Продольно-прерывистый сборный шлифовальный круг

 

Изобретение относится к изготовлению абразивных инструментов для глубинного периферийного шлифования материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь. Продольно-прерывистый сборный шлифовальный круг выполнен в виде закрепленных на общем корпусе с осевым зазором один относительно другого абразивных дисков, количество которых выбирают четным. При этом диски изготовлены в виде усеченных круглых цилиндров, у которых один торец наклонен под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения. Диски попарно установлены неуравновешенными частями в противофазе, диаметрально противоположно и скошенными торцами друг к другу так, что последние параллельны и находятся внутри круга. Зазор между дисками может быть отрегулирован с помощью проставочных шайб. Его величину, которая зависит от наружного диаметра и минимальной высоты абразивного диска, определяют по приведенной формуле. В результате повышаются качество и производительность обработки. 7 ил.

Изобретение относится к изготовлению абразивных инструментов для глубинного периферийного шлифования материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, и предназначено для осуществления шлифования деталей с регулированием теплового потока, направленного в деталь.

Известен сборный шлифовальный круг, выполненный в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклонных к плоскости вращения абразивных дисков [1].

Недостатками известного круга являются сложность процесса обработки этим кругом, 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. При этом конструкция круга не позволяет предварительно определить осевые зазоры между абразивными дисками и угол наклона их для установления оптимальных режимов резания. Кроме того, наклонные диски вызывают динамический дисбаланс и неуравновешенность, которые усугубляются в связи с быстрым износом остроугольных приторцовых частей дисков, работающих как прерывистые круги и испытывающих большую нагрузку.

Известен сборный шлифовальный круг, выполненный 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].

Недостатком известного круга является быстрое снижение виброустойчивости по мере его износа, т. к. наклонные диски вызывают динамический дисбаланс и неуравновешенность, которые усугубляются в связи с быстрым износом остроугольных приторцовых частей дисков, работающих как прерывистые круги и испытывающих большую нагрузку по сравнению со средними непрерывно работающими частями. Все это снижает качество и производительность обработки.

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 продольно-прерывистого сборного шлифовального круга, выполненного в виде закрепленных на общем корпусе с осевым зазором один относительно другого абразивных дисков, при этом берут четное количество дисков, изготовленных 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 находятся внутри круга, и с возможностью регулирования зазора между ними с помощью проставочных шайб, а осевой зазор Z определяют по формуле Z = B_min+(D•tgα)/2, 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 В_min.

Сущность конструкции предлагаемого продольно-прерывистого сборного шлифовального круга поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично показан продольно-прерывистый сборный шлифовальный круг, 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 продольно-прерывистый сборный шлифовальный круг состоит из единичных абразивных дисков, закрепленных на общем корпусе 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. Наличие неуравновешенной части требует с целью повышения динамической уравновешенности работу этих дисков только парами. Пара абразивных дисков может быть установлена как обычные шлифовальные круги на шпинделе с помощью стандартного крепления с нулевым осевым зазором, т.е. они универсальны.

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 неуравновешенными частями в противофазе, диаметрально противоположно и 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.

При работе предлагаемой конструкции круга 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 предлагаемой конструкции продольно-прерывистого сборного шлифовального круга это значит, что отношение площади S_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 за один оборот круга состоит из суммы площадей контактов каждого диска и равна S = S₁+S₂ = πD(B_max+B_min), где B_max, B_min, D - соответственно максимальная и минимальная высоты и наружный диаметр усеченных абразивных дисков 1 и 2. При этом B_max = B_min+Dtgα. Площадь S_z осевого зазора с некоторой достаточной степенью точности равна S_z ≅ πDZ,
где Z - осевой зазор между абразивными дисками. Тогда, подставив значения площадей, определим осевой зазор и угол наклона скошенных торцов дисков
Z = B_min+(Dtgα)/2;
α = arctg[2(Z-B_min)/D].
Осевой зазор Z между абразивными дисками рекомендуется при предварительной первоначальной установке принимать не менее
Z≥1,5 B_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, разрыва процесса удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появления дефектов шлифования.

Поэтому предлагаемый продольно-прерывистый сборный шлифованый круг позволяет ужесточить режимы резания с гарантией бесприжоговой обработки, улучшить качество и повысить производительность. Предлагаемая конструкция сборного шлифовального круга предусматривает в процессе обработки перекрытие зон резания абразивных дисков друг другом, пока реализуется соотношение
B_mах > B_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
В_mах≤В_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 продольно-прерывистый сборный шлифовальный круг, составленный 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 продольно-прерывистого сборного шлифовального круга 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 круг 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.

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^o42'.

Охлаждающая жидкость - эмульсия. Обработку осуществляли за 20 проходов.

Абразивная обработка предлагаемым продольно-прерывистым шлифовальным кругом 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 круг 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 продольно-прерывистый сборный шлифовальный круг 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
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, заяв. 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

Продольно-прерывистый сборный шлифовальный круг, выполненный в виде закрепленных на общем корпусе с осевым зазором один относительно другого абразивных дисков, 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 находятся внутри круга, и с возможностью регулирования зазора между ними с помощью проставочных шайб, а осевой зазор Z определяют по формуле
Z = B_min+(D•tgα)/2,
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 В_min.

РИСУНКИ

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