Способ продольно-прерывистого шлифования

 

Изобретение относится к глубинному периферийному шлифованию 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 осуществляют с помощью шлифовального круга, выполненного в виде закрепленных на общей оправке с осевым зазором один относительно другого и наклоненных к плоскости, перпендикулярной оси вращения, абразивных дисков. Кругу сообщают вращение и перемещение относительно обрабатываемой заготовки. Предусмотрена возможность изменения угла наклона α, зазора Z между дисками и числа N дисков. Приведена расчетная формула для определения зазора в зависимости от числа абразивных дисков в сборном шлифовальном круге, высоты абразивного диска, амплитуды осцилляции зоны резания и коэффициента, зависящего от степени понижения температуры в зоне резания. Использование осцилляции зоны резания и прерывание последней в продольном направлении позволяет ужесточить режимы резания, повысить виброустойчивость и снизить теплонапряженность шлифования. 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Изобретение относится к глубинному периферийному шлифованию 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 наклоненных 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 прогнозировать степень снижения теплонапряженности процесса шлифования сборными кругами.

Известен способ шлифования сборным кругом, выполненным в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклоненных 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].

Недостатком известного способа является невозможность прогнозирования степени снижения теплонапряженности процесса шлифования сборными кругами.

Задачей изобретения является повышение качества и производительности обработки шлифованием путем прогнозирования снижения теплонапряженности абразивного резания благодаря прерыванию процесса обработки для некоторых поперечных сечений обрабатываемой поверхности при непрерывном шлифовании, т.е. благодаря осцилляции зоны резания, а также прерыванию зоны резания в продольном направлении и изменению величины продольного прерывания в зависимости от степени снижения теплонапряженности.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа продольно-прерывистого шлифования, включающего сообщение вращения и перемещения относительно обрабатываемой заготовки сборному шлифовальному кругу, выполненному в виде закрепленных на общей оправке с осевым зазором один относительно другого и наклоненных для осцилляции зоны резания под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, абразивных дисков, при этом используют шлифовальный круг, имеющий возможность изменения угла α наклона абразивных дисков, осевого зазора Z между абразивными дисками и числа N дисков, при этом осевой зазор Z определяют по формуле Z=(K_THN-A_A)/(N-1), где N - число абразивных дисков в сборном шлифовальном круге; Н - высота абразивного диска; А_A - амплитуда осцилляции зоны резания, обусловленная углом α наклона абразивного диска и выбранная из условия A_A≤H; К_T - коэффициент, зависимый от степени понижения температуры Т в зоне резания и выбранный из ряда его значений 0,2; 0,3; 0,5 и 0,75 для снижения Т (%), соответственно, на 10; 20; 30 и 40.

Кроме того, шлифовальный круг используют с гидропластмассовой разжимной оправкой для центрирования абразивных дисков с заданным осевым зазором.

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 по Б-Б на фиг.3; на фиг.2 - общий вид сбоку; на фиг.3 - вид по А на фиг. 1; на фиг.4 - вариант конструкции абразивного диска; на фиг.5 и 6 - развертка следов абразивных дисков на обрабатываемой поверхности заготовки соответственно с максимальными и минимальными осевыми зазорами между ними.

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, количество которых зависит от конкретных условий обработки (например, широких поверхностей и т.п.), крепятся на шпинделе 2 через гидропластмассовую оправку 3.

Оправка 3 состоит из корпуса 4, гильзы 5, резьбовой пробки 6 и гидропластмассы 7, которая используется в качестве наполнителя, передающая давление практически по закону Паскаля [3]. Состав и характеристика гидропластмассы марки СМ: полихлорвиниловая смола марки М - 20%; дибутилфталат (пластификатор) - 78%; стеарат кальция (стабилизатор) - 2%.

Тонкостенная гильза 5 (для оправки ⊘50...60 мм толщина стенки составляет 1,3. ..1,5 мм) точно центрирует и равномерно закрепляет единичные абразивные диски 1, которые предварительно установлены на фланцах 8 и закреплены кольцами 9 с помощью болтов 10.

Гидропластмассовая разжимная оправка 3 точно центрирует и равномерно закрепляет абразивные диски 1 с заданным осевым зазором Z, который задается набором проставочных колец 11. Предварительное осевое крепление абразивных дисков 1 на оправке 3 производится гайкой 12.

Конструкция абразивных дисков 1, представленная на фиг.4, позволяет компактно расположить их в сборном шлифовальном круге, но требует специальной формовки при их изготовлении. Особенностью конструкции абразивных дисков 1 является то, что их периферийная рабочая часть расположена под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, а ступица - перпендикулярно.

При некотором изменении конструкции фланцев 8 и колец 9, позволяющих закреплять абразивные диски под углом к оси вращения, возможно использование стандартных абразивных дисков.

Известно [4] , что снизить теплонапряженность процесса шлифования можно путем использования прерывистых кругов, имеющих на периферийной режущей поверхности впадины и выступы.

В предлагаемом способе продольно-прерывистого шлифования также происходит прерывание процесса резания для ряда поперечных сечений обрабатываемой заготовки, например, сеч. Б'-Б'; В-В; Г-Г и др. (см. фиг.5). Это прерывание обеспечивается как благодаря наклону абразивных дисков к оси вращения, так и осевому зазору Z между ними.

С позиций оптимальной теплонапряженности, учитывая износостойкость, динамику и режущую способность, опыт [4, 5] эксплуатации прерывистых кругов показал, что соотношением впадин и выступов можно регулировать температуру в зоне шлифования.

Для предлагаемого способа продольно-прерывистого шлифования сборным кругом это значит, что отношение площади S, не контактирующей с кругом за его один оборот, к площади _К контакта абразивных дисков с обрабатываемой поверхностью, т.е. площади резания (заштрихованные поверхности, ограниченные синусоидами, см. фиг. 5 и 6) равно К_Т - коэффициенту, зависящему от степени снижения температуры Т%.

S/S_K=К_T: Площади S и S_K приближенно можно определить по формулам S≅A_AπD+Z(N-1)πD, S_к≅πDHN, где N - число абразивных дисков в сборном шлифовальном круге;
Н - высота абразивного диска;
А_A - амплитуда осцилляции зоны резания, возникающая благодаря наклону абразивного диска под углом α, которая может принимать значения не более A_A≤H.

Тогда отношение площадей будет равно
S/S_к = [A_AπD+Z(N-1)πD]/(πDHN).
Преобразовав, получим
K_T=[A_A+Z(N-l)]/HN.

Решим относительно Z
Z=(K_THN-A_A)/(N-1).

Коэффициент К_T, зависящий от степени снижения температуры шлифования (Т%), при режимах обработки, выбранных по существующим рекомендациям и нормативам, согласно опыту использования и эксплуатации прерывистых шлифовальных кругов [4, 5] принимает значения, приведенные в таблице.

Таким образом, задаваясь осевым зазором между абразивными дисками и углом наклона, их можно прогнозировать степень снижения температуры в зоне шлифования.

Температура в 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 предварительно рассчитанных интервалов, полученных как благодаря наклону абразивных дисков, так и осевому зазору между ними, разрыва процесса удается предсказать степень снижения температуры 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.

Предлагаемый способ виброустойчивого прерывистого шлифования сборным кругом, составленным из нескольких единичных абразивных дисков с осевым зазором Z и установленных под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, позволяет совместить достоинства прерывистого шлифования с обычным традиционным - сплошными кругами.

С увеличением амплитуды А_А осцилляции зоны резания, которая возникает благодаря наклону абразивного диска под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, улучшаются условия охлаждения, а именно увеличивается время прерывания процесса резания для данного поперечного сечения заготовки (например, В-В, фиг.5). При этом уменьшается ширина зоны сплошного шлифования (см. фиг.5 и 6), которая является калибрующей частью абразивного диска и от которой зависит окончательное профилирование, шероховатость и качество обрабатываемой поверхности. Для каждого конкретного случая оптимальная величина амплитуды А_А определяется опытным путем, но она должна быть не более высоты диска А_А≤Н.

При этом увеличиваются прочность инструмента, виброустойчивость процесса и площадь резания, захватываемая осциллирующим составным кругом, 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 устанавливают на гидропластмассовой оправке 3, предварительно закрепив на фланцах 8 и кольцах 9 с помощью болтов 10, осевой зазор Z устанавливают набором проставочных колец 11, производят правку круга известным способом.

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 и зазора между единичными абразивными дисками обеспечивают открытый доступ СОЖ в зону резания.

В зависимости от материала обрабатываемой заготовки, его твердости, требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности и других конкретных условий обработки можно прогнозировать любую теплонапряженность процесса, благодаря выбору геометрических параметров (например, D, N, Z, α, А_А, Н) сборного шлифовального круга.

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 гильзы на внутришлифовальном станке мод. 3К228В. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-74, НВ 260, диаметр обработки 130 мм, длина - 60 мм, режущий инструмент - абразивные диски ПП 100х13х20 24А 25П С2 5 К8 А. Режимы обработки: скорость заготовки - 40,8 м/мин (100 об/мин), скорость вращения инструмента - 31,4 м/с, частота вращения инструмента - 6000 об/мин, минутная продольная подача S_пр= 5390 мм/мин, поперечная подача круга - 0,012 мм/дв.ход.

Количество единичных абразивных дисков в сборном шлифовальном круге - 3 шт., амплитуду осцилляции круга устанавливали А_А=6,5 мм, угол наклона дисков к плоскости, перпендикулярной оси вращения - α = 3°42ʹ, осевой зазор Z между абразивными дисками устанавливали с помощью пакетов проставочных колец 11. Для снижения температуры в зоне контакта абразивных дисков с обрабатываемой поверхностью на 10% устанавливали зазор Z₁=l мм; на 20% - Z₂=2,3 мм; на 30% - Z₃=6,9 мм; на 40% - Z₄=11,2 мм.

Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработку осуществляли за 20 проходов.

Абразивная обработка по предлагаемому способу продольно-прерывистого шлифования позволила в 1,5...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 - Т₀ ^Z1=0,86 мин; T₀ ^Z2=0,71 мин; Т₀ ^Z3=0,55 мин; Т₀ ^Z4=0,41 мин (где Т₀ ^Z1; Т₀ ^Z2, Т₀ ^Z3; Т₀ ^Z4 - основное машинное время на обработку сборным шлифовальным кругом с зазором между абразивными дисками соответственно при Z₁=1 мм; Z₂=2,3 мм; Z₃=6,9 мм; Z₄=11,2 мм) по сравнению с Т₀= 1,15 мин - при обработке обычным кругом, позволяет судить о том, что предлагаемый способ повышает производительность в 1,5...3 раза благодаря преимуществам продольно-прерывистого шлифования при непрерывном процессе и прогнозирования степени снижения теплонапряженности в зоне контакта.

Использование осцилляции зоны резания и прерывание последней в продольном направлении позволяет ужесточить режимы резания, повысить виброустойчивость и снизить теплонапряженность шлифования.

Предлагаемый способ продольно-прерывистого шлифования может найти применение на любых металлообрабатывающих предприятиях, занимающихся шлифованием труднообрабатываемых материалов, и позволяет в результате изменение угла наклона абразивных дисков, из которых составлен сборный круг, и осевого зазора между ними повысить производительность обработки за счет оптимизации теплонапряженности процесса при обработке различных материалов и качество процесса за счет осцилляции зоны резания и прогнозирования снижения температуры в зоне контакта.

Источники информации
1. Патент США 1976233, МКИ 51-34, опубл. 1934.

2. А.с. 689823, МКИ В 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. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т /Ред. совет: Б.Н.Вардашкин (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1984 - Т. 2 /Под ред. Б.Н.Вардашкина, В.В.Данилевского. 1984. С. 527-537.

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

5. Якимов А.В. Алмазно-абразивная обработка фасонных поверхностей. - М.: Машиностроение, 1984. С. 118-124.

Формула изобретения

1. Способ продольно-прерывистого шлифования, включающий сообщение вращения и перемещения относительно обрабатываемой заготовки сборному шлифовальному кругу, выполненному в виде закрепленных на общей оправке с осевым зазором один относительно другого и наклоненных для осцилляции зоны резания под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, абразивных дисков, отличающийся тем, что используют шлифовальный круг, имеющий возможность изменения угла α наклона абразивных дисков, осевого зазора Z между абразивными дисками и числа N дисков, при этом осевой зазор Z определяют по формуле
Z= (K_THN-A_A)/(N-1),
где N - число абразивных дисков в сборном шлифовальном круге;
Н - высота абразивного диска;
А_А - амплитуда осцилляции зоны резания, обусловленная углом α наклона абразивного диска и выбранная из условия А_А≤Н;
К_Т - коэффициент, зависимый от степени понижения температуры Т в зоне резания и выбранный из ряда его значений 0,2, 0,3, 0,5 и 0,75 для снижения Т (%) соответственно на 10, 20, 30 и 40.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шлифовальный круг используют с гидропластмассовой разжимной оправкой для центрирования абразивных дисков с заданным осевым зазором.

РИСУНКИ

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