Способ финишной обработки поверхностей прецизионных деталей

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при финишной обработке поверхностей прецизионных деталей. Способ включает предварительную обработку заготовки с обеспечением макрогеометрии ее поверхности и последующее формирование на ней маслоудерживающего рельефа, который формируют на станке с ЧПУ путем нанесения сферической фрезой взаимно перпендикулярных канавок с параметрами, обеспечивающими получение толщины смазочной пленки не менее 5 мкм, приходящейся на единицу площади обрабатываемой поверхности. Обеспечивается получение оптимальной равномерной маслоудерживающей поверхности на всей плоскости детали.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к финишной обработке поверхности прецизионных деталей, включающей нанесение макрорельефа на ее поверхность на последнем этапе обработки.

В качестве финишной операции для этой цели в отдельных случаях используется шабрение - прецизионное выравнивание поверхности специальным ручным инструментом - шабером. Это - крайне трудоемкая и низко производительная операция, требующая:

- высокую квалификацию рабочих;

- большие затраты времени на подготовку.

Существуют специальные способы обработки деталей, в результате которых образуется поверхность с регулярным микрорельефом.

Известен способ формирования регулярных микрорельефов, который заключается в поверхностно-пластической деформации поверхности инструментом с радиусом при вершине (шарик, индентор и т.п.) с заданным шагом и усилием (Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение. 1982 - с. 84).

Однако профиль, полученный этим способом, имеет участки с минимальной кривизной между канавками, испытывающие более высокие контактные нагрузки по сравнению с впадинами, и потому наиболее уязвимы при эксплуатации, быстрее изнашиваются и разрушаются из-за неравномерности по высоте и шагу шероховатости.

Известен способ формирования микрорельефа на поверхности детали (RU 2297314, В24В 39/00, 07.06.2005 г.), включающий вращение детали, ее подачу и формирование на ее поверхности двухуровневого регулярного микрорельефа, комбинированного по высоте путем вибронакатывания канавок шаром и индентором, при этом канавки, накатанные индентором, располагают между канавками, накатанными шаром, отличающийся тем, что канавки создают синусоидальными путем вибронакатывания шаром радиусом Rш=1,5-2,0 мм с усилием Рш=160-500 Н и индентором радиусом Rинд=0,5-0,8 мм с усилием Ринд=80-250 Н, причем канавки, накатанные индентором, формируют с меньшим шагом и меньшей высотой, чем канавки, накатанные шаром.

Недостаток указанного способа заключается в следующем.

При вибронакатывании канавок на поверхности детали возникают контактные напряжения. В случае вибронакатывания микрорельефа на поверхности дисков малой толщины эти напряжения могут послужить причиной возникновения остаточных деформаций и увеличения неплоскостности поверхности.

Также известен способ формирования плосковершинного регулярного микрорельефа выглаживанием (RU 2401731, В24В 39/00, 10.01.2010 г.), отличающийся тем, что обработку поверхности заготовки производят в два этапа, на первом этапе создают регулярный рельеф канавок инструментом для выглаживания с рабочей формой, соответствующей профилю канавки, а на втором этапе формируют плосковершинный профиль выглаживателем, формирующим плосковершинный профиль.

Недостатком данного способа является неоднородность маслоудерживающей поверхности и, следовательно, неравномерный ее износ.

Наиболее близким по технической сущности является «Способ формирования смазочных карманов на поверхности детали» (RU 2458776, В24В 39/00, 27.08.2010 г.), включающий предварительную механическую обработку заготовки с обеспечением макрогеометрии ее поверхности и последующее нанесение на ее поверхности маслоудерживающего регулярного микрорельефа, отличающийся тем, что нанесение маслоудерживающего регулярного микрорельефа осуществляют путем выглаживания поверхности заготовки со скоростью более 120 м/мин, обеспечивающей совершение выглаживателем автоколебательных движений с частотой более 1000 с^-1 с нанесением им ударов по поверхности заготовки.

Недостатком данного способа является: недопустимость ударного воздействия на поверхность прецизионных деталей гидропередач. При ударе инструмента о поверхность детали имеют место высокие контактные динамические напряжения, которые могут привести к росту дефектов кристаллической решетки и продвижению внутри нее дислокаций. В результате этого могут возникнуть нежелательные остаточные деформации или образоваться микротрещины, снижающие усталостную прочность детали.

Техническим результатом заявляемого способа является создание оптимальной равномерной маслоудерживающей поверхности на всей плоскости детали, обеспечивающей получение толщины смазочной пленки не менее 5 мкм.

Заявляемый способ финишной обработки поверхностей прецизионных деталей, включающий предварительную обработку заготовки с обеспечением макрогеометрии и последующее формирование на ней маслоудерживающего рельефа, отличается тем, что маслоудерживающий рельеф формируют на станке с ЧПУ путем нанесения сферической фрезой взаимно перпендикулярных канавок с параметрами, обеспечивающими получение толщины смазочной пленки не менее 5 мкм, приходящейся на единицу площади обрабатываемой поверхности, и выбранными из условия:

где

а - длина канавки;

b - ширина канавки;

R - радиус сферической фрезы;

h - глубина канавки;

F₀ - единичная площадь;

n - количество канавок, приходящихся на единицу площади.

Сравнение заявляемого способа с другими техническими решениями показывает, что применение данного способа позволяет:

1) получить высокую точность формы детали по неплоскостности за счет предварительной обработки;

2) обеспечить оптимальные условия смазки за счет равномерного однородного микрорельефа;

3) повысить усталостную прочность деталей за счет снижения контактных динамических напряжений при формировании микрорельефа.

В качестве примера рассмотрим способ финишной обработки поверхности распределительных дисков гидравлических передач.

По предлагаемому способу обрабатывали распределительный диск гидравлических передач диаметром 180 мм, толщиной 8 мм. На плоскодоводочном станке производили операцию плоской доводки диска. В качестве инструмента использовали абразивный круг со связанным абразивом (алмаз). Плоскостность диска после доводки составила 1,5 мкм по всей поверхности. Далее, для формирования маслоудерживающего микрорельефа осуществляли фрезерную операцию на станке с ЧПУ. Экспериментально было установлено, что с использованием сферической фрезы диаметром ⌀ (10…12) мм на поверхности диска были нанесены взаимно перпендикулярные штрихи глубиной h=(0,008…0,012) мм, длиной а=(3…4) мм с расстоянием между штрихами не менее 1 мм, что в результате обеспечило:

1) разбивку единичной поверхности (квадрат со стороной 25 мм) на 25 частей;

2) толщину смазочной пленки на поверхности детали не менее 5 мкм.

Экспериментально полученные зависимости позволили получить заданную толщину смазочной пленки.

Ширина канавки зависит от диаметра фрезы и глубины фрезерования.

Введем обозначения:

а - длина канавки;

b - ширина канавки;

R - радиус сферической фрезы;

h - высота канавки (глубина фрезерования).

Ширину канавки можно выразить через ее высоту и радиус фрезы:

Объем смазочной канавки складывается из объемов сферической и цилиндрической частей:

Объем сферической части канавки:

Объем цилиндрической части канавки:

Толщина смазочной пленки:

где n - количество смазочных канавок, приходящихся на единицу площади (квадрат со стороной 25 мм)

F₀ - единичная площадь.

Установлено, что для получения оптимальной толщины смазочной пленки, равной 5 мкм, на поверхности распределительных дисков гидравлических передач необходимо сформировать смазочные канавки со следующими параметрами:

R~5 мм; а~3 мм; h~0.01 мм; n~50.

Таким образом, предлагаемый способ финишной обработки поверхностей прецизионных деталей по сравнению с существующими позволяет получить:

- высокую точность формы поверхности за счет предварительной плоской доводки и безударного нанесения микрорельефа;

- повышенную усталостную прочность за счет отсутствия динамических остаточных контактных напряжений во время формирования микрорельефа;

- благоприятные условия смазки поверхностей за счет создания однородного микрорельефа на поверхности детали.

Способ финишной обработки поверхностей прецизионных деталей, включающий предварительную обработку заготовки с обеспечением макрогеометрии ее поверхности и последующее формирование на ней маслоудерживающего рельефа, отличающийся тем, что маслоудерживающий микрорельеф на поверхности детали формируют на станке с ЧПУ путем нанесения сферической фрезой взаимно перпендикулярных канавок с параметрами, обеспечивающими получение толщины смазочной пленки (∆) не менее 5 мкм, приходящейся на единицу площади обрабатываемой поверхности, и выбранными из условия:

где
n - количество канавок;
F₀ - единичная площадь;
V_к - объем смазочной канавки, определяемой по формуле:

где
V_сф - объем сферической части канавки;
V_цил - объем цилиндрической части канавки;
а - длина канавки;
b - ширина канавки;
R - радиус сферической фрезы;
h - глубина канавки.