, при этом последний выполнен с винтовым пазом, в котором размещена шпонка, закрепленная в корпусе, из условия осуществления вращательных движений штока относительно продольной оси корпуса для обеспечения ввода в обрабатываемое отверстие комбинированного инструмента и его радиальной подачи.