Способ плоского шлифования

 

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при шлифовании труднообрабатываемых материалов, в частности на плоскошлифовальных станках, станках с ЧПУ, гибких производственных модулях для финишных операций. Способ включает сообщение двум шлифовальным кругам, установленным на коаксиальных валах, вращения в противоположных направлениях и движения подачи, а заготовке - возвратно-поступательного перемещения относительно кругов. Последние выполнены составным. Каждый круг состоит из абразивной части в виде усеченного круглого цилиндра с параллельными основаниями, расположенными под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, и неабразивной части, дополняющей круг до полных прямых цилиндров неабразивной массой, содержащей поверхностно-активные по отношению к материалу обрабатываемой заготовки вещества. Использование способа ведет к повышению производительности обработки высокопрочных материалов при сохранении качества изделия и снижению энергозатрат на единицу объема снимаемого металла. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при шлифовании труднообрабатываемых материалов, в частности на плоскошлифовальных станках, станках с ЧПУ, гибких производственных модулях для финишных операций.

Известен способ многопроходного плоского шлифования на плоскошлифовальном станке с круглым столом и горизонтальным шпинделем [1]. На последний соосно с первым крутом и на расстоянии, равном диаметру стола, на котором закрепляются обрабатываемые заготовки, устанавливают второй абразивный круг с идентичными характеристиками и размерами.

Недостатками известного способа являются сложность реализации его и дороговизна изготовления специального плоскошлифовального станка с круглым столом и горизонтальным шпинделем, имеющим возможность регулировки расстояния между кругами, сидящими на одном шпинделе. Кроме того, способ неэффективен и не обеспечивает возможность повышения интенсивности обработки и повышенного качества при шлифовании высокопрочных материалов и металлов с напыленными износостойкими покрытиями на основе оксидов, карбидов, нитридов и боридов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ плоского шлифования, при котором шлифовальному кругу сообщают вращение и движение подачи, а заготовке - возвратно-поступательное перемещение относительно круга, при этом берут второй шлифовальный круг, устанавливают его соосно первому со смещением вдоль оси и сообщают вращение в направлении, противоположном вращению первого [2].

Недостатками известного способа являются высокий температурный режим работы кругов при повышении интенсивности обработки, кроме того, способ малоэффективен и не обеспечивает возможность повышенного качества при шлифовании высокопрочных материалов и металлов, например, с напыленными износостойкими покрытиями на основе оксидов, карбидов, нитридов и боридов, из-за появления прижогов и микротрещин на обрабатываемой поверхности и затрудненного попадания СОЖ в зону обработки, а также повышенный расход абразива.

Задачей изобретения является повышение производительности обработки высокопрочных материалов при сохранении качества изделия и снижение энергозатрат на единицу объема снимаемого металла.

Поставленная задача решается предлагаемым способом плоского шлифования, при котором двум шлифовальным кругам, закрепленным на коаксиальных валах, сообщают вращение в противоположных направлениях и движение подачи, а заготовке возвратно-поступательное перемещение относительно кругов, при этом берут абразивные круги в виде усеченных круглых цилиндров с параллельными основаниями, расположенными под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, кроме того, круги армированы и заполнены до полных прямых цилиндров неабразивной массой, содержащей поверхностно-активные по отношению к обрабатываемому материалу вещества, например графит.

Сущность предлагаемого способа плоского шлифования поясняется чертежами.

На фиг.1 показан пример реализации предложенного способа; на фиг.2 - кинематическая схема станка для его осуществления (цепи подач условно не показаны); фиг.3 - схема расположения шлифовальных кругов на шпиндельном узле и развертки следа инструментов на обрабатываемой поверхности.

Предложенный способ плоского шлифования реализован на плоскошлифовальном станке, который модернизирован следующим образом.

Первый шлифовальный круг 1 и второй шлифовальный круг 2 расположены в шпиндельном узле 3 шлифовальной бабки 4.

Последняя, в свою очередь, установлена с возможностью вертикального перемещения на колонне 5, в ее основании расположены поперечный суппорт 6 и стол 7 продольной подачи, на магнитной плите 8 которого закреплена обрабатываемая заготовка 9. Цепь главного движения связывает шлифовальный круг 1 через шпиндель 10, ременную передачу 11-12 с двигателем М. Второй шлифовальный круг 2 связан посредством полого шпинделя 13, размещенного в шпиндельном узле 3 на гидростатических опорах, во внутренних опорах которого находится шпиндель 10, через зубчатые передачи 14-15, 16-17 и ременную передачу 11-12 с двигателем М.

Предложенный способ плоского шлифования осуществляют следующим образом.

Шлифовальный круг 1 берут составным из абразива в виде усеченного круглого цилиндра с параллельными основаниями, расположенными под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, при этом круг армирован и заполнен до полного прямого цилиндра неабразивной массой, содержащей поверхностно-активные по отношению к обрабатываемому материалу вещества, например графит, и устанавливают на валу 10. Шлифовальный круг 2 аналогичной конструкции устанавливают на полом валу 13 с некоторым осевым зазором (фиг.3).

Благодаря такой конструкции кругов зона резания абразивной части инструментов будет осциллировать вдоль оси при равной частоте вращения инструментов, но противоположных направлениях вращения.

В результате осцилляции зоны резания и противоположной направленности вращения кругов гарантируется бесприжоговость обработки, улучшение качества обрабатываемой поверхности, что позволяет интенсифицировать процесс шлифования. Кроме того, повышается эффективность абразивной обработки благодаря знакопеременным деформациям срезаемого слоя заготовки за счет автоматического изменения направления вращения абразивных зерен шлифовальных кругов.

Последующий шлифовальный круг, идущий за предыдущим, автоматически создает знакопеременные деформации сдвига в поверхностном слое заготовки и постоянно осуществляет резание против направления векторов текстуры срезаемого слоя предыдущим кругом. В результате уменьшается сила резания и появляется возможность повышения производительности.

Предлагаемый способ плоского шлифования с использованием абразивных составных кругов, армированных и заполненных до полных цилиндров неабразивной массой, содержащей поверхностно-активные вещества по отношению к обрабатываемому материалу (например, графитом), повышает точность формы шлифуемого профиля и улучшает качество обработки благодаря динамической уравновешенности (фиг.3). Эта схема отличается виброустойчивостью и благоприятно воздействует на процесс шлифования.

Пример. На модернизированном плоскошлифовальном станке с прямоугольным столом мод. 3Б722 шлифуется плоская поверхность планки шириной В=110 мм и длиной 1=280 мм; высота планки h₁=20_-0,03 мм. Шероховатость поверхности R_a= 0,63 мкм. Припуск на сторону h=0,3 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердостью HRC 45. На магнитном столе станка установлено шесть заготовок (в два ряда, по три заготовки в каждом). Способ реализуется на модернизированном плоскошлифовальном станке с дополнительным приводом и измененным шпиндельным узлом.

1. Выбираем шлифовальный круг - ПП24А16ПСМ 27К1 А 35 м/с. У станка мод. 3Б722 D_к=450 мм. Принимаем ширину (высоту) абразивной части круга В_а=20 мм, а угол наклона ее - из расчета tqα = B_а/D_к = 20/450 = 0,0444, α = 2°32ʹ42ʺ. До полного прямого цилиндра круг заполняем неабразивной массой - графитом, содержащей поверхностно-активные по отношению к обрабатываемому материалу вещества. Графитовые части с торцов круга истираются по мере изнашивания и правки режущей абразивной части. Круги устанавливаем (фиг.3) со смещением вдоль оси на величину L=5 мм. Таким образом, ширина шлифуемой поверхности, захватываемой при одном проходе двумя кругами, равна 85 мм.

2. Скорость шлифовального круга при n_k=1450 об/мин - v_k=34,3 м/с.

3. Скорость движения детали (скорость продольного перемещения стола) v_д= 20 м/мин (0,33 м/с).

4. Глубина шлифования (вертикальная подача круга) - t=0,01 мм (на реверс шлифовальной бабки).

5. Поперечная подача принималась в долях ширины круга s_д=0,25. Тогда s= 0,25•85=21,25 мм/ход стола.

6. Машинное время Т_м= НLhК/(1000v_дstm)= 330•855•0,3•1,4/(1000•20•21,25•0,01•6) = 4,65 мин, где Н=2•110+105+5=330 мм; L=3•280+15=855 мм; m=6 заг. К=1,4 (выхаживание).

Хотя обработка проводилась при повышенной производительности (при традиционном шлифовании кругом высотой 63 мм требуется Т_м=6,71 мин) съема металла, появление прижогов на обработанных поверхностях зафиксировано не было.

Таким образом, особенностью предлагаемого способа плоского шлифования является совмещение осцилляции зоны шлифования, улучшающей тепловой баланс инструмента, повышающей его стойкость и уменьшающей засаливаемость, с обеспечением знакопеременных деформаций сдвига в поверхностном слое и осуществления резания против направления текстуры срезаемого слоя, которые расширяют технологические возможности, обеспечивают повышение производительности обработки при сохранении качества изделия, снижают энергозатраты на единицу объема снимаемого металла.

Расположение абразивных режущих слоев шлифовальных кругов под углом α к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, благодаря чему осциллируют зоны резания, позволяет эффективно повышать режимы резания, не опасаясь прижогов и других дефектов шлифования, а заполнение графитом торцовых частей до полного прямого цилиндра кругов (фиг.3) снижает вибрации, делает процесс виброустойчивым, повышает качество обрабатываемой поверхности, уменьшает величину шероховатости и экономит абразивный материал.

Способ обеспечивает свободный подвод смазывающе-охлаждающей жидкости в зону обработки, что также повышает производительность шлифования.

Источники информации 1. Костин Н. В., Костин А.Н. Автоматизированное обеспечение знакопеременных деформаций в срезаемом слое при шлифовании //Станки и инструменты. - 1990. - 5. - С.19-20.

2. А. С. СССР 1796414, МКИ В 24 В 1/00, опубл.23.02.93. Бюл. 7 - прототип.

Формула изобретения

1. Способ плоского шлифования, включающий сообщение двум шлифовальным кругам, установленным на коаксиальных валах, вращения в противоположных направлениях и движения подачи, а заготовке - возвратно-поступательного перемещения относительно кругов, отличающийся тем, что в качестве шлифовальных кругов используют составные круги, состоящие из абразивных частей в виде усеченных круглых цилиндров с параллельными основаниями, расположенными под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, и неабразивных частей, дополняющих круги до полных прямых цилиндров неабразивной массой, содержащей поверхностно-активные по отношению к материалу обрабатываемой заготовки вещества.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве упомянутого поверхностно-активного вещества используют графит.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3