Абразивный эластичный инструмент

 

Использование: для отделочной обработки отверстий и преимущественно внутренних полостей деталей различного назначения. Сущность изобретения: инструмент снабжен разделительными кольцами из эластичного материала, размещенными на оправке между рабочими дисками. На дисках выполнены равнорасположенные по окружности радиальные разрезы на глубину 0,4-0,7 от их свободного вылета, составляющего 0,5-0,7 радиальной ширины колец. Расстояние между разрезами должно быть не более их глубины. Оправка может быть выполнена из эластичного материала. Диски выполнены из двухсторонней абразивной шкурки. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению, к механообрабатывающему производству и может быть использовано для отделочной обработки отверстий и преимущественно внутренних полостей деталей различного назначения.

Известны лепестковые абразивные круги, используемые для отделочной обработки по авт. св. СССР N 1025242 и N 1341008, кл. В 24 D, 13/04, 1984 и 1987, однако их можно использовать для обработки отверстий диаметром не менее 85 мм. Отверстия меньшего диаметра указанными кругами обработать практически невозможно. Кроме того, лепестковыми кругами не удается эффективно обработать элементы поверхностей, заниженные относительно основной поверхности 0,5-2,0 мм (проточки, разрезы, канавки и др./.

Известны эластичные круги, в которых эластичное основание обтянуто абразивной шкуркой /авт. св. СССР N 843331, кл. В 24 D, 11/00, 1981/, однако их технологические возможности еще более ограничены.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности труб по авт. св. СССР N 959852, кл. В 08 B, 9/04, 1982, которое представляет собой металлический трос с расплетенными прядями на рабочей стороне. Это устройство может работать только в одну сторону и предназначено для очистки грубых поверхностей. Известно также устройство по авт. св. СССР N 532517, кл. В 24 D, 11/00, 1976 "Абразивный инструмент", выполненный в виде абразивных брусков, закрепленных на основе из синтетического материала. В этом инструменте технологические возможности рабочих элементов-брусков в части изменения площади и продолжительности контакта с обрабатываемой поверхностью ограничены величиной не более 0,05-0,1 от номинального размера, что не позволяет его использовать для обработки внутренней поверхности труб различного диаметра и отверстий в корпусных деталях.

Прототипом предлагаемого изобретения является техническое решение по авт. св. СССР N 1248681 "Устройство для очистки внутренней поверхности труб", кл. В 08 B, 9/04, 1/00, 1986. Устройство представляет собой ерш, состоящий из установленных на общем стержне щеточных дисков, один из которых закреплен неподвижно, а другие имеют возможность осевого перемещения на ограниченном пространстве.

Целью предлагаемого изобретения "Абразивный эластичный инструмент", на оправке которого размещены рабочие элементы, выполненные в виде дисков из шлифовально-полировального двухстороннего материала, является повышение эффективности воздействия колец путем увеличения площади и продолжительности их контакта с обрабатываемой поверхностью, а также обеспечение эффективной обработки отверстий, имеющих отклонения от прямой линии. Эта цель достигается за счет того, что инструмент снабжен разделительными кольцами из эластичного материала, размещенными между рабочими дисками, а на последних выполнены равномерно по окружности радиальные разрезы на глубину 0,4-0,7 от свободного вылета, составляющего 0,5-0,7 радиальной ширины колец, при этом расстояние между разрезами должно быть не более их глубины, а также за счет того, что оправка выполнена из эластичного материала.

Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других технических решений в данной области признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На рис. 1 изображен продольный разрез предлагаемого инструмента; на рис. 2 сечение А-А на рис. 4; на рис. 3 одна секция инструмента в рабочем состоянии; на рис. 4 то же, что на рис. 3, но с увеличением; на рис. 5 - одна секция, но при обработке отверстия, диаметр которого больше диаметра инструмента; на рис. 6 схема контактирования по окружности инструмента и обрабатываемого отверстия; на рис. 7 результаты экспериментальных работ, оформленных в виде графиков зависимости шероховатости обрабатываемой поверхности Ra, мкм, стойкости инструмента С, удельного съема металла О от относительной глубины вырезов /характер и значение величины γ, h1, h2 рассмотрены ниже/.

Абразивный эластичный инструмент состоит из центрального стержня (оправки), на котором нанизаны проставочные кольца 2 поочередно с лепестковыми абразивными кольцами 3 конуса 4 и хвостовика 5. Лепестковые абразивные кольца 3 выполнены в виде шайб толщиной h и по наружному диаметру D имеют равнорасположенные радиальные разрезы 6 на глубину h1, при этом сплошная неразрезанная часть на кольцах имеет ширину h2. Проставочные кольца шириной l выполняют двойную функцию: во-первых, они разделяют лепестковые абразивные кольца и дают им возможность плавно изгибаться и эффективно воздействовать на обрабатываемую поверхность по ширине d; во-вторых, поскольку кольца изготовлены из упругого материала, например, резины, то они, сжимаясь с одной стороны от абразивного кольцa на величину d1 и расправляясь с другой, способствуют более плавному изгибу абразивного кольца /рис. 4/, улучшая условия его контактирования с обрабатываемой деталью 7. Число радиальных разрезов на лепестковых кольцах должно быть таким, чтобы максимальное расстояние l1 было не более глубины разреза h1. В этом случае создается определенная жесткость разрезных участков, которая обеспечивает их плавный изгиб и хорошее контактирование с обрабатываемой поверхностью на участках δ.

Лепестковые абразивные кольца изготавливают из двухсторонней абразивной шкурки, из алмазной шкурки, из кожи и других эластичных материалов, имеющих абразивно-зачистную или полирующую способность, путем вырубания с помощью штампов или специальных просечек, при этом одновременно формируются и контур кольца, и разрезы. Длину рабочего участка L инструмента, общую длину L1, его диаметр Д и другие параметры инструмента выбирают исходя из конкретных условий обработки.

По сравнению с прототипом предлагаемый инструмент имеет следующие основные преимущества: 1) в прототипе обработка производится торцовыми участками ворса, это ограничивает площадь контакта и сужает технологические возможности; в предлагаемом инструменте контакт происходит по всей изогнутой широкой поверхности лепестков; 2) в предлагаемом инструменте все лепестки одновременно вступают в работу, в прототипе последовательно.

Предлагаемый инструмент может быть использован для очистки поверхности от окалины, ржавчины и других ликвидов, для удаления заусенцев, для полирования и выполнения других операций отделочно-зачистной обработки. Может быть несколько принципиально различных вариантов применения инструмента. Остановимся на двух вариантах обработки внутренних поверхностей. Первый обработка отверстий, диаметр которых меньше диаметра инструмента, в этом случае инструмент вводят в обрабатываемое отверстие с натягом, равным . Инструменту или обрабатываемой детали, а в некоторых случаях и инструменту, и детали придают вращение с определенной частотой. Инструменту также сообщается подача S, в результате лепестковые абразивные кольца отгибаются в сторону, противоположную подаче, и производится обработка /рис. 3, 4/. Второй вариант обработка отверстий, диаметр которых больше диаметра инструмента. В этом случае /рис. 5, 6/ кинематика движений остается той же, что и в первом варианте, но инструмент подводят до соприкосновения с обрабатываемой поверхностью с продолжением "врезания" до образования натяга δ2, который действует на части окружности /сектора с углом α/. Этот сектор контакта последовательно проходит всю поверхность и обрабатывает ее.

Экспериментально установлено, что свободный вылет лепестковых абразивных колец h1 + h2 должен составлять 0,5-0,7 от их радиальной ширины, равной , т.е. должно выдерживаться соотношение .

Если свободный вылет лепестковых абразивных колец будет меньше 0,5 их радиальной ширины, то инструмент становится излишне громоздким, его объемы и размеры распределены нерационально, т.е. увеличивается "омертвленная" неэффективная часть инструмента. Если же свободный вылет колец будет больше 0,7 радиальной ширины, то ухудшаются технологические свойства инструмента, т.е. уменьшаются его относительные упругость и жесткость.

Экспериментально установлено также, что радиальные разрезы на абразивных кольцах должны быть выполнены на глубину 0,4-0,7 от их свободного вылета. При глубине разрезов, меньшей 0,4 от свободного вылета, эффект отгибания абразивных колец резко уменьшается, а при глубине больше 0,7 от их свободного вылета резко уменьшаются жесткость и упругость колец. И в этом, и в другом случае, т. е. при и 0,7(h1+h2)<h<0,4(h1+h2), уменьшаются эксплуатационные свойства колец, в результате ухудшается их воздействие на обрабатываемую поверхность и снижается эффективность обработки.

В зависимости от жесткости материала абразивных колец ширина разрезанных участков l1 может изменяться до величины l1≥h. Как уже отмечалось, при любой жесткости материала соотношение l1>h1 не обеспечивает нормальный и свободный изгиб колец.

Результаты экспериментов, показанные на рис. 7, получены с помощью инструментов, имеющих следующие параметры: D 55 мм, d 15 мм; h2 6,0 мм; глубины вырезов h изменялись от 1,2 мм до 12 мм через 1,0 мм, что в относительном выражении составляло γ 0,09-0,89, при этом выдерживалось соотношение l1≅h1. В качестве обрабатываемых образцов использованы втулки из ст.45 /HRC≥32/ с внутренним диаметром 60 мм /R2 30 мм/ и исходной шероховатостью Ra исх 2,5 мкм.

Натяг при обработке d2 2,5 мм /α 100-120/, время обработки для получения данных по шероховатости составляло 15 сек. На режимах N инстр. 1500 1/мин, n дет. 10 1/мин инструмент одновременно охватывал всю ширину втулки и имел перемещение за 15 сек на глубину, превышавшую величину l. Для определения зависимости по стойкости С и по съему металла Q время обработки увеличивали до получения устойчивых результатов. Параметры С и Q выражены в относительных единицах. Пример использования инструмента. Предлагаемый инструмент может быть использован для обработки внутренней цилиндрической поверхности диаметром 40 мм, глубиной 100 мм корпуса гидроагрегата с целью удаления заусенцев, округления острых кромок и зачистки. В эту поверхность выходят под различными углами восемь боковых отверстий диаметром от 10 до 35 мм. В местах пересечения образуются заусенцы и острые кромки, которые необходимо скруглять радиусом 0,1 0,3 мм. Ранее эта операция выполнялась вручную, простейшим слесарным инструментом /напильник, шабер, абразивная шнурка, закрепленная на палке, и др./. Трудоемкость операции 1,5 н/час на 1 деталь.

Для механизации указанной операции изготовлен предлагаемый инструмент со следующими размерами: D 55 мм, Vd 15 мм, d1 28 мм, h2 6,0 мм, h1 7,5 мм, L 100 мм, l= 7 мм. Абразивные кольца выполнены из двухсторонней абразивной шкурки. Инструмент работает следующим образом. Его устанавливают, например, в шпиндель вертикально-фрезерного станка, а обрабатываемую деталь - на стол станка и закрепляют. Подводят деталь таким образом, чтобы ось шпинделя станка соответствовала оси обрабатываемой детали. Включают вращение шпинделя и подачу. Производится обработка отверстия, при этом за 0,5 мин решается задача удаления заусенцев и округления кромок. 2

Формула изобретения

1. Абразивный эластичный инструмент, на оправке которого размещены рабочие элементы, выполненные в виде дисков из шлифовально-полировального двустороннего материала, отличающийся тем, что инструмент снабжен разделительными кольцами из эластичного материала, размещенными между рабочими дисками, а на последних выполнены равномерно по окружности радиальные разрезы на глубину 0,4 0,7 их свободного вылета, составляющего 0,5 0,7 радиальной ширины дисков, при этом расстояние между разрезами должно быть не более их глубины.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что оправка выполнена из эластичного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7