Способ и устройство для центробежно-шпиндельной обработки поверхностей изделий

Группа изобретений относится к обработке материалов резанием и может быть использована при центробежной обработке деталей гранулированными рабочими средами при шлифовании, полировании и упрочнении различных изделий, в частности осевого инструмента, зубчатых колес, червяков, колец и т.п. Способ включает установку изделий на оправки, закрепление их на шпинделях и погружение в рабочую среду, находящуюся в контейнере с подвижным дном, которое представляет собой ротор в виде усеченного конуса. Уплотняют рабочую среду вращением ротора и сообщают ей тороидально-винтовое движение, а изделиям со шпинделями - планетарное вращение относительно неподвижного контейнера. Обработку производят путем циклического погружения изделий в тороидально-винтовой поток рабочей среды со скоростью, которую ограничивают приведенным условием. Раскрыто устройство, обеспечивающее осуществление заявленного способа обработки. Обеспечивается формирование однородных и стабильных показателей качества на различных участках профиля по длине обрабатываемых изделий или высоте установленных на оправки стопок деталей за счет циклического погружения вращающихся с оправками изделий в тороидально-винтовой поток рабочей среды. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к центробежной обработке деталей гранулированными рабочими средами и может быть использовано при шлифовании, полировании и упрочнении различных изделий или деталей, например осевого инструмента (сверла, фрезы, развертки), зубчатых колес, червяков, колец и т.п. в машиностроении, приборостроении и др. отраслях промышленности.

Известны способы центробежной обработки деталей в тороидально-винтовом потоке гранулированного материала [1, 2, 3] и устройства для их осуществления [4, 5, 6, 7, 8].

В известных способах и устройствах обработку производят в рабочих емкостях, заполненных обрабатывающей средой, которую формируют в уплотненный поток, взаимодействующий с различными поверхностями обрабатываемых изделий (деталей), установленных при помощи оправок на шпиндели с возможностью вращения, а формирование потока рабочей среды осуществляют вращением дна емкости, выполненного в виде усеченного конуса (активатора), давлением сжатого воздуха посредством сопел, смонтированных в донной части емкости, или вращением емкости (ротора) вокруг собственной оси.

Недостатками известных способов и устройств являются неодинаковые показатели качества поверхности на различных участках изделий (деталей), установленных на оправках, которые закреплены в шпинделях, и получают вращение относительно набегающего потока рабочей среды, так как контактные давления и скорости в различных зонах потока и на разных участках обрабатываемого профиля изделий (сверла, концевые фрезы, развертки) или деталей (червяки, зубчатые колеса, стопки колец на оправках) будут существенно отличаться, а следовательно, стабильные, качественные характеристики поверхностей деталей как по высоте, так и по обрабатываемому фасонному контуру в поперечном сечении обеспечить невозможно.

Для выравнивания условий обработки применяют различные технические решения.

В частности, для финишной обработки и упрочнения рабочих поверхностей деталей, например, зубчатых колес, по а.с. №1030146 [1] и патенту Великобритании №1166864 [2] их устанавливают на оправки и закрепляют в шпинделях, размещенных в рабочей емкости с обрабатывающей средой, а дно емкости выполняют в виде усеченного конуса, которому сообщают вращение вокруг собственной оси и формируют поток рабочих тел обрабатывающей среды, при этом шпиндели могут изменять угловое положение относительно тороидального потока рабочей среды, возникающего при вращении дна, а угловые скорости вращения дна и шпинделей задают в определенном диапазоне или определяют по расчетному соотношению. Для повышения равномерности обработки зубчатых колес с криволинейной поверхностью зуба (косозубых или винтовых) по а.с. [3] их устанавливают на оправках попарно со смещением по высоте, величину которого определяют в зависимости от угла наклона линии зуба и модуля колеса по расчетному соотношению.

В устройстве [4] для реализации способа обработки поверхностей деталей в тороидально-винтовом потоке рабочей среды, формируемого вращением подвижного дна, выполненного в виде конической тарели, которая смонтирована внутри вертикально расположенных цилиндрических оправок с деталями, образующих стенки рабочей емкости и установленных с возможностью вращения вокруг собственных осей, а вращающееся подвижное дно смонтировано с возможностью осевого перемещения вдоль оправок, причем величина вертикального перемещения активатора (вращающегося дна) с тороидально-винтовым потоком рабочей среды настраивается в зависимости от высоты обрабатываемых изделий или стопок деталей, например колец, установленных на оправках, что позволяет осуществлять обработку протяженных деталей.

В устройстве [5] обрабатываемые детали закрепляют на рычагах, которые кинематически связаны с валами, совершающими планетарное движение в тороидально-винтовом потоке рабочей среды, образованным в цилиндрической емкости вращающимся дном в форме конической чаши, что увеличивает интенсивность взаимодействия частиц рабочей среды с обрабатываемыми поверхностями деталей.

В устройстве [6] обрабатываемые изделия (сверла, фрезы) устанавливаются на оправки, которые циклически погружаются в вихревой поток абразивной смеси, формируемый сжатым воздухом, подаваемым через сопла в емкость с размещенной в ней гидроабразивной смесью, при этом верхняя крышка камеры плотно закрывается, а осевое перемещение оправок с деталями осуществляется поршнем, соединенным с держателем оправок и смонтированным с возможностью движения внутри пневмоцилиндра, снабженного боковыми окнами, под давлением сжатого воздуха.

В устройствах [7] и [8] уплотнение рабочей среды осуществляется вращением емкости с абразивной массой, а обрабатываемым деталям, установленным на оправках, сообщается вращение относительно набегающего потока гидроабразивной среды, при этом оправки с деталями смонтированы с возможностью поворота относительно оси крепления для интенсификации процесса обработки и смены обработанных деталей вне емкости с рабочей средой.

Наиболее близкими заявляемому изобретению являются «Способ обработки поверхностей деталей» по а.с. №1030146 [1] и «Центробежное устройство» по а.с. №1514576 [5].

В прототипе способа [1] обрабатываемые детали (зубчатые колеса) устанавливают на оправки и закрепляют в шпинделях, размещаемых внутри цилиндрической рабочей емкости с возможностью изменения углового положения, а емкость заполняют обрабатывающей средой и формируют тороидально-винтовой поток рабочих тел путем вращения дна емкости, выполненного в виде усеченного конуса (активатора). Сообщают вращение активатору для формирования тороидально-винтового потока рабочей среды и шпинделям с закрепленными на них оправками, на которых жестко установлены обрабатываемые детали. Контактное взаимодействие рабочих тел потока рабочей среды с поверхностями деталей, которые получают вращение вокруг собственных осей от шпинделей, с закрепленными в них оправками с деталями, приводит к обработке зубьев зубчатых колес.

Недостатком известного способа является неодинаковая величина скоростей движения рабочих тел в поперечном сечении тороидально-винтового потока, так как наибольшие скорости получают рабочие тела в зоне потока, соприкасающейся с поверхностью конического участка вращающегося дна (конических стенок активатора), что приводит к неравномерной обработке зубьев по высоте зубчатого колеса. Если обрабатываются детали протяженные, например червяки, шнеки или такие изделия как сверла, концевые фрезы, развертки, то неравномерность обработки различных участков многократно возрастает, что недопустимо, так как показатели качества поверхностей не будут соответствовать требуемым значениям.

К недостаткам прототипа устройства [5] для реализации способа центробежно-шпиндельной обработки, относятся конструктивная сложность и громоздкость привода вращения рычагов с закрепленными на них деталями, подлежащими обработке. Технически проблематично обеспечить необходимую скорость движения водила с большой консольной массой, погруженной в тороидально-винтовой поток, степень уплотнения которого может быть различной, а большое сопротивление уплотненной абразивной массы будет ограничивать скорость переносного движения валов, несущих рычаги с конической передачей для принудительного вращения обрабатываемых деталей с эксцентриситетом вокруг осей, перпендикулярных валам, причем скорость эта должна быть достаточно высокой для эффективной обработки. Поэтому эксплуатационная надежность такого устройства будет невысокой, а обеспечить надежную герметизацию конических передач, погруженных в абразивную среду для вращения обрабатываемых деталей через Г-образные прихваты, практически невозможно.

Техническим результатом заявляемого изобретения является достижение стабильных показателей качества на различных участках профиля длинномерных изделий и повышение производительности отделочно-упрочняющей обработки.

Технический результат достигается тем, что обработку производят путем циклического погружения изделий в тороидально-винтовой поток рабочей среды со скоростью υ_и, которую ограничивают условием

где p_д - динамическое давление на торцовых участках профиля при погружении вращающегося изделия в рабочую среду;

ρ _а - плотность (объемная) рабочей среды;

h - глубина погружения изделия;

g - ускорение свободного падения;

k _ф - коэффициент формы, учитывающий влияние поперечного сечения изделия на сопротивление погружению,

а направление вращения оправок с обрабатываемыми изделиями вокруг собственной оси со скоростью ω₃ принимают одинаковым с направлением переносного вращения со скоростью ω₂ оправок с водилом при угловой скорости ω₂, большей угловой скорости потока рабочей среды ω₁, определяемой угловой скоростью вращения ротора, а при ω₂ < ω₁ противоположным направлению переносного вращения оправок с деталями с угловой скоростью ω₂, при этом в кольцевой зазор между стенкой контейнера и вращающимся ротором подают воздушный поток, который формируют вращением крыльчатки со скоростью ω₁, равной угловой скорости вращения тороидально-винтового потока рабочей среды, т.е. угловой скорости вращения ротора.

В устройстве для центробежно-шпиндельной обработки, содержащем контейнер, ротор, выполненный в виде усеченного конуса, механизм осевого перемещения планшайбы, в корпусе которой смонтирован планетарный привод вращения оправок, с закрепленными на них обрабатываемыми изделиями, в заявляемом изобретении соосно оси на наружной поверхности вала ротора смонтирована крыльчатка на расстоянии h = (0,5…1) t от поверхности горизонтального участка усеченного конуса, где t - шаг винтовой линии лопастей крыльчатки.

Предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют интенсифицировать процесс обработки поверхностей изделий и обеспечить формирование однородных и стабильных показателей качества на различных участках профиля по длине обрабатываемых изделий или высоте установленных на оправки стопок деталей (например, колец подшипников качения или колец прядильных и крутильных машин со сложнопрофильными рабочими поверхностями) за счет циклического погружения вращающихся с оправками изделий в тороидально-винтовой поток рабочей среды. При этом направление вращения оправок с обрабатываемыми изделиями (деталями) вокруг собственной оси со скоростью ω₃ назначают в зависимости от соотношения скоростей переносного вращения оправок с водилом планетарного механизма ω₂ и вращения ротора ω₁, формирующего тороидально-винтовой поток рабочей среды.

Непрерывная циркуляция технологической жидкости обеспечивает интенсивный отвод тепла из зоны абразивного резания и позволяет использовать поверхностно-активные вещества для ускорения нивелирования выступов неровностей на обрабатываемых поверхностях.

Шпиндельная обработка с циклическим погружением вращающихся оправок с закрепленными на них изделиями или стопками деталей в поток шлифовального материала способствует выравниванию контактных давлений как по радиальной глубине фасонного профиля, так и на торцовых участках, перпендикулярных оси оправок, что обеспечивает достаточно равномерное воздействие рабочих тел на весь контур сложной поверхности изделий (деталей). Расчетное соотношение, регламентирующее скорость погружения изделий в тороидально-винтовой поток, позволяет прогнозировать качественные показатели обработанной поверхности в зависимости от степени уплотнения и характеристик рабочих тел, глубины погружения и формы изделий (деталей).

Установка на вал ротора устройства крыльчатки технически несложна и позволяет создать при вращении ротора воздушный поток, который направляют в кольцевой зазор между ротором и стенкой контейнера, что предотвращает попадание в зазор абразивных частиц (гранул) или их фрагментов при циклическом погружении изделий, вращающихся на оправках, закрепленных на шпинделях, в уплотненную центробежными силами абразивную массу рабочих тел. При этом скорость воздушного потока, в зазоре при взаимодействии с частицами, попавшими в кольцевой зазор, должна превышать кинетическую энергию этих частиц. При соблюдении этого условия частицы будут удаляться из зазора, и перемещаться вверх в зону обработки воздушным потоком, создаваемым лопастями крыльчатки при ее вращении. Следует отметить, что скорость воздушного потока после прохождения зазора резко снижается, а поэтому изменение траектории движения частиц (гранул) будет происходить лишь в локальной зоне тороидально-винтового потока, непосредственно граничащей с неподвижной стенкой контейнера, а, следовательно, не будет существенно влиять на траекторию движения потока в целом и показатели качества обрабатываемых поверхностей.

Технических решений с такими отличительными признаками в патентных и научно-технических источниках информации не установлено, поэтому считаем, что заявляемый способ и устройство обладают существенными отличиями.

Способ центробежно-шпиндельной обработки поверхностей изделий осуществляется с помощью устройства, общий вид которого приведен на фиг. 1, а на фиг. 2 изображен в увеличенном масштабе привод планетарного вращения обрабатываемых изделий в контейнере, дно которого образует ротор, установленный с возможностью вращения вокруг собственной оси, рабочей загрузкой в форме тора и крыльчаткой, смонтированной на валу ротора; на фиг. 3 показан фрагмент ротора с уплотненной рабочей загрузкой, в которую погружена оправка со стопкой обрабатываемых колец; на фиг. 4 представлен поперечный разрез А-А контейнера на фиг. 2 с уплотненной рабочей загрузкой и зоной контакта обрабатываемых поверхностей с абразивной массой.

Устройство для реализации способа состоит из цилиндрического контейнера 1 (фиг. 1), жестко закрепленного на кронштейнах 2, расположенных на корпусе 3, смонтированным на станине 4. Обрабатываемые изделия (детали) 5, устанавливают на оправки 6, которые закрепляют в шпинделях 7 (фиг. 2), смонтированных в опорах водила 8 с возможностью вращения вокруг собственных осей посредством зубчатых колес 9, находящихся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 10, закрепленным на цилиндре 11, несущем корпус 12, с размещенным в нем механизмом планетарного вращения шпинделей 7.

На верхнем конце вала 13, несущего водило 8 планетарного механизма привода шпинделей 7 с оправками 6, установлен шкив 14 (см. фиг. 1), соединенный ременной передачей со шкивом 15, установленным на валу электродвигателя 16, который закреплен на траверсе 17. Траверса 17, несущая электродвигатель 16 и корпус 12 механизма планетарного вращения шпинделей 7 с оправками 6 и обрабатываемыми изделиями (деталями) 5, установлена с возможностью вертикального перемещения по колонне 18 посредством пневмодвигателя 19, шток 20 которого соединен с траверсой 17.

Ограничение величины хода штока 20 и вертикального перемещения траверсы по колонне 18 осуществляется путевыми конечными выключателями 25, 26 и 27, размещенными на планке 28. Положение выключателей 26 и 27 определяет величину рабочего хода траверсы. Выключатель 25 служит для остановки траверсы 17 в верхнем положении при смене изделий 5 на оправках 6, закрепленных на шпинделях 7 (см. фиг. 2) после окончания цикла обработки.

Ротор 29 (см. фиг. 1) расположен внутри контейнера 1 на валу 30, установленным с возможностью вращения в опоре 31. Вращение вала 30 производится электродвигателем 32. Для создания воздушного потока, необходимого для предотвращения попадания и возможного заклинивания продуктов износа рабочих тел в зазоре между коническими стенками ротора 29 и цилиндрической стенкой контейнера 1, на валу 30 смонтирована крыльчатка 33.

В нижней части устройства на станине 4 закреплена емкость 34 для технологической жидкости, подача которой в контейнер 1 осуществляется насосом 35 через трубопровод 36.

Для смены шлифовального материала на стенке цилиндрического контейнера 1 предусмотрены поворотный люк 37 с ручкой 38 и запорным механизмом 39, а также решетка 40 с ограждающим экраном 41.

Способ обработки осуществляют следующим образом. Обрабатываемые изделия (детали) 5 размещают на оправках 6 (см. фиг. 1), которые закрепляют на шпинделях 7 (см. фиг. 2). Для этого траверсу 17 перемещают в верхнее положение пневмодвигателем 19 до срабатывания конечного выключателя 25.

В контейнер 1, размещенный с корпусом 3 на станине 4, загружают, например, с помощью робота-манипулятора (на фиг. 1 не показан) рабочие тела шлифовального материала в количестве необходимом для формирования тороидального потока высотой достаточной для погружения обрабатываемых изделий, а подвижному дну (ротору) 29 сообщают вращение от электродвигателя 32 через вал 30. Одновременно в контейнер 1 подают технологическую жидкость из емкости 34 насосом 35.

При вращении ротора, установленного внутри контейнера с зазором, рабочие тела обрабатывающей среды, контактирующие с поверхностью ротора, получают импульс энергии и под действием центробежных сил перемещаются по спиральным траекториям, поднимаясь по неподвижной стенке контейнера до положения, при котором гравитационные силы уравновешивают инерционные, что сопровождается падением рабочих тел на поверхность ротора, после чего процесс движения рабочих тел повторяется. При этом рабочие тела шлифовального материала и технологическая жидкость формируются в тороидально-винтовой поток. Высокие скорости рабочих тел создают благоприятные условия для их взаимодействия с обрабатываемыми поверхностями изделий.

После образования в контейнере высокоскоростного тороидального потока обрабатывающей среды перемещают траверсу 17 по колонне 18 до достижения обрабатываемыми изделиями (деталями) 5 поверхности уплотненного потока рабочих тел и включают двигатель 16 планетарного привода вращения шпинделей 7 с оправками 6. При погружении изделий 5, совершающих планетарное движение в полости контейнера 1, в тороидально-винтовой поток рабочих тел и технологической жидкости контейнеру 1 с траверсой 17 сообщают возвратно-поступательное перемещение вдоль вертикальной оси с длиной хода, который настраивают конечными выключателями 26 и 27. Насос 35 обеспечивает циркуляцию технологической жидкости через контейнер 1 во время обработки.

После окончания цикла обработки, настраиваемого при помощи реле времени, отключают приводной двигатель 32 вращения ротора 29 и двигатель 16 привода планетарного вращения изделий 5, установленных на оправках 6. Контейнер 1 с траверсой 17 перемещают по колонне 18 пневмодвигателем 19 до верхнего положения, определяемого конечным выключателем 25. Производят смену изделий 5 и цикл обработки повторяют.

Для определения сопротивления погружению детали (изделия) в шлифовальный материал, учитывая его реологические свойства, используем известные уравнения механики сплошной среды. Тогда динамическое давление p_д на торцевые участки профиля при погружении вращающегося со скоростью υ_и изделия (детали) в шлифовальный материал на глубину h с учетом статического давления вышележащих слоев рабочих тел найдем по соотношению:

где ρ_а - объемная плотность шлифовального материала;

g - ускорение свободного падения;

k _ф - коэффициент формы, учитывающий влияние поперечного сечения изделия на сопротивление погружению.

Отсюда максимальная величина допустимой скорости погружения изделия υ_и при заданной величине динамического контактного давления p_д на обрабатываемую поверхность составит

Величину коэффициента k_ф принимают: для диска - 1,1…1,2; для шара - 0,2…0,4; для конуса - 0,15…0,2; для каплеобразного обтекаемого тела - 0,04.

Величину p_д назначают в зависимости от материала изделия, термообработки и требований к шероховатости поверхности.

При дальнейшем увеличении скорости погружения υ_и свыше расчетного значения быстро возрастает сила сопротивления осевому движению детали (изделия), что сопровождается ростом контактного давления шлифовального материала на обрабатываемые поверхности, снижением подвижности слоев рабочих тел и резким ухудшением качества поверхности. В то же время при малой скорости погружения изделия υ_и падает эффективность обработки. Поэтому величину скорости υ_и погружения деталей, вращающихся на оправках в шлифовальный материал, следует назначать близкой к расчетному значению.

При регламентировании режимов центробежно-шпиндельной обработки поверхностей деталей необходимо учитывать взаимосвязь направлений вращения тороидально-винтового потока шлифовального материала (ротора) со скоростью ω₁, переносного движения оправок с водилом со скоростью ω₂ и вращения оправок с изделиями со скоростью ω₃ вокруг собственной оси (см. фиг. 4). Для стабилизации процесса абразивного резания путем обновления рабочих тел в зоне контакта детали (изделия) с уплотненным слоем ротору (потоку) сообщают вращение с угловой скоростью ω₁, отличной от скорости переносного вращения оправок с деталями, т.е. со скоростью, отличной от скорости вращения водила 8.

Направление вращения деталей (изделий) с оправками вокруг собственных осей со скоростью ω₃ (направление скорости резания) следует назначать в зависимости от соотношения угловых скоростей вращения ротора ω₁ и водила ω₂, так как при вращении деталей в зоне контакта обрабатываемых поверхностей с уплотненным гидроабразивным слоем возникают циркуляционные движения рабочих тел (гранул или абразивных зерен) и технологической жидкости (направление циркуляции схематично показано на фиг. 4). Эта циркуляция приводит к частичному выносу рабочих тел из зоны контакта вращающихся деталей (изделий) с набегающими слоями тороидального потока и возникновению подъемной силы, которая в соответствии с правилом Н.Е. Жуковского увеличивает или уменьшает контактное давление шлифовального материала на обрабатываемые поверхности деталей. Направление результирующего вектора Р сил взаимодействия рабочих тел тороидального потока в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью определяют поворотом вектора скорости υ_п набегающего потока на 90° в сторону противоположную циркуляции рабочих тел (см. фиг. 4).

Направление результирующего вектора Р зависит от соотношения скоростей вращения ротора ω₁ и водила ω₂. Если ω₂ > ω₁, то направление вращения обрабатываемых деталей (изделий) ω₃ должны совпадать. На фиг. 4 приведены направления вращения деталей и водила совпадающими для случая, когда ω₂ > ω₁. При этом результирующий вектор Р сил от взаимодействия рабочих тел тороидального потока с деталью будет направлен к обрабатываемой поверхности, что создает условия для высокопроизводительной обработки наружного контура деталей (изделий).

В случае, если ω₂ < ω₁, то детали должны получать вращение в направлении противоположном вращению водила, так как в противном случае результирующий вектор Р будет направлен от обрабатываемой поверхности к стенке цилиндрического контейнера 1, а набегающий тороидальный поток не будет создавать на обрабатываемые поверхности детали необходимого контактного давления, что приведет к резкому снижению эффективности обработки.

Для предотвращения попадания в зазор между стенкой контейнера 1 (см. фиг. 2) и вращающимся ротором 29 изношенных рабочих тел, соизмеримых с величиной зазора, создают воздушный поток при помощи крыльчатки 33, который направляют в кольцевой зазор, образованный стенкой контейнера и наклонной конической поверхностью ротора, причем крыльчатке сообщают угловую скорость равную скорости тороидального потока, формируемого ротором.

Устройство для осуществления способа характеризуется следующими отличительными особенностями.

На валу 30 ротора 23 (см. фиг. 1), установленного с возможностью вращения в опоре 31, соосно оси смонтирована крыльчатка 33 на расстоянии h = (0,5…1) t от горизонтального участка конуса ротора (см. фиг. 2), где t - шаг винтовой линии лопастей крыльчатки.

Крыльчатку следует располагать, по возможности, ближе к кольцевому зазору, образованному стенками контейнера 1 и ротора 2. Однако при расстоянии h < 0,5 t не удается создать необходимый напор воздушного потока, при котором скорость воздуха в зазоре будет достаточной для удаления их него рабочих тел и технологической жидкости, а при расстоянии h > t падает давление, так как необходимо увеличивать расход перекачиваемого через зазор воздуха что невозможно при постоянной угловой скорости ω₁ вращения ротора 29.

Величина шага t винтовой линии определяется габаритами цилиндрического контейнера 1. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность устройства, избежать попадания мелких рабочих тел в зазор и предотвратить заклинивание ротора.

Пример. Обработке подвергались торцевые насадные фрезы со вставными ножами, оснащенные пластинами из твердого сплава ВК8. Диаметр фрезы 100 мм, вылет ножей 4 мм, число зубьев (ножей) 10, диаметр посадочного отверстия 32 мм.

Отделочно-упрочняющая обработка производилась на центробежно-шпиндельном станке с объемом контейнера 50 л, заполненным шлифовальным материалом на 2/3 объема.

При угловой скорости ротора ω₁ = 18 рад/с и скорости переносного вращения оправок с деталями (водила) ω₂ = 20 рад/с для одностороннего направления вращения водила и деталей со скоростью ω₃ = 6 рад/с, скорости погружения изделий υ_и = 0,4 м/с (для динамического давления p_д = 2000 Па, объемной плотности шлифовального материала марки 14АF40 ρ_а = 1870 кг/м³, коэффициента k_ф = 1,15) после 25 мин обработки шероховатость рабочих поверхностей пластин составила на задней поверхности режущего клина Ra = 0,6…0,65 мкм, а на передней Ra = 0,5…0,63 мкм (исходная шероховатость рабочих поверхностей пластин Ra = 1,4…1,6 мкм). Радиус округления режущих кромок увеличился до 160 мкм (исходная величина радиусов округления после заточки составляет 8…10 мкм). Степень наклепа поверхности пластин (зубьев фрезы) составила 110…115%.

В качестве технологической жидкости использовался водный раствор триэтаноломина (5 г/л) и нитрита натрия (2,5 г/л).

Высокая плотность обрабатывающей среды обеспечивает стабильность радиуса округления по всей длине режущей кромки и упрочняет тонкий поверхностный слой твердого сплава.

Снижение шероховатости уменьшает трение в зоне контакта зубьев фрезы с металлом при резании, а упрочнение поверхностного слоя повышает износостойкость пластин.

Установлено, что уменьшение скорости погружения до 0,2…0,25 м/с при противоположном вращении деталей и водила, для прочих равных условий, шероховатость рабочих поверхностей пластин твердого сплава составила Ra = 1,0…1,2 мкм, а радиус округления режущей кромки практически не изменился по сравнению с исходным.

Подача воздушного потока в кольцевой зазор между стенками контейнера и ротора предотвращает попадание частиц шлифовального материала в зазор при погружении изделий в абразивную массу, которое сопровождается интенсивным разбрызгиванием гидроабразивной смеси.

По сравнению с прототипом машинное время финишной обработки зубьев фрез сократилось в 2…2,2 раза при достижении стабильных показателей качества поверхности по всей длине зубьев.

Конструкция устройства обеспечивает надежность работы и препятствует попаданию абразивных частиц в зазор, образованный ротором и стенкой контейнера за счет создания крыльчаткой, установленной на валу ротора, воздушного потока, направленного в кольцевой зазор в течение всего цикла обработки.

Источники информации

1. а.с. №1030146 (СССР) МПК В24В 31/08. Способ обработки поверхностей деталей / В.О. Трилисский, В.В. Панчурин, В.И. Алферов, Н.А. Журавлев // опубл. 23.07.1983 в БИ № 27.

2. Патент Великобритании №1166864, кл. ВЗD. Способ обработки поверхностей деталей, опубл. 15.10.1969.

3. а.с. №876391 (СССР) МПК В24В 31/06. Способ обработки поверхностей деталей / В.О. Трилисский, В.В. Панчурин, Н.А. Журавлев, В.И. Алферов // опубл. 30.10.1981 в БИ № 40.

4. а.с. №1207730 (СССР) В24В 31/104. Устройство для центробежной обработки цилиндрических изделий / П.П. Мерзляков, И.А. Кожевин // опубл. 30.01.1986 в БИ № 4.

5. а.с. №1514576 (СССР) В24В 31/104. Центробежное устройство / Р.М. Халимулин, Ф.С. Юнусов, Ю.Г. Красильников // опубл. 15.10.1989 в БИ № 38.

6. а.с. №1397256 (СССР) В24В 31/10. Устройство для обработки изделий в свободном абразиве / В.В. Севастьянов, Л.В. Борзунова, М.В. Калмыкова // опубл. 23.05.1988 в БИ № 19.

7. а.с. №716795 (СССР) В24В 31/08. Устройство для абразивно-центробежной обработки деталей / К.А. Мнджоян, А.А. Григорян // опубл. 25.02.1980 в БИ № 7.

8. Патент РФ №2310553 В24В 31/104. Устройство для обработки деталей в центробежно-уплотненном потоке свободного абразива / С.В. Портнов, М.И. Ильин, Б.В. Ефремов // опубл. 20.11.2007 в БИ № 32.

1. Способ центробежно-шпиндельной обработки изделий, при котором изделия устанавливают на оправки, закрепляют на шпинделях, погружают в рабочую среду, находящуюся в контейнере с подвижным дном, образующим ротор в виде усеченного конуса, уплотняют рабочую среду вращением ротора и сообщают ей тороидально-винтовое движение, а изделиям со шпинделями - планетарное вращение относительно неподвижного контейнера, отличающийся тем, что обработку производят путем циклического погружения изделий в тороидально-винтовой поток рабочей среды со скоростью υ_и, м/с, которую ограничивают условием:

где р_д – динамическое давление на торцовых участках профиля при погружении вращающегося изделия в рабочую среду, Па;

ρ_а – объемная плотность рабочей среды, кг/м³;

h – глубина погружения изделий, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

k _ф – коэффициент формы, учитывающий влияние поперечного сечения изделий на сопротивление погружению.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что направление вращения оправок с обрабатываемыми изделиями вокруг собственной оси ω₃ принимают одинаковым с направлением переносного вращения оправок ω₂ при угловой скорости ω_2, большей угловой скорости потока рабочей среды ω₁, определяемой угловой скоростью вращения ротора, а при ω₂ < ω₁ – противоположным направлению переносного вращения оправок с деталями с угловой скоростью ω₂.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зазор между стенкой контейнера и вращающимся ротором подают воздушный поток, который формируют вращением крыльчатки со скоростью ω₁, равной скорости тороидально-винтового потока рабочей среды.

4. Устройство для центробежно-шпиндельной обработки изделий способом по п.1, характеризующееся тем, что оно содержит цилиндрический контейнер, ротор, установленный в подшипниковых опорах с возможностью вращения и выполненный в виде усеченного конуса, механизм осевого перемещения планшайбы, в корпусе которой смонтирован планетарный привод вращения оправок с закрепленными на них обрабатываемыми изделиями, при этом на наружной поверхности вала ротора соосно его оси смонтирована крыльчатка, расположенная на расстоянии (0,5-1) t от горизонтального участка конуса ротора, где t - шаг винтовой линии лопастей крыльчатки, м.