Способ статико-импульсного иглофрезерования

Изобретение относится к технологии машиностроения к обработке материалов резанием, к обработке иглофрезерованием отверстий заготовок из металлов с упрочнением поверхностного слоя. Способ включает введение иглофрезы, содержащей корпус с гнездами, в каждом из которых свободно размещен стакан с пучком ворса, в обрабатываемое отверстие, сообщение ей продольной подачи, а обрабатываемой заготовке - вращательного движения. Корпус выполняют в виде оправки с радиально расположенными гнездами, в поперечном сечении представляющими собой прямоугольник с закругленными углами. Каждое гнездо на внутренней поверхности имеет выточку, а на наружной поверхности стакана, имеющего форму, ответную форме гнезда, выполняют буртик, причем в выточке гнезда расположена пружина сжатия, упирающаяся в упомянутый буртик стакана, при этом днище стакана выполняют под острым углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси стакана, и с возможностью контакта с конической поверхностью с углом α волновода, который расположен в центральном продольном отверстии оправки. Кроме того, на торец волновода воздействуют бойком, соосно установленным в центральном продольном отверстии оправки, а на противоположный торец волновода воздействует винтовая цилиндрическая пружина сжатия. При этом на оправке установлено кольцо с отверстиями для пучков ворса. Технический результат: расширение технологических возможностей за счет управления глубиной срезаемого слоя и микрорельефом внутренней поверхности, интенсификация процесса путем приложения постоянной статической нагрузки и переменной импульсной нагрузки, позволяющей повысить качество, производительность и добиться упрочнения обрабатываемой поверхности. 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения к обработке материалов резанием, в частности к обработке отверстий заготовок из металлов.

Известен способ механической обработки и цилиндрическая щетка, реализующая его, содержащая установленную на корпусе обойму с цилиндрическими гнездами, в каждом из которых размещен стакан с пучком ворса, и упругий элемент, расположенный под стаканами и контактирующий с корпусом, при этом стаканы установлены в гнездах свободно, каждое гнездо на внутренней поверхности имеет кольцевую проточку, а на наружной поверхности стакана выполнен кольцевой выступ, ширина которого меньше ширины проточки гнезда, причем упругие элементы размещены в канавках корпуса, кроме того, на упругих элементах смонтированы отражатели [1].

Известный способ обработки цилиндрической щеткой не позволяет производить резание неровностей значительной глубины, не позволяет управлять усилием прижатия пучков ворса к обрабатываемой поверхности, т.е. не позволяет управлять глубиной резания, что снижает производительность и качество обработки.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей за счет управления глубиной срезаемого слоя и микрорельефом внутренней поверхности, интенсификация процесса путем приложения постоянной статической нагрузки и переменной импульсной нагрузки, позволяющей повысить качество, производительность и добиться упрочнения обрабатываемой поверхности за счет использования инструмента специальной формы.

Поставленная задача решается предлагаемым способом статико-импульсного иглофрезерования отверстий, при котором иглофрезу, содержащую корпус с гнездами, в каждом из которых свободно размещен стакан с пучком ворса, вводят в обрабатываемое отверстие, дают продольную подачу, а обрабатываемой заготовке - вращательное движение, причем корпус выполнен в виде оправки с радиально расположенными гнездами, в поперечном сечении представляющими собой прямоугольник с закругленными углами, каждое гнездо на внутренней поверхности имеет выточку, а на наружной поверхности стакана, имеющего форму ответную форме гнезда, выполнен буртик, причем в выточке гнезда расположена пружина сжатия, упирающаяся в упомянутый буртик стакана, при этом днище стакана выполнено под острым углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси стакана, и контактирует с конической поверхностью с углом α волновода, который расположен в центральном продольном отверстии оправки, кроме того, на торец волновода воздействует боек, соосно установленный в центральном продольном отверстии оправки, а на противоположный торец волновода воздействует винтовая цилиндрическая пружина сжатия, при этом на оправке установлено кольцо с отверстиями для пучков ворса.

Особенности обработки по предлагаемому способу поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена схема обработки отверстия по предлагаемому способу и, реализующая его, иглофреза, общий вид с частичным разрезом; на фиг.2 - вид слева по А на фиг.1.

Предлагаемый способ осуществляется инструментом в виде иглофрезы 1 и предназначен для обработки отверстий в заготовках 2 со статико-импульсным нагружением пучков ворса 3, при этом иглофрезу вводят в обрабатываемое отверстие, дают продольную подачу S_пр, а обрабатываемой заготовке - вращательное движение V_з.

Иглофреза 1 содержит корпус с гнездами 4, в каждом из которых свободно размещен стакан 5 с пучком ворса 3. Корпус выполнен в виде оправки с радиально расположенными гнездами 4, в поперечном сечении представляющими собой прямоугольник с закругленными углами. Каждое гнездо 4 на внутренней поверхности имеет выточку 6, а на наружной поверхности стакана 5, имеющего форму, ответную форме гнезда 4, выполнен буртик 7, при этом в выточке 6 гнезда 4 расположена пружина сжатия 8, упирающаяся в упомянутый буртик 7 стакана 5. Пружина сжатия 8 имеет форму стакана в поперечном сечении и выполнена винтовой.

Благодаря действию пружин 8 создается статическая нагрузка P_ст на пучки ворса, действующая по нормали на обрабатываемую поверхность заготовки. Изменением жесткости пружин 8 управляют глубиной резания.

Днище 9 стакана 5 выполнено под острым углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси стакана 5, и контактирует с конической поверхностью с углом α волновода 10, который расположен в центральном продольном отверстии оправки. Волновод 10 помимо конической поверхности имеет цилиндрическую часть, которой он контактирует с поверхностью отверстия оправки иглофрезы 1.

На торец волновода 10 со стороны цилиндрической части воздействует боек 11, соосно установленный в центральном продольном отверстии оправки, а на противоположный торец волновода 10 воздействует винтовая цилиндрическая пружина сжатия 12, которая перемещает волновод 10 в первоначальное положение после снятия импульсной нагрузки Р_имп (вправо, см. фиг.1)

Для удержания стаканов 5 с пучками ворса 3 в гнездах 4 при нахождении иглофрезы в не рабочем состоянии и вне заготовки на оправке установлено кольцо 13 с отверстиями для пучков ворса 3.

В качестве механизма импульсного нагружения иглофрезы применяется гидравлический генератор импульсов [2, 3]. Заготовке сообщают вращательное движение, а иглофрезе - продольную подачу. Периодическую импульсную Р_имп нагрузку прикладывают в направлении продольной подачи и благодаря клиноплунжерному механизму, состоящему из стаканов с наклонным днищем и конической части волновода, направляют ее по нормали к обрабатываемой поверхности.

Периодическую импульсную нагрузку Р_имп осуществляют с помощью бойка 11, воздействующего на торец волновода 10, который своим конусом радиально разводит стаканы 5 с ворсом 3. С целью отвода волновода 10 после удара на свободный торец волновода воздействует винтовая цилиндрическая пружина сжатия 12 (ГОСТ 13766-68).

В результате удара бойка 11 по торцу волновода 10 в бойке и волноводе возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать на стаканы 5, на пучки ворса 3 и на обрабатываемую поверхность с цикличностью, равной двойной продолжительности импульсов. Дойдя до обрабатываемой поверхности, ударный импульс распределяется на проходящий и отражающий. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы деформации, которая интенсифицирует процесс резания и упрочняет поверхностный слой обработанного отверстия.

Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами инструмента.

Глубина упрочненного слоя обработанного по предлагаемому способу иглофрезой достигает 0,5...1,5 мм. Наибольшая степень упрочнения составляет 15...30%.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, обработанного и упрочненного по предлагаемому способу иглофрезой со статико-импульсным нагружением пучков ворса, проведены экспериментальные исследования обработки гильзы с использованием специального стенда. Значения технологических факторов (частоты ударов, радиус инструмента, величина подачи) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6...10. Дальнейшее увеличение кратности деформирующего воздействия ведет к разупрочнению.

Величина силы статического поджатая инструмента к обрабатываемой поверхности составляла P_ст≥25...40 кН; Р_имп=255...400 кН. Заготовки из стали 40Х; исходная твердость "сырых" образцов - HV 270...280. Глубина упрочненного статико-импульсной обработкой слоя составила 0,9...1,2 мм.

Глубина упрочненного слоя достигается в результате кратковременного воздействия на очаг деформации пролонгированного импульса энергии.

Исследования напряженного состояния упрочненного поверхностного слоя статико-импульсной обработкой показали, что максимальные остаточные напряжения находятся близко к поверхности, как при чеканке, что благоприятно для большинства сопрягаемых деталей механизмов и машин. Сравнение глубины напряженного и упрочненного слоя, градиента напряжений и градиента наклепа показывает, что глубина напряженного слоя в 1,1...1,3 раза больше, чем глубина наклепанного слоя, что согласуется с теорией поверхностного-пластического деформирования.

Достигаемая в процессе обработки предлагаемым способом предельная величина шероховатости составляет R_a=0,8 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 2,5 раза.

Микровибрации в процессе благоприятно сказываются на условиях работы инструмента. Наложение малого по амплитуде колебательного движения приводит к более равномерному распределению нагрузки на инструмент, вызывает дополнительные циклические перемещения контактных поверхностей инструмента и заготовки, облегчает срезание припуска и формирование упрочняемой поверхности. Колебания способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки. При наложении колебаний деформирующая поверхность инструмента периодически "отдыхает", что способствует увеличению ее стойкости. Обработка в условиях колебаний резко увеличивает эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта инструмента и заготовки.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить технологические возможности за счет управления глубиной срезаемого слоя и микрорельефом внутренней поверхности, интенсифицировать процесс путем приложения постоянной статической нагрузки и переменной импульсной нагрузки, позволяющей повысить качество, производительность и добиться упрочнения обрабатываемой поверхности.

Источники информации, принятые во внимание:

1. А.с. СССР 824 969, МКИ³ А 46 В 7/10. Цилиндрическая щетка. Берков Б.В. 2809273-12; 08.08.79; 30.04.81. Бюл. №16 - прототип.

2. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

3. Патент РФ 2 090 342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. 1997. Бюл. №34.

Способ статико-импульсного иглофрезерования отверстий, включающий введение иглофрезы, содержащей корпус с гнездами, в каждом из которых свободно размещен стакан с пучком ворса, в обрабатываемое отверстие и придание ей продольной подачи, а обрабатываемой заготовке - вращательного движения, отличающийся тем, что используют иглофрезу, корпус которой выполнен в виде оправки с радиально расположенными гнездами, в поперечном сечении представляющими собой прямоугольник с закругленными углами и имеющими на внутренней поверхности выточки, а на наружной поверхности стакана, имеющего форму, ответную форме гнезда, выполнен буртик, в выточке гнезда располагают пружину сжатия, упирающуюся в упомянутый буртик стакана, при этом днище стакана выполняют под острым углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси стакана, с возможностью контакта с конической поверхностью с углом α волновода, который располагают в центральном продольном отверстии оправки, на торец волновода воздействуют бойком, соосно установленным в центральном продольном отверстии оправки, а на противоположный торец волновода воздействуют винтовой цилиндрической пружиной сжатия, при этом на оправке устанавливают кольцо с отверстиями для пучков ворса.