Способ шлифования деталей

 

Использование: для повышения точности фасонного профиля поверхностей с неравномерным и соизмеримым с радиальными размерами детали припуском, при шлифовании беговых дорожек колец шариковых подшипников, шарошек, лап буровых долот и других деталей. Сущность изобретения: в предлагаемом способе используют прерывистый шлифовальный круг с выступами разной формы, при этом форма выступов отвечает условию постоянства отношения протяженностей их суммарных длин к обрабатываемой поверхности детали, проходимых ими в каждом из множества поперечных сечений круга и детали до полного удаления припуска в соответствующих сечениях. Указанное отношение протяженностей определяют по математической зависимости, учитывающей протяженности суммарных длин режущих выступов и взаимодействующих с ними длин обрабатываемой поверхности детали, величины минимального диаметра круга, удаляемого припуска, частоты вращения круга и детали. 3 ил.

Изобретение относится к обработке высокоточных фасонных поверхностей с неравномерным припуском, соизмеримым с радиальными размерами детали, и может найти применение при шлифовании беговых дорожек колец шариковых подшипников, шарошек, лап буровых долот и других деталей.

Известен способ шлифования деталей прерывистым кругом, при котором отношение суммарной длины режущих выступов шлифовального круга к обрабатываемой поверхности детали в каждом поперечном сечении выбирают постоянным, берут круг, впадины которого заполнены неабразивной массой, содержащей поверхностно-активные вещества по отношению к обрабатываемому материалу, а выступы имеют разную форму в поперечных сечениях из условия постоянства отношения суммарных длин режущих выступов круга к площади поперечного сечения удаляемого припуска в каждом из множества поперечных сечений круга и обрабатываемой поверхности.

Недостаток данного способа шлифования состоит в том, что он не обеспечивает высокую точность формы фасонного профиля поверхности обрабатываемой детали, т. к. форма рабочего профиля шлифовального круга, используемого при этом способе шлифования, существенно отличается от действительной формы рабочего профиля круга, используемого в реальных условиях врезного шлифования (при врезном шлифовании форма рабочего профиля круга копируется на поверхности обрабатываемой детали).

Указанный недостаток покажем на примере шлифования беговых дорожек колец шариковых подшипников. Заготовкой служит труба с диаметром d_з 50 мм. Радиус шариковой беговой дорожки (радиус желоба) равен r_ж 10 мм. Тогда диаметр обработанной поверхности готовой детали в сечении, проходящем через плоскость симметрии кольца, будет равен d_д=d_з 2r_ж=50 2 · 10=30 мм.

Следовательно, припуск на сторону (z) в этом сечении будет равен радиусу желоба кольца, т.е. z'= r_ж= 10 мм. Исходный диаметр шлифовального круга примем равным Д_к.исх.= 100 мм, а диаметр изношенного круга примем равным Д_к.изн.= 70 мм. Шлифование производится с радиальной подачей S 0,1 мм/об. дет.

Для указанных условий шлифования желобов колец шариковых подшипников определим и сопоставим длины рабочих сегментов прерывистых кругов в двух различных поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей круга и заготовки (сечение I-I с припуском z 10 мм и сечение II-II с припуском z= 2 мм) для рассматриваемого (по заявке N 4707333/08) и реального способа врезного шлифования, т. е. определим и сопоставим конструкции форм рабочих фасонных профилей шлифовальных кругов, определяющих точность формы профиля шлифуемой поверхности детали для указанных способов врезного шлифования фасонных поверхностей.

Результаты с использованием способа шлифования фасонных поверхностей по заявке N 4707333.

Сечение I-I.

Площадь поперечного сечения снимаемого припуска составит: S_п=π·(50²/4-30²/4)=1256 мм² Суммарную длину режущих выступов круга зададим по D_{к. изн.}, т.е. в сечении I-I длину впадины на предельно изношенном диаметре шлифовального круга (D_{к. изн.}) принимаем равным нулю. Тогда суммарная длина режущей части круга составит: Отношение длины режущей части круга к площади поперечного сечения припуска будет равно: Полученное соотношение длины режущей части круга к площади поперечного сечения припуска должно быть обеспечено в каждом взаимодействующем сечении круга и обрабатываемой детали.

Сечение II-II.

Выбранное сечение соответствует припуску z 2 мм. Тогда остальные параметры составят: d_з 50 мм; d_д 46 мм; Д_к.max 84мм и Д_к.изн. 54 мм.

Площадь поперечного сечения припуска для приведенных параметров составит S_п=π·(50²/4-46²/4)=301,44 мм² Выполняя условие постоянства отношения длин режущих выступов прерывистого круга к площади поперечных сечений припусков в каждом из поперечных сечений взаимодействующих поверхностей круга заготовки, определим требуемую суммарную длину режущих выступов прерывистого круга в сечении II-II по формуле: X^II-II 0,175 · 301,44 52,752 мм
Результаты с использованием реального способа шлифования.

Сечение I-I.

В начальной стадии обработки:

Отношение

В сечении II-II
S_п=π·(50²/4-49,8²/4)=15,67 мм²
Исходя из условия постоянства отношения длин режущей части круга к площади поперечного сечения припуска в каждом из поперечных сечений круга и заготовки, определим требуемую длину режущих выступов прерывистого круга в сечении II-II для реального способа шлифования. Эта длина определится по зависимости


Таким образом, при реальных условиях шлифования необходимая длина режущих выступов прерывистого круга в cечении II-II составит 219,8 мм, а для анализируемого 52,752 мм, т.е. конструкции рабочих профилей прерывистых кругов существенно отличаются.

Следовательно, при рассматриваемом способе шлифования, основанном на определении усредненного значения удаляемого припуска в отдельных поперечных сечениях заготовки, используется приближенная (по отношению к номинальному) форма рабочего фасонного профиля круга, в результате точность формы профиля обрабатываемой поверхности детали получается невысокая.

В предлагаемом способе используют прерывистый шлифовальный круг с выступами разной формы в поперечных сечениях, при этом форма выступа выполнена из условия постоянства отношения протяженностей суммарных длин режущих выступов круга и обрабатываемой детали, проходимых ими в каждом из множества поперечных сечений круга и детали до полного удаления припуска в соответствующих сечениях.

Технический результат.

1. Повышается точность формы детали фасонного профиля с припуском, величина которого соизмерима с радиальными размерами детали.

2. Исключается правка в период обработки одной детали, что сокращает время процесса шлифования.

3. Повышается производительность и экономится абразивный материал и алмазный правящий инструмент.

Сущность изобретения поясняется схемами, приведенными на фиг.1, фиг.2 и фиг. 3. На фиг. 1 показан вид в плане, на фиг.2 и 3 взаимодействие шлифовального круга и заготовки в поперечных сечениях I-I и II-II фиг.1.

Обработка фасонной поверхности детали 2 производится шлифовальным кругом 3, имеющим прерывистую рабочую поверхность с чередующимися режущими выступами 4 и впадинами 5. Каждая из боковых поверхностей 6 и 7 режущего выступа 4 имеет фасонную форму.

Протяженность длин режущих выступов за весь период обработки одной детали по сечениям определяется по формулам

где l^I_к^-I, l^I_к^I-II, ..., lⁱ_к^-i длины дуг режущих выступов прерывистого круга в сечениях I-I, II-II, i-i (см. фиг. 2 и 3).

Каждая дуга в соответствующем сечении характеризуется постоянной величиной, т.е. не изменяется по мере уменьшения диаметра круга при его износе.

Протяженность длины обрабатываемой детали за период ее полной обработки по сечениям определяется по формулам

Отношение протяженностей длин круга и детали за весь период обработки одной детали по поперечным сечениям есть величина постоянная, т.е.

При обеспечении соотношения (1) в процессе врезного шлифования на долю каждого зерна во всем множестве поперечных сечений круга приходятся одинаковые микрообъемы удаляемого припуска. При этих условиях каждое зерно шлифовального круга испытывает одинаковые нагрузки, т.е. зерна инструмента в различных его поперечных сечениях работают в близких эксплуатационных условиях. Это приводит к равномерному радиальному износу рабочего фасонного профиля круга, а, следовательно, и к повышению точности формы фасонного профиля шлифуемой детали.

Проверку соотношения (1) выполним на вышеприведенном примере шлифования беговых дорожек колец шариковых подшипников непосредственно из трубы с использованием схем, приведенных на фиг.1, 2, 3.

Исходные данные для реализации предлагаемого способа:
Сечение I-I (фиг.1 и фиг.2): Д_кmin 70 мм
z 10 мм;d_з 50 мм; d_д 30 мм;Д_кmax 100 мм; S 0,1 мм/об.дет.n_д 220 об/мин; n_к 11000 об/мин.

Протяженность длины обрабатываемой поверхности детали, проходимая в данном сечении до полного удаления припуска согласно, выражению (3) определится как:

Протяженность суммарных длин режущих выступов круга, проходимая в анализируемом поперечном сечении при полном удалении припуска, согласно выражению (2) составит:

где
l^I_к^-I длина одного режущего выступа в сечении I-I.

Тогда отношение протяженностей суммарных длин режущих выступов круга и обрабатываемой поверхности детали, проходимых ими в сечении I-I до полного удаления припуска, согласно выражению (1) будет равно:

Полученное отношение длин протяженностей согласно (1) должно быть обеспечено в каждом взаимодействующем поперечном сечении круга и детали.

Сечение II II (фиг.3). В этом сечении примем: z 2 мм.

Тогда остальные размерные параметры составят:
d_з 50 мм; d_д 46 мм; D_kmax 84 мм Д_кmin 54 мм; n_д 220 об/мин;n_к 11000 об/мин.

Согласно выражению (3), протяженность длины обрабатываемой поверхности детали, проходимая в данном сечении до полного удаления припуска, будет равна:

Необходимая протяженность суммарных длин режущих выступов круга, проходимая в данном его поперечном сечении при полном удалении соответствующего припуска согласно выражению (1), определится как:

X^II-II=L^I_к^I-II=87,5·3014,4=26,376·10⁴ мм
Суммарная длина режущих выступов прерывистого круга в данном сечении (длина режущих выступов круга, приходящаяся на один его оборот) составит
а длина одного режущего сегмента в данном сечении будет равна
где n число режущих выступов прерывистого круга.

Суммарная длина впадин на диаметре шлифовального круга в этом сечении составит:

Суммарная длина впадин на диаметре максимального круга в этом сечении будет равна

Для определения объема металла, приходящегося на каждое абразивное зерно в различных сечениях круга, условно примем взаимодействующие значения ширины детали и круга во всех сечениях h 1 мм и на 1 мм ширины круга расположен 1 ряд зерен, расстояние между которыми составит l 0,2 мм. Тогда объем металла, приходящийся на одно зерно шлифовального круга в поперечном сечении I-I будет равно:

Аналогично в сечении II-II.

Благодаря обеспечению условий в соответствии с выражением (1) достигается равномерный радиальный износ круга по всему фасонному профилю, что повышает точность формы фасонного профиля шлифуемой детали. При этом точность фасонного профиля шлифовального круга сохраняется на протяжении всего процесса шлифования, вплоть до полного износа круга.

Рабочая подача S в процессе шлифования осуществляется в направлении, перпендикулярном осям вращения детали 2 и круга 3 (шлифование врезное).

Использование предлагаемого способа обеспечивает постоянство объема металла, приходящегося на каждое абразивное зерно во всех поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей круга и заготовки произвольного криволинейного профиля. По мере износа шлифовального круга указанное взаимодействие остается неизменным. Это условие обеспечивается за счет формы боковых поверхностей 6 и 7 режущих выступов 4. Этим обеспечивается высокая точность фасона профиля обрабатываемой поверхности, сохраняя у всех деталей в партии до полного износа шлифовального круга.

Достижение высокой точности формы фасонного профиля обрабатываемой детали по предлагаемому способу основано на новом технологическом подходе, принципиально отличающемся от всех ранее известных технических решений, учитывающем реальные условия взаимодействия поверхностей круга и заготовки при полном удалении соответствующих припусков в каждом из множества поперечных сечений заготовки. Здесь учитывается реальная величина поперечной подачи круга на один оборот заготовки (S, мм/об.дет.), и она наряду с другими реальными режимами и размерными параметрами взаимодействия поверхностей круга и заготовки составила основу разработки нового способа врезного шлифования фасонных поверхностей.

Формула изобретения

Способ шлифования деталей прерывистым кругом, выступы которого имеют разную форму в поперечных сечениях в условиях относительного перемещения инструмента и детали, отличающийся тем, что берут круг, форма выступов на котором отвечает условию постоянства отношения протяженностей их суммарных длин к обрабатываемой поверхности детали, проходимых ими в каждом из множества поперечных сечений круга и детали до полного удаления припуска в соответствующих сечениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3