Способ продольно-прерывистого шлифования

 

Изобретение относится к глубинному периферийному шлифованию труднообрабатываемых материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь. Способ продольно-прерывистого шлифования осуществляется в условиях относительного перемещения заготовки и сборного шлифовального круга. Последний выполнен в виде закрепленных на общей оправке с осевым зазором один относительно другого абразивных дисков, количество которых выбирают четным. Диски выполнены в виде усеченных круглых цилиндров, у которых один торец наклонен под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения. Диски попарно устанавливают неуравновешенными частями в противофазе диаметрально противоположно и скошенными торцами друг к другу так, что последние параллельны. Зазор между ними может быть отрегулирован с помощью проставочных шайб. Приведена расчетная формула для определения угла α в зависимости от наружного диаметра и минимальной высоты абразивного диска, а также осевого зазора между абразивными дисками. Такие действия позволяют повысить производительность обработки за счет оптимизации теплонапряженности процесса и качество обработки за счет осцилляции средней части зоны резания. 7 ил.

Изобретение относится к глубинному периферийному шлифованию труднообрабатываемых материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь.

Известен способ обработки сборным шлифовальным кругом, выполненным в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклонных к плоскости вращения абразивных дисков [1].

Недостатками известного способа являются сложность процесса обработки, так как при шлифовании широких поверхностей необходимо осуществление продольной и поперечной подач. При шлифовании же только с поперечной подачей места стыков дисков на обрабатываемой поверхности оставляют дефекты, что недопустимо. Кроме того, способ не позволяет предварительно определить осевые зазоры между абразивными дисками и угол наклона их для установления оптимальных режимов резания.

Способ не позволяет получить высокое качество из-за динамической неуравновешенности сборного шлифовального круга, при этом износ абразивных дисков неравномерный из-за выступающих приторцовых частей, которые несут большую нагрузку, так как осуществляют прерывистое шлифовании и быстрее изнашиваются, что еще больше увеличивает дисбаланс.

Известен способ шлифования сборным кругом, выполненным в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклонных к плоскости вращения абразивных дисков, которые развернуты один относительно другого на 1/N часть оборота, где N - количество дисков в наборе, при этом величина осевого зазора определяется по приведенной формуле [2].

При такой установке абразивных дисков износ их в процессе шлифования будет неравномерный из-за выступающих приторцовых частей, которые несут большую нагрузку, так как осуществляют прерывистое шлифовании и быстрее изнашиваются, что еще больше увеличивает дисбаланс, который не позволяет получить высокое качество из-за динамической неуравновешенности сборного шлифовального круга.

Задачей изобретения является повышение качества, производительности и упрощение процесса обработки, снижение динамической неуравновешенности и теплонапряженности шлифования, а также использование достоинств прерывистой абразивной обработки при непрерывном резании.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа продольно-прерывистого шлифования, при котором сборному шлифовальному кругу, выполненному в виде закрепленных на общей оправке с осевым зазором один относительно другого абразивных дисков, сообщают вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки, при этом берут четное количество дисков, выполненных в виде усеченных круглых цилиндров, у которых один торец наклонен под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, кроме того, диски попарно устанавливают неуравновешенными частями в противофазе, диаметрально противоположно и скошенными торцами друг к другу так, что последние параллельны, и с возможностью регулирования зазора между ними с помощью проставочных шайб, а угол α определяют по формуле α =arc tg[2(Z-B_min)/D], где D и B_min - соответственно наружный диаметр и минимальная высота абразивного диска; Z - осевой зазор между абразивными дисками, который рекомендуется предварительно принять не менее Z≥1,5 В_min.

Сущность предлагаемого способа продольно-прерывистого шлифования поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично показан сборный шлифовальный круг для осуществления предлагаемого способа продольно-прерывистого шлифования, вид сбоку, продольный разрез; на фиг.2 - общий вид сбоку, круг настроен с максимальным осевым зазором Z; на фиг.3 - общий вид сбоку, круг настроен с минимальным осевым зазором Z; на фиг.4 - вид с торца по А на фиг.1; на фиг.5 - вид с торца по Б на фиг.1; на фиг.6 - разрез по В-В на фиг.1 (повернуто на 180^o); на фиг.7 - развертка следов абразивных дисков на обрабатываемой поверхности заготовки.

Предлагаемый способ продольно-прерывистого шлифования осуществляется сборным шлифовальным кругом, который состоит из единичных абразивных дисков, закрепленных на общей оправке с осевым зазором Z один относительно другого. Абразивные диски 1 и 2, количество которых четное и зависит от конкретных условий обработки (например, широких поверхностей заготовки и т.п.), крепятся на шпинделе 3 через корпус 4. Особенность конструкции абразивных дисков 1 и 2 состоит в том, что они, во-первых, выполнены в виде усеченных круглых цилиндров, у которых один торец наклонен под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, а во-вторых, ступица выполнена с параллельными торцами, перпендикулярными оси вращения. Такая конструкция абразивных дисков позволяет компактно расположить их в сборном круге, но требует специальной формовки при их изготовлении, при этом они взаимозаменяемы и применяются парами. Пара абразивных дисков может быть установлена как обычные шлифовальные круги на шпинделе с помощью стандартного крепления с нулевым осевым зазором.

Корпус 4 слева (согласно фиг.1) имеет посадочную шейку для базирования одного абразивного диска 1 и неподвижного крепления его гайкой 5, а справа - шейку с резьбовым окончанием для установки другого диска 2 с возможностью регулирования осевого зазора Z между дисками. Второй диск 2 закрепляется неподвижно на фланце 6 с помощью гайки 7, при этом сам фланец 6 устанавливается на правую шейку корпуса 4 с возможностью регулирования осевого зазора Z между дисками с помощью сменных проставочных шайб 8. Диски 1 и 2 устанавливаются скошенными торцами внутрь друг к другу так, что последние параллельны. Сохранение ориентации диска 2 в данном окружном положении при зажиме осуществляется шпонкой 9. Крепление фланца 6 с диском 2 на корпусе 4 осуществляется гайкой 10 и контргайкой 11.

Известно [3] , что снизить теплонапряженность процесса шлифования можно путем использования прерывистых кругов, имеющих на периферийной режущей поверхности впадины и выступы.

В предлагаемом способе прерывистого шлифования также происходит прерывание процесса резания для ряда поперечных сечений обрабатываемой заготовки, например, сечения Г-Г; Д-Д и др. (см. фиг.7). Это прерывание обеспечивается как благодаря наклону внутренних торцов абразивных дисков к оси вращения, так и осевому зазору Z между ними.

С позиций оптимальной теплонапряженности, учитывая износостойкость, динамику и режущую способность, опыт [3] эксплуатации прерывистых кругов показал, что соотношение впадин и выступов должно быть не более 0,5.

Для предлагаемого способа продольно-прерывистого шлифования сборным кругом это значит, что отношение площади _z, не контактирующей с кругом за его один оборот, к площади S контакта абразивных дисков с обрабатываемой поверхностью, т.е. площади резания (заштрихованные поверхности, внутри ограниченные синусоидами, см. фиг.7), равно 0,5 S_z/S=0,5.

Площадь S контакта абразивных дисков с обрабатываемой поверхностью состоит из суммы площадей контактов каждого диска и равна S=S₁+S₂=πD(B_max+B_min), где В_mах, В_min, D - соответственно максимальная и минимальная высоты и наружный диаметр усеченных абразивных дисков 1 и 2. При этом B_max=B_min+D tgα.

Площадь S_z осевого зазора с некоторой достаточной степенью точности равна S_zπDZ, где Z - осевой зазор между абразивными дисками. Тогда, подставив значения площадей, определим осевой зазор и угол наклона скошенных торцов дисков
Z=B_min+(D tgα)/2;
α=arc tg[2(Z-B_min)/D].

Осевой зазор Z между абразивными дисками рекомендуется при предварительной первоначальной установке принимать не менее
Z≥l,5B_min.

Таким образом, температура в средней зоне шлифования сборного круга для конкретного поперечного сечения заготовки понижается, так как обработка производится с определенными интервалами и продолжительность резания между этими интервалами сделана меньше времени теплового насыщения металла, а за время разрыва процесса происходит охлаждение поверхности детали.

Под тепловым насыщением понимают такое состояние поверхности, когда ее температура достигает максимума и сохраняется определенное время. При этом состоянии возможно образование дефектов, ухудшающих эксплуатационные свойства деталей.

За счет интервалов, полученных как благодаря наклону внутренних торцов абразивных дисков, так и осевому зазору между дисками, удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появления дефектов шлифования.

Поэтому предлагаемый способ продольно-прерывистого шлифования позволяет ужесточить режимы резания с гарантией бесприжоговой обработки, улучшить качество и повысить производительность. Согласно предлагаемому способу шлифования сборным кругом в процессе обработки зоны резания абразивных дисков перекрывают друг друга, пока реализуется соотношение
B_mах>В_min+Z.

Это благоприятно отражается на процессе шлифования.

По мере износа и правки круга и уменьшения его наружного диаметра D величина В_mах уменьшается, а В_min - увеличивается.

При равенстве левой и правой частей соотношения и при уменьшении левой части
B_max≤B_min+Z
зоны резания абразивных дисков не перекрывают друг друга, что нежелательно, так как требуется снижение режимов резания и, в частности, уменьшение продольной подачи.

Поэтому необходимо через определенное время изменить, а именно уменьшить осевой зазор Z между дисками, с целью сохранения перекрываемости зон резания абразивных дисков друг другом.

Изменение осевого зазора осуществляется путем замены проставочной шайбы 8.

Предлагаемый способ продольно-прерывистого шлифования сборным кругом, составленным из парных абразивных дисков с осевым зазором Z и скошенными под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения внутренними торцами, позволяет совместить достоинства прерывистого шлифования с обычным традиционным - сплошными кругами.

При этом увеличивается прочность инструмента, так как наружные торцы сборного круга перпендикулярны оси вращения, виброустойчивость процесса и площадь резания, захватываемая составным кругом с осциллирующей средней частью, качество и производительность.

Кроме того, снижается расход абразива на единицу съема металла.

Работа сборного шлифовального круга по предлагаемому способу заключается в следующем. После сборки, при которой единичные абразивные диски 1 и 2 устанавливают и закрепляют с помощью гаек 5, 7, 10 и 11, причем осевой зазор Z устанавливают набором проставочных шайб 8, производят правку круга известными способами.

Шпинделю со сборным шлифовальным кругом сообщают вращательное движение, заготовке - движения подачи вдоль и поперек обрабатываемой поверхности при обработке плоскостей или заготовку вращают и передают относительное движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности и врезание на каждый одинарный или двойной ход стола при круглом шлифовании. Наличие угла наклона внутренних торцов абразивных дисков и зазора между ними обеспечивают открытый доступ СОЖ в зону резания.

Предлагаемый способ обеспечивает снижение величины шероховатости обрабатываемой поверхности на 1-2 класса и расширение технологических возможностей за счет осцилляции и прерывистой в продольном направлении режущей рабочей поверхности круга. При этом улучшаются условия резания, самозатачиваемости и подачи СОЖ, позволяющие повысить качество и производительность обработки.

Пример. Проводили обработку отверстия втулки на внутришлифовальном станке мод. 3К228В. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-88, НВ 260, диаметр обрабатываемого отверстия - 130 мм, длина - 65 мм, режущий инструмент - абразивные диски 24А 25П С2 5 К8 А. Режимы обработки: скорость заготовки - 40,8 м/мин (100 мин^-1), скорость вращения инструмента - 31,4 м/с, частота вращения инструмента - 6000 мин^-1, минутная продольная подача - 5390 мм/мин, поперечная подача круга - 0,012 мм/дв. ход.

Количество абразивных дисков в сборном шлифовальном круге - 2, форма абразивного диска - усеченный круглый цилиндр D=100 мм, В_min=6,5 мм, Z=9,75 мм, угол наклона торца к плоскости, перпендикулярной оси вращения диска α =3^o 42'.

Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработку осуществляли за 20 проходов.

Абразивная обработка по предлагаемому способу продольно-прерывистого шлифования позволила в 2,5 раза увеличить подачу на двойной ход, при котором получена качественная обработанная поверхность требуемой шероховатости (R_a= 0,63 мкм) без дефектов, прижогов и микротрещин.

Затраченное на обработку время - Т_о=0,42 мин по сравнению с Т_о=1,2 мин - при обработке обычным кругом, позволяет судить о том, что предлагаемый способ повышает производительность в 2,5-3 раза благодаря преимуществам прерывистого шлифования при непрерывном процессе.

Использование осцилляции в средней части зоны резания и прерывание последней в продольном направлении позволяет ужесточить режимы резания, снизить теплонапряженность шлифования, повысить виброустойчивость и динамическую уравновешенность благодаря наружным торцам сборного круга, которые перпендикулярны оси вращения, и установки абразивных дисков неуравновешенными частями в противофазе.

Предлагаемый способ виброустойчивого продольно-прерывистого шлифования может найти применение на любых металлообрабатывающих предприятиях, занимающихся шлифованием труднообрабатываемых материалов, и позволяет в результате изменения осевого зазора между единичными дисками, из которых составлен сборный круг, угла наклона внутренних торцов дисков и установки их неуравновешенными частями в противофазе диаметрально противоположно повысить производительность обработки за счет оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов и качество процесса за счет осцилляции средней части зоны резания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Патент США 1976233, МКИ 51-34, опубл.1934.

2. А.с. 689823, МКИ B 24 D 5/00. Сборный шлифовальный круг. Курносов А. Д. , Борисов В. А. Заявка 2530982/25-08, заявл. 28.09.77. опубл. 05.10.79. Бюл. 37 - прототип.

3. Якимов А.В. Оптимизация процессов шлифования. - М.: Машиностроение, 1975. С.45-58.

Формула изобретения

Способ продольно-прерывистого шлифования, при котором сборному шлифовальному кругу, выполненному в виде закрепленных на общей оправке с осевым зазором один относительно другого абразивных дисков, сообщают вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки, отличающийся тем, что берут четное количество дисков, выполненных в виде усеченных круглых цилиндров, у которых один торец наклонен под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, при этом диски попарно устанавливают неуравновешенными частями в противофазе диаметрально противоположно и скошенными торцами друг к другу так, что последние параллельны, и с возможностью регулирования зазора между ними с помощью проставочных шайб, а угол α определяют по формуле
α =arc tg [2(Z-B_min)/D] ,
где D и В_min - соответственно наружный диаметр и минимальная высота абразивного диска;
Z - осевой зазор между абразивными дисками, который рекомендуется предварительно принять не менее Z≥1,5 B_min.

РИСУНКИ

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