Способ обработки деталей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 24 С 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) "" ® Й4Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4842498/08 (22) 25.06.90 (46) 15.01.93. Бюл. М 2 (71) Физико-технический институт АН БССР (72) Н.Н.Макаров, П.B.Mîèñååíêo, Н.А.Такмакова и Д,И.Кремко (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1215967, кл. В 24 С 1/00, 1984. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ (57) Использование: машиностроение, а . именно при отделочной и эачистной обработках для выполнения финишно-отделочных операций, особенно для деталей большого размера, сложного профиля, тонкостенных и хрупких, а также острых кромок с достижением высокого качества обработанных поверхностей, Сущность изобретения состоит в том, что с целью улучшения качества обработки и расширения технолоИзобретение относится к машиностроению, а именно к способам отделочной и . зачистной обработки, и может быть использовано для выполнения финишно-отделочных операций, особенно для тонкостенных и хрупких деталей больших размеров, сложного профиля, а также острых кромок с достижением высокого качества обработанных поверхностей.

Известен такой способ отделочной обработки, как гидроабразивный метод. Сущность данного способа заключается в комплексном физико-химическом воздействии на поверхность детали твердыми телами и жидкостной средой, подаваемыми струей сжатого воздуха под большим давлением. Смесь жидкости и твердых тел в виде суспензии под действием сжатого воздуха подается через сопло на обрабатываемые

„„5U„„ 1787753 А1 гических возможностей способа, на обрабатываемую поверхность частично погруженную в жидкость воздействуют потоком твердых тел, обеспечивая относительное перемещение обрабатываемой поверхности и данного потока, при этом в качестве твердых тел используют конгломерат абразивных частиц или сами абразивные частицы, плотность которых меньше плотности жидкости, а скорость этого потока задают согласно формуле Ннагг S 1)R 9. где

Рч

Ччаст — скорость плывущих частиц, м/с; рж — плотность жидкости, кг!м; рц — средняя

3, плотность твердых частиц, кг/м; R — радиус

3. кривизны обрабатываемой поверхности м;

g — ускорение свободного падения, м/с . 2 ил;, 2 табл. поверхности деталей. Недостатками известного способа являются низкое качество обработки и нестабильность качественных характеристик на обработанной поверхности, а также невозможность качественной обработки тонкостенных и хрупких деталей сложного профиля. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ абразивной обработки наружной поверхности. Сущность данного способа заключается в том, что щелевым соплом формируют поток рабочего агента и подают параллельно образующей обрабатываемой поверхности, которую приводят во вращение относительно продольной оси.в направлении подачи рабочего агента, причем с целью повышения качества

1787753 обработки поршневых колец путем исключения наклепа обработанной поверхности, щелевое сопло устанавливают. горизонтально и совмещают нижнюю кромку отверстия сопла с плоскостью, касательной к направ.ляющей обрабатываемой поверхности, а йоверхность детали экранируют отражателем потока рабочего агента, который устанавливают на уровне верхней кромки отверстия-сопла.

Hедостатками данного способа являются низкое качество обработки и нестабиль10 костенных и хрупких деталей сложного профиля и стабильной равномерной обработки деталей больших размеров.

Указанные недостатки обусловлены тем, что для хрупких, тонкостенных и слож20 нопрофильных деталей часто неприемлемы как ударнодинамические силовые нагрузки, создаваемые подаваемой под большим давлением струей суспензии (так как при малом давлении последней не будет происходить эффективно процесс зачистки), так и нерав номерность усилий микрореэания по криволинейной обрабатываемой поверхности.

Указанные недостатки способа-прототипа характерны для большинства струйных ме30 тодов обработки. Надо также отметить, что хотя способ-прототип и предусматривает подачу потока рабочего агента параллельно образующей обрабатываемой поверхности, но реальные движения абразивных частиц внутри потока во время обработки остаются хаотичными и разнонаправленными, особенно в зоне вблизи геометрической образующей, а анализ прототипа позволяет сделать вывод отом,,что микросьем металла с поверхности заготовки абразивные частицы осуществляют не касательно образующей, а под некоторым, хотя и малым углом к ней, При этом интенсивность обработки неравномерна как в самом сечении подаваемой струи, так и при ее перемещенйи отно40

45 сительно обрабатываемой поверхности, что наиболее отрицательно сказывается тогда, когда требуется получить минимальную шероховатость и равномерную на поверхности больших размеров. Микроцарапание или

50 микродеформации, осуществляемые твердыми телами, происходит в различных, хаотически избранных направлениях, а усилия для микрорезания находятся в широком диапазоне и сильно зависят от размеров частиц, их массы, давления подачи жидкости, что также снихает качество обработанной поверхности и не обеспечивает ее равномерного, стабильного и упорядоченного ность качественных характеристик на обработанной поверхности, кроме того, невозможность качественной обработки тон- 15 микрорельефа. Также к числу недостатков прототипа можно отнести то обстоятельство, что шероховатость обработанной по способу-прототипу поверхности в большей степени определяется зернистостью используемого абразива, чем временем обработки, и в прототипе возможно ухудшение качества. поверхности неправильным подбором зернистости частиц; Целью настоящего изобретения является улучшение качества обработки.

На фиг.1 представлена принципиальная схема осуществления способа; на фиг.2 — вид А на фиг.1.

Предлагаемый способ обработки осуществляется следующим образом, Обрабатываемую поверхность детали 1 частично погружают в текущий в потоке с жидкостью слой плывущих частиц 2, плотность которых меньше плотности несущей жидкости 3. С помощью гидронасоса 4 частицам сообщают скорость Ччаст, при этом для равномерной и полной зачистки обрабатываемую поверхность перемещают относительно потока частиц, Форму этого потока плывущих частиц можно задавать используя экраны 5, установленные в ванне 6, хотя могут быть и другие приспособления для формирования течений в ванне, особенно в тех случаях, когда обрабатываемая поверхность криволинейна как в диаметральном, так и в продольном или поперечном направлениях.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. На находящуюся на поверхности жидкости плавающую частицу действуют сила тяжести P = гпт,я g (фиг.1) Й архимедова сила FA, которая уравновешивает ее в случае покоя частицы или ее равномерного прямолинейного движения со скоростью Ччаст. При движении потока на обрабатываемую поверхность приблизившиеся частицы заталкиваются под нее последующими, притапливаясь при этом.

Притопленная на некоторую глубину частица находится в неуравновешенном состоянии — архимедова сила FA = )Ожддк,Чч ст g об превышает силу тяжестй P эа счет меньшей плотности частицы, с возникновением силы

Р выталкивания Faux = FA -Р. При действии силы F»T на частицу; обладающую массой вч и скоростью Чча т расчетная траектория движения последней должна составлять окружность с некоторым радиусом г, согласно . выт известным законам физики (ы - а п1ч г

). Однако, на нрактике, очевидно, Ччаст что при сохранении постоянной скорости

1787753 частиц, при их всплытии выталкивающая сила уменьшается, соответственно радиус кривизны траектории r —.увеличивается и реальная траектория представляет некоторую спиралевидную кривую. Естественно, что для создания условий притопления частиц, существенным является необходимость частичного погружения детали н жидкость. Но основной интерес при рассмотрении процессов млкрорезания представляет само соотношение радиуса кривизны обрабатываемой поверхности R u радиуса кривизны траектории движущейся частицы r в точке обработки. Очевидно, что для обеспечения микроцарапания не точечного, а на некотором отрезке пути, радиус r должен быть меньше радиуса R (фиг.1), для обеспечения врезания абразивной частицы в тело детали, а регулированием скорости частиц можно заведомо создать такие условия, Из ранее приведенных формул следует г

Раыт Ччаст, т.е гп част г к

2 Рвиа Г (РА — Р Г

Ччаст

Гпчаст П1част

fi част Я )

Оо о6

1 р4асх Ччаст

HllM Ччаст = " 9 (— 1 ) г

Рч

Отсюда следует, что внедрение твердой частицы на траектории ее движения в обрабатываемый материал б ет и оисходить при скоРости Ччаст ф. — — 1) 9, что подтвеРpv ждает существенность данного признака, Здесь необходимо подчеркнуть, что в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, обработка производится не за счет удара и абразии несомых струей твердых частиц, а за счет протяженного полирующего микроцарапания протекающих под обрабатываемой поверхностью частиц.

Для обработки всей поверхности детали необходимо вращать или поворачивать ее относительно зоны обработки, но в отличие от прототипа, в направлении, противоположном дости>кению потока частиц.

Данное условие носит рекомендательный характер и имеет вид: Чдат < Ччаст, считая положительной скорость детали в случае совпадения ее направления со скоростью потока частиц в зоне контакта, Жидкая среда в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, рассматривается не толька как носитель твердых частиц, но и как субстанция, способная самостоятельно, без внешних воздействий создавать направленное полезное силовое действие на отдельные присутствующие в ней телэ,— такое действие. которое используется при

5 обработке. Данное действие обеспечивается требованием в соотношении плотностей твердых частиц и жидкости.

-Улучшение качества обработки по предлагаемому способу объясняется следующи10 ми факторами, Во-первых, значительно уменьшенные силовые нагрузки на обрабатываемую поверхность позволяют качественно обработать хрупкие и тонкостенные детали, острые кромки. Во-вторых, диапа15 зонусилий микрорезания гораздоужеи стабильнее, чем у прототипа, поскольку примерно равны архимедовы силы выталкивания на равноразмерные твердые тела, Втретьих, по этой же причине равномерна

20 интенсивность обработки по всей длине обрабатываемой поверхности (что особенно важно для поверхностей сложного профиля). B-четвертых, микрорезание происходит не в хаотических направлениях с различны25 ми усилиями, а в одном задаваемом направлении. В-пятых, усилия микрорезания направлены на вершины микронеровностей и не царапают базовую поверхность.

Предлагаемый способ был реализован

30 следующим образом (фиг.2). Обработку ведут в ванне 6, заполненной водным раствором 3 хозяйственного мыла 2...5 гlл при температуре 22...25 С. Емкость ванны—

120.;. |50 л, В ванне 6 поверхность которой

35 закрыта плавающими абразивными частицами 2, установлен гидронасос 4 для подачи жидкости 3 с регулируемой производительностью так, чтобы поток жидкости подавался параллельно ее поверхности; уровень

40 которой находится немногим выше сопла насоса 4, При этом объем жидкости в ванне

6 остается постоянным, т.к. жидкость циркулирует без дополнительного притока. Предварительно проводят тарировку установки, 45 определяя скорости частиц в потоке соответствующие конкретным значениям производительности насоса. Зная радиус обрабатываемой поверхности (для криволинейной поверхности выбирают минималь50 ный радиус), рассчитывают необходимую скорость потока частиц, которую затем устанавливают регулированием расхода насоса

4. Обрабатываемую поверхность детали 1 погружают в жидкость, по поверхности ко55 торой плывут частицы 2, и вращают со скоростью меньшей скорбсти частиц (эффект усиливается если направление скорости детали противоположно направлению движения частиц). В качестве твердых тел использовали гранулы пенопласта, покры1787753

Ччаст

Табли.ца1

Время обработки, мин

Опыт N

Используемые частицы

Шероховатость до обрабо1ки Ra, мкм

Скорость детали, V дат м/с

Скорость Скорость частиц частиц рерасчет- альная, ная, м/с м/с

LUepoxoватость обработанной поверхности, Ra, мкм

2

4

0,5...0,32

0,25...0,16

0,25...0.16

0,25...0,16

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

0,5

0,8

1,0

2,0

N 1,0

- 0,5

- 0,5

- 0,5

- 0,5

Гранулы пенопласта, покрытые зернами карбида к емния

0,30...0,20

0,125...0,0

0,125...0,0

0,125...0,0

0.20...0,16

0,125„,0,0 тые (шаржированием) зернами карбида кремния зеленого, Размер гранул — 2...3 мм, Опытные данные приведены в табл 1.

Были проведены сравнительные испытания предлагаемого способа и способапрототипа, Способ-прототип осуществляли известным образом, с использованием Модернизированной установки гидроабразивной доводки на. базе модели УГА (одна форсунка с давлением подачи до 4 кгс/см ).

В качестве абразивнь1х частиц использовали специальные гранулы пенопласта, покрытые зернами карбида кремния зеленого.

Размер частиц — 1.„2 мм, Нижнюю кромку отверстия сопла, имеющего размер 4 х 500 мм совмещали с плоскостью, касательной к направляющей обрабатываемой поверхности и подавали струю параллельно образующей обрабатываемой цилиндрической поверхности, которую вращали со скоростью Чдат относительно продольной оси в направлении подачи рабочего агента. Отражатель потока рабочего агента устайавливали на уровне верхней кромки отверстия сопла между деталью и соплом так, как показано в чертежах описания прототипа, B качестве абразивных частиц по сйособуйрототипу были использованы как тяжелые . (карбид кремния зеленый), так и легкие (гранулы пенопласта, покрытые карбидом кремния зеленого той же зернистости).

Обработку по предлагаемому способу проводили проведением описэнйых выше опытов, но использовали гранулы размером

1...2 мм, Результаты сравнительных испытаний предлагаемого способа и способа-прототипа приведены в табл 2.

Анализируя результаты сравнительных испытаний, авторы пришли к тому же выводу, что и Билик LU.M. в своей книге(Абразивно-жидкостная обработка материалов. М.:

Машгиз, 1960, с,25 — 39), а именно: при струйной абразивно-жидкостной обработке воз- можно ухудшение обработанной поверхности, увеличение ее шероховатости. Из приведенной таблицы видно, что в случае

5 струйной обработки по прототипу без учета соотношения плотностей абразива и жидкости, происходит ухудшение качества поверхности. Если учитывается соотношение плотностей, но не учитывается соотноше-.

10 ние скоростей, то качество также ухудшается. Очевидно, для способа-прототипа определяющими качества являются внешние атрибуты, такие как зернистость и материал абразива, давление и угол подачи

15 струи, в то время как в предлагаемом способе решающее значейие имеет сам принцип обработки и время обработки, Использование предлагаемого способа позволяет зна. чительно (на 20...30 Q . снизить

20 шероховатость обработанной поверхности по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ обработки деталей, при котором на нее воздействуют твердыми частицами, 25 которые разгоняют с помощью жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения качества, деталь частично погружают в жидкость, а в качестве твердых частиц берут" частицы, плотность которых

30 меньше плотности жидкости, и сообщают им скорость, которую выбирают по формуле

Рч где Ччаст — скорость плывущих частиц, м/с;

35 рж — плотность жидкости, кгl м; тч- средняя плотность твердых частиц, кг/м;

R — радиус кривизны обрабатываемой поверхности,м;

40 у — ускорение свободного падения, м/с .

1787753

Продолжение табл.1

П р и м е ч а н и е. Обрабатываемый материал -Д16 ГОСТ 21488 — 76

Детали - цилиндр d = 200 мм,! = 500 мм.

При скорости частиц 1,0 м/с давление струи составляет 0,1 МПа, Таблица2

П р и м е ч а н и е. Используемые частицы: А- зерна карбида кремния зеленого;

Б - гранулы пенопласта, покрытые зернами А, Обрабатываемый материал - Д16, детали - цилиндр d = 200 мм, I = 500 мм.

1787753