Способ аддитивного шлифования

 

Изобретение относится к области механической обработки алмазно-абразивным инструментом со связанным зерном и может быть использовано в различных областях, в частности, при обработке узколенточных высокоточных поверхностей типа лезвия микротомных ножей. В процессе обработки проводят поэтапное аддитивное удаление припуска комплектом сборных шлифовальных замкнутых абразивных контуров. Деталь перемещают через центр инструмента, располагая ее под углом к дискретной плоскости резания. Обработку начинают внутренним абразивным контуром, скорость резания которого в 1,3-2,0 раза меньше, а усилие прижима в 1,2-1,6 раза больше, чем эти параметры у наружного абразивного контура. На всех этапах выдерживают одинаковые значения функций, оценивающих условия контактного динамического взаимодействия инструмента с деталью. При этом количественно их рассчитывают по формулам, сравнивают и, варьируя технологическими параметрами, достигают равенства функций на всех этапах обработки. Проведение заточки микротомных ножей по схеме аддитивного шлифования позволяет отказаться от последующих доводочных операций. При этом за 10-18 с получают высококачественную поверхность, микрогеометрия которой составляет величину R_a не хуже 0,16 мкм. 1 ил.

Изобретение относится к области механической обработки алмазно-абразивным инструментом со связанным зерном и может быть использовано в различных областях, в частности, при обработке узколенточных высокоточных поверхностей типа лезвия микротомных ножей.

Известен способ абразивной обработки на основе аддитивно-адаптивного удаления припуска комплектом сборных торцевых инструментов в несколько этапов [1] , когда общий припуск делят на дискретные припуски, величины которых назначают в зависимости от усилия прижима инструментов. Однако этот способ предназначен для шлифования деталей, размер которых соизмерим или кратен размеру рабочей поверхности абразивного инструмента. Поэтому способ малоэффективен при шлифовании длинномерных деталей.

Изобретение направлено на повышение качества шлифованных поверхностей.

Это достигается тем, что проводят поэтапное аддитивное удаление припуска комплектом сборных шлифовальных замкнутых абразивных контуров, для чего деталь, перемещающуюся через центр инструмента, располагают под углом 1-7^o к дискретной плоскости резания, а обработку начинают внутренним абразивным контуром, скорость резания которого в 1,3-2,0 раза меньше, а усилие прижима в 1,2-1,6 раз больше, чем эти параметры у наружного абразивного контура, и на всех этапах выдерживают одинаковые значения функций, оценивающих условия контактного динамического взаимодействия инструмента с деталью, причем количественно их рассчитывают по формулам (1), сравнивают и, варьируя технологическими параметрами, достигают равенства функций на всех этапах обработки.

На фигуре 1 показана схема взаимоположения детали и инструмента при съеме припуска. Обозначено: ВРК и НРК - соответственно абразивный внутренний и внешний рабочий контур, а соответствующие им этапы это - I и II. Скорость резания на этапах: I это V₁ ^ВРК и II - V₂ ^НРК. Усилия прижима: общее F₀, на контурах соответственно: I - F₁ и II - F₂. Скорость подачи детали S_П. Общая глубина шлифования -t. B₁ и В₂ - ширина абразивных контуров ВРК и НРК. Угол между деталью и рабочей поверхностью инструмента - ϕ. Диаметры замкнутых контуров: BPК-D₁, НРК-D₂.

Обоснование способа шлифования и пример его реализации. Процессом обработки управляют посредством варьирования характеристиками инструмента и элементами режима резания [2] . Особо эффективен инструмент из подвижных абразивных вставок, упругость основания которых взаимосвязана с величиной зернистости зерен абразива [3]. Однако из-за хаотичного съема припуска этот способ обработки (и инструмент) нельзя применять для заточки узколенточных поверхностей, но идею следует использовать. Поэтому при многоэтапной обработке с использованием различных абразивных контуров предлагается следующее. На первом этапе в контуре НРК используют абразивы с размерами зерен d₃= 160/125 мкм или 125/100 мкм, или 80/60 мкм и др. Причем эти зерна расположены в "мягкой" связке, например, более мягкой, чем металлическая связка на медно-оловянной основе, которую используют в абразивном контуре, предназначенном для второго этапа обработки. На II этапе размеры зерен абразивов составляют d₃=60/40 мкм, 40/28 мкм или 20/14 мкм и др.

Непременным условием стабильного качества обработки на всей поверхности детали является идентичность условий динамического воздействия любого абразивного контура, т.е. условия контакта детали и инструмента на любом этапе обработки должны быть одинаковы или близки.

Управлять условиями контактного взаимодействия можно, используя технологические параметры процесса шлифования. К ним относятся: скорость резания V_p, усилие прижима F_o детали к инструменту, В - ширина абразивного слоя, S_n - скорость подачи детали, t - глубина шлифования, угол ϕ наклона детали и плоскости резания инструмента, а также характеристики абразивного слоя (d₃, вид связки, характер макротопологии рабочей поверхности (РП) инструмента, т. е. сплошная или прерывистая (ПРП), которые можно учесть, введя коэффициент К_n) и физико-механические свойства материала М_СВ обрабатываемой детали, например микротвердость и т.п.

Между собой вышеуказанные параметры имеют сложные взаимосвязи, которые трудно описать. Известен набор показателей, называемый обрабатываемостью материала шлифованием [2] . Это совокупность свойств, таких как съем материала в минуту, силы и температура шлифования, удельный расход круга и т.п. Однако их трудно связать воедино.

Существует универсальный комплексный показатель контактного взаимодействия объектов технической системы деталь-инструмент-среда, названный показатель контактной обрабатываемости шлифованием [4]. Однако в известном виде он не учитывает кинематику процесса шлифования и роль абразивного пространства. Но его модификация и внесенные коррективы, отражающие учет кинематической схемы обработки, приемлемы для описания процессов шлифования в обобщенной форме.

Если сгруппировать свойства обрабатываемой детали, а также скорость и схему удаления дискретного припуска, учесть проделываемую работу, то можно получить оценочную функцию условий контактного взаимодействия детали и инструмента, которую назовем f_офвор. Ее значения с учетом вышеуказанных обозначений вычисляют по следующей формуле: Технологические параметры, входящие в первый сомножитель формулы, можно варьировать, тем самым достигать для контуров ВРК и НРК одинаковых численных значений f_офвор. При этом суммарные условия динамического воздействия инструмента и процесса обработки будут равны, хотя их составляющие (скорость резания V_p, усилия прижима F_о, аддитивные значения t, номинальные для НРК и ВРК) несколько отличаются на каждом из этапов. Коэффициент К_n учитывает соотношение жесткости абразивных контуров с зернистостью абразивов и видом связки. Ширина рабочей части замкнутого абразивного контура стандартная (5, 10, 15, 20 мм), поэтому следует исходить из этих значений, но если они различны, то это сказывается на первом сомножителе. Хотя в процессе обработки все параметры не меняют своих значений. Их выбирают, когда сравнивают между собой f_офвор, вычисленные по формуле для ВРК и НРК, и достигают равенства варьированием параметров первого сомножителя, т.е. в итоге имеем: Диапазоны варьирования таковы. Скорость резания V₁ и V₂ взаимосвязаны между собой условиями динамического воздействия и конструктивными условиями. Стандартные шлифовальные круги имеют размеры от φ50 до φ250мм. Оптимальное соотношение между V₁ и V₂ при таких конструкциях составляет 1,3...2,0 раза. Это целесообразно также с позиции необходимости соблюдения на ВРК и НРК баланса температурно-силовых параметров, что достигается при различии скоростей резания порядка 50% [2].

Усилия прижима F_o определяют исходя из условий стабильного разрушения (съема, деформирования) структуры материала детали, а также с учетом конструкции детали и величины температурно-силовых параметров в зоне контакта детали и инструмента. Экспериментально установлено, что для высокопрочных сталей диапазон усилий прижима составляет 5-500Н, но наиболее приемлем диапазон 10-300Н.

Значения угла ϕ наклона детали к дискретной плоскости резания инструмента ограничены следующими факторами. На стандартном оборудовании точность выстанавливания угла составляет 1^o±(20'... 30'). При этом снимаемый припуск определяется шириной узколенточной поверхности (это 0,5-2,0 мм и более). Величина съема составляет до 0,6-0,25 мм. При величине угла ϕ = 6-8° получаемая поверхность превышает размеры узколенточной, более того, проведение процесса становится затруднительно, так как нарушаются пропорции номинальных глубин на этапах. Обычно это: на I этапе t_н ^I≈(0,6-0,8)t, на II этапе t_н ^II≈(0,4-0,2)t.

Остальные параметры устанавливают экспериментально или используют литературные данные.

Принцип реализации способа. Движущаяся со скоростью S_п, расположенная под углом ϕ к HRK и ВРК заготовка выставлена так, что ее общий припуск t разбит на t_н ^I и t_н ^II. На деталь воздействует постоянная сила F_о, прижимающая ее к сборному инструменту. Вступая в контакт с ВРК, на I этапе в системе устанавливается усилие прижима ₁. Работающие по жестко-упругой схеме съема, крупнозернистые абразивы удаляют до 80% суммарного припуска. На II этапе снимается остальной припуск. Благодаря меньшей жесткости системы деталь-инструмент, но большей "твердости" рабочего контура НРК (т.к. выше микротвердость связки и меньше зернистость абразива), в системе сохраняется схема жестко-упругого съема припуска. Однако на этом этапе действие НРК уподоблено выглаживающему и выхаживающему эффектам, осуществляемым с повышенными скоростями резания. Благодаря этому снижается микрогеометрия обрабатываемой поверхности и ее волнистость, улучшается плоскостность узколенточной поверхности.

Сравнительные испытания показали преимущества предлагаемого способа шлифования. Так, проведение заточки специальных микротомных ножей по схеме аддитивного шлифования позволяет отказаться от последующих доводочных операций. При этом за 10-18 секунд (в зависимости от длины ножа) получают высококачественную поверхность, микрогеометрия которой составляет величину R_a= 0,6-1,0 мкм. Традиционные способы заточки требуют 35-40 с времени и обеспечивают лишь R_a=0,8-1,25 мкм. Варьированием режимов обработки и характеристик инструмента с использованием критерия f_офовор гарантированно достигают микрогеометрию поверхности ножа не хуже R_a=0,16 мкм. Способ аддитивного шлифования прост в реализации. В работе можно использовать стандартные инструменты-круги; лишь некоторой модернизации требует оборудование.

Используемые источники 1. Патент РФ, 2118248 В 24 В 7/04, 1998. Старов В.Н. Бюл. 24.

2. SU. a.c. 1077771 В 24 Д 5/06, 1984. Старов В.Н. и др. Бюл. 9.

3. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. - М.: Машиностроение, 1974. - 320 с.

4. Старов В. Н. Особенности финишной обработки неметаллов и показатели контактной обрабатываемости материалов шлифованием. - М.: Деп. во ВИНИТИ, 1996. - 14 с. 1013-В 96.

Формула изобретения

Способ аддитивного шлифования поэтапным удалением материала заготовки комплектом торцовых сборных инструментов, состоящих из наружного и внутреннего абразивных контуров, при котором общий припуск делят на дискретные припуски в зависимости от усилия прижима инструмента, а деталь перемещают через середину абразивных контуров, отличающийся тем, что деталь располагают под углом 1-7^o к дискретной плоскости инструмента, причем ее обработку начинают внутренним абразивным контуром, скорость резаний которого в 1,3-2,0 раза меньше, а усилий прижима в 1,2-1,6 раза больше, чем эти параметры на наружном абразивном контуре, и на всех этапах поддерживают одинаковые условия контактного взаимодействия инструмента с деталью, которые рассчитываются по формуле: где f_ОФВОР - оценочная функция условий контактного взаимодействия; К_n - коэффициент, учитывающий характеристики инструмента;
t - глубина шлифования;
В - ширина абразивного слоя;
F_o - усилие прижима детали к инструменту;
V_p - скорость резания;
ϕ - угол наклона детали к плоскости резания инструмента;
S_п - скорость подачи детали;
М_св - свойства материала детали,
сравнивают их и, варьируя технологическими параметрами К_n, t, B, F_o и V_p, достигают равенства значений f_ОФВОР на этапах обработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1