Игло-упрочняющая фреза для обработки винтов с полуоткрытой поверхностью
Владельцы патента RU 2366546:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU)
Фреза выполнена в виде концевой фасонной фрезы и содержит корпус, по периферии которого в пазах размещены обрабатывающие элементы, включающие режущие элементы в виде пучков проволочного ворса и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины, поочередно размещенные в упомянутых пазах корпуса. Технический результат: расширение технологических возможностей. 6 ил.
Изобретение относится к металлообработке, к технологии машиностроения, в частности к конструкциям металлорежущих инструментов, и может быть использовано при проектировании и изготовлении фрез, например, для чистовой и упрочняющей обработки винтов с полуоткрытой поверхностью.
Известны конструкции фрез для фрезерования винтов и червяков в виде дисковых или пальцевых фрез, профиль которых определяют для каждого конкретного типа винта, с помощью которых ведется обработка на резьбофрезерных и специально-фрезерных станках [1].
Недостатками известных фрез являются ограниченность технологических возможностей, так как они не позволяют фрезерование винтов с полуоткрытой поверхностью, а для упрочнения и повышения износостойкости рабочей полуоткрытой поверхности необходимо вводить дополнительную операцию - все это делает фрезерование дорогим и малопроизводительным.
Задача изобретения - расширение технологических возможностей по чистовой и упрочняющей обработке тел вращения и поверхностей сложной формы, в том числе обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, например винтов счетчиков жидкости с использованием универсальных токарных станков и комбинированного отделочно-упрочняющего инструмента, сборки и настройки его, повышение производительности, качества обработки и стойкости инструмента.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемой фрезы для обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, которая выполнена в виде концевой фасонной фрезы и содержащая корпус, по периферии которого в пазах размещены обрабатывающие элементы, включающие режущие элементы в виде пучков проволочного ворса и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины, поочередно размещенные в упомянутых пазах корпуса.
Сущность предлагаемой конструкции игло-упрочняющей фрезы поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема чистовой упрочняющей обработки винта с полуоткрытой поверхностью предлагаемой концевой фрезой на токарном станке; на фиг.2 - поперечное сечение А-А фрезы на фиг.1; на фиг.3 - общий вид концевой игло-упрочняющей фрезы; на фиг.4 - частичное продольное сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - элемент В на фиг.4, вариант крепления фасонных витков проволочной пружины; на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.5.
Предлагаемая фреза относится к комбинированному инструменту, так как снабжена поочередно расположенными режущими и упрочняющими зубьями. Фреза предназначена для чистового фрезерования винтов 1 с полуоткрытой поверхностью, при этом она выполнена концевой 2 с коническим хвостовиком, работающей торцом и периферией. Фреза 2 установлена так, что ее центральная продольная ось расположена перпендикулярно образующей периферийной поверхности обрабатываемого витка винта 1. Предлагаемая фреза используется после черновой обработки заготовки винта 1 с полуоткрытой поверхностью, когда спрофилированы витки заготовки и оставлен припуск под чистовую обработку.
Фреза 2 выполнена концевой фасонной, по периферии корпуса которой в пазах поочередно размещены режущие элементы в виде пучков проволочного ворса 3 и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины 4.
Фрезе 2 сообщают независимое вращение относительно собственной оси с частотой VФ, а заготовке 1 винта вращательное движение VЗ, согласованное с продольной подачей фрезы SПР, равной шагу Т обрабатываемого винта, и подачу врезания SВР на каждый продольный проход фрезы.
Работа предлагаемой фрезой осуществляется следующим образом.
Инструмент устанавливается на шпиндель фрезерной головки (не показана), которая устанавливается, например, на поперечном суппорте токарного станка, при этом фрезе сообщается вращательное движение и продольная подача. Концы проволочного ворса, взаимодействуя с обрабатываемой поверхностью, осуществляют микрорезание. При небольшом вылете ворса (15…20 мм) инструмент работает как иглофреза.
Вслед за обработкой поверхности иглофрезерованием ведется фрикционное поверхностное упрочнение элементами в виде фасонных витков проволочной пружины 4. Инструмент вращается с окружной скоростью V=60…70 м/мин и прижимается с постоянным усилием 600…1000 H к обрабатываемой детали.
Деформирующие элементы 4 являются витками из стали круглого сечения винтовой фасонной пружины, отрезки которой установлены в пазах корпуса. Витки 4 закреплены в пазах корпуса, например, с помощью планок 5 винтами 6. Жесткое закрепление витков в пазах корпуса, например, с помощью сварки предпочтительнее и позволяет получать стабильное качество обработки. Винтовая фасонная пружина 4 установлена на одном наружном диаметре с иглофрезерными участками 3.
Сущность процесса заключается в том, что при обработке комбинированной фрезой она устанавливается так, что иглофрезерные участки 3 снимают припуск, оставленный под чистовую обработку, одновременно с этим деформирующие элементы 4 оказываются установленными с некоторым натягом относительно обрабатываемой заготовки. Благодаря натягу наружная часть витков пружины, контактирующая с заготовкой, смещается в радиальном направлении к центру фрезы и эффективно упрочняет обрабатываемую поверхность. Деформирующие элементы 4 при этом оказывают выглаживающее действие по поверхности заготовки, пластически деформируя ее.
В результате пластической деформации микронеровностей и поверхностного слоя параметр шероховатости поверхности повышается до Ra=0,1…0,4 мкм при исходном значении Ra=0,8…3,2 мкм. Твердость поверхности увеличивается на 30…80% при глубине наклепанного слоя 0,3…3 мм. Остаточные напряжения сжатия достигают на поверхности 400…800 МПа.
Иглофрезерную упрочняющую обработку применяют при изготовлении заготовок из цветных металлов и сплавов, чугуна и стали твердостью до HRC 58…64.
Деформирующие элементы 4 инструмента, т.е. витки пружины, изготовливают из сталей: легированных ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, углеродистых инструментальных У10А, У12А, быстрорежущих Р6М5, Р9. Твердость рабочей поверхности витков из сталей HRC 62…65. Параметр шероховатости рабочего профиля витков пружины Ra=0,32 мкм.
Условия обработки, такие как: твердость поверхностного слоя, глубина наклепа и шероховатость поверхности зависят от силы упрочнения и числа упрочняюще-деформирующих элементов, приходящихся на 1 мм2 поверхности. Эти параметры, в свою очередь, зависят от окружной скорости инструмента, натяга, размера витков, их числа в корпусе, частоты вращения заготовки, величины подачи на один оборот заготовки и числа проходов.
В зону обработки подают смазывающе-охлаждающую среду (СОС), например масло минеральное И-12А, которое обеспечивает быстрое охлаждение упрочняемой поверхности. В результате упрочнения на поверхности детали возникают структуры слоев толщиной 100…150 мкм с повышенной микротвердостью (7…10 ГПа).
Использование предлагаемого комбинированного инструмента позволяет повысить эффективность использования инструмента в целом, а также части его - иглофрезы с надежным креплением проволочного ворса за счет повышения набивки ворса и жесткости иглофрезы. Надежность крепления ворса позволяет высокопроизводительно и качественно удалять значительные припуски, т.е. работать в тяжелых условиях. Что касается упрочняющей части инструмента, то она проста по конструкции и надежна в эксплуатации. Получаемые на поверхности упрочняемой детали структуры слоев обладают повышенной твердостью, а соответственно износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению.
Комбинированный способ расширяет технологические возможности обработки благодаря совмещению иглофрезерования и упрочнения, сокращает вспомогательное время, повышает в 2…2,5 раза производительность обработки, улучшает качество и шероховатость обрабатываемой поверхности.
Пример. На модернизированном токарном станке мод. 16К20Т1 обрабатывались винты с полуоткрытой поверхностью счетчика жидкости ППВ-100, которые имели следующие размеры: общая длина - 342,5 мм; длина винтовой части - 292 мм; наружный радиус сечения винта - 60f 8 мм; внутренний радиус сечения винта - 24f 8 мм; шаг винтовой линии - Т=140 мм; количество витков - 2; угол наклона оси фрезы к плоскости, перпендикулярной продольной оси заготовки, - 14° (фиг.1). Заготовки винтов изготовлены из силумина АЛ2, НВ 50. Модернизация станка заключалась в установлении на поперечном суппорте фрезерной головки с индивидуальным приводом. Перед обработкой на данной операции в заготовках были изготовлены базовые поверхности: с одной стороны подрезан торец и просверлено центровочное коническое отверстие, а с другой стороны - технологическая шейка определенной длины, позволяющая свободный выход фрезы после очередного прохода. Технологическая шейка удалялась после полного изготовления винта. Заготовка винта на предыдущей операции подвергалась черновой обработке фрезерованием витков с оставлением припуска 0,5…1 мм под чистовую обработку. На данной чистовой операции заготовка закреплялась в патроне 7 шпинделя 8 передней бабки 9 и поджималась центром 10 задней бабки 11.
Испытаниями установлено, что при условии одинаковой производительности (в сравнении с технологическим процессом, действующим на ОАО «Ливгидромаш») стойкость предлагаемого инструмента возросла в 2,2…2,6 раза по сравнению с обработкой фасонными резцами, улучшилась шероховатость обработанной поверхности, повысилась производительность благодаря уменьшению количества проходов и повысилась виброустойчивость процесса.
Предлагаемый инструмент расширяет технологические возможности, обеспечивает иглофрезерование как перед поверхностным пластическим деформированием, так и после него, повышает параметры шероховатости обработанной поверхности, увеличивает ее твердость на значительную глубину благодаря выглаживающему действию за счет периодического, совмещенного и последовательного воздействия на обрабатываемую поверхность иглофрезерных и деформирующих элементов, увеличивает производительность за счет увеличения пятна контакта деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, длительность работы и срок службы инструмента, а также сокращает расходы на изготовление инструмента и снижает себестоимость процесса иглофрезерной и упрочняющей обработки.
Источники информации
1. Справочник технолога-мишиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерикова. - 4-е изд., перераб. и доб. - М.: Машиностроение, 1980. С.371-373.
2. Гавриленко И.Г. Способ совмещения предварительной и окончательной иглофрезерной зачистки цилиндрических деталей // Автоматизация и современные технологии. - 1992. - №9. - С.27-30.
Фреза для обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, выполненная в виде концевой фасонной фрезы и содержащая корпус, по периферии которого в пазах размещены обрабатывающие элементы, включающие режущие элементы в виде пучков проволочного ворса, и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины, поочередно размещенные в упомянутых пазах корпуса.
