Сборная шлифовальная головка

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использовано для эффективной чистовой абразивной обработки заготовок из различных металлов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин. Сборная шлифовальная головка (СШГ) состоит из корпуса и абразивных брусков, установленных под углом 1...5° к оси вращения, приклеенных к колодкам, которые с помощью штифтов устанавливаются в корпус инструмента. Колодки с корпусом связаны специальной браслетной пружиной. СШГ осуществляет чистовую обработку заготовки в режиме прерывистого рабочего процесса. Использование прерывистого шлифования позволяет ужесточить режимы резания, снизить температуру шлифования, снизить вибрацию в технологической наладке, повысить динамическую уравновешенность, улучшить геометрические параметры качества обработанной поверхности. Применение СШГ расширяет технологический диапазон металлорежущего оборудования, например, шлифование возможно производить на станках сверлильных и расточных групп. Конструкция СШГ позволяет повысить производительность процесса и увеличить долговечность инструмента.

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использовано для эффективной чистовой абразивной обработки заготовок из различных металлов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин.

Известна СШГ с жестким демпфирующим элементом, выгодно отличающаяся от сплошных и др. абразивных кругов и головок по производительности и качеству поверхностного слоя изделий. Выполнение инструмента сборным позволило обеспечить высокую однородность и прочность абразивных брусков, назначить повышенные режимы резания по сравнению с традиционными абразивными кругами. Жесткий демпфирующий элемент, введенный в конструкцию, снижает ударные импульсы, возникающие при входе и выходе брусков из контакта с заготовкой, стабилизируя процесс обработки и ликвидируя вибрации, что в свою очередь повышает качество и производительность обработки [1].

Наиболее близким прототипом является комбинированный шлифохонинговальный инструмент, реализующий комбинированный способ чистовой обработки [2]. Комбинированный инструмент содержит шлифовальный круг с устройством его крепления на оправке под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, и хон.

Недостатками известного инструмента является отсутствие широких технологических возможностей, позволяющих вести черновую, получистовую, чистовую и отделочную абразивную обработку, невозможность быстрого перехода с одного режима на другой, отсутствие возможности восстановления изношенного наружного диаметра, а также появление прижогов и шлифовочных микротрещин при повышении режимов резания и увеличении производительности.

Задача полезной модели - повышение производительности, улучшение качества обработанной поверхности и долговечности СШГ,

стабилизация процесса обработки и снижение вибраций за счет упрощения конструкции и сокращения вспомогательных элементов.

Поставленная задача решается предлагаемой СШГ для обработки внутренних поверхностей деталей типа «Цилиндр», состоящая из корпуса, установленного на оправке, и абразивных брусков, установленных под углом 1...5° к оси вращения, приклеенных к колодкам, которые с помощью штифтов устанавливаются в корпус инструмента. Колодки с корпусом связаны специальной браслетной пружиной для повышения жесткости конструкции.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемой сборной шлифовальной головки; на фиг.2 - продольный разрез фиг.1.

Предлагаемый комбинированный шлифохонинговальный инструмент предназначен для обработки абразивными брусками, ведущими обработку периферийным прерывисто-наклонным режущим слоем.

СШГ содержит оправку 1 и абразивные бруски 4, приклеенные в колодке 2, которые через штифты 3 устанавливаются в корпус 6 и стянуты специальной браслетной пружиной 5.

Корпус СШГ представляет собой цилиндр с равномерно расположенными по наружной поверхности продольными прямоугольными пазами, в количестве 6 штук, идущими под углом 1...5° к продольной оси. В пазах имеются по два отверстия, в которые входят направляющие штифты шлифовальных колодок.

Шлифовальных колодок 6 штук. Они имеют одинаковую форму, размеры и вес. Основание колодок изготовлено из стали 40. По своей форме основание имеет прямоугольную форму. Наружная поверхность колодки свободно перемещается в пазе корпуса. Внутренняя поверхность основания имеет пазы под размер стандартных шлифовальных брусков 8*8*100. Бруски приклеиваются к основанию колодки, и формируется шлифовальная колодка.

Шлифовальная колодка на своей наружной базовой плоскости имеет два направляющих штифта, которые позволяют перемещаться колодке в радиальном направлении.

На торцах основания колодки предусмотрен технологические желобки, что позволяет с помощью двух браслетных пружин стягивать инструмент в сборе - СШГ. При вращении СШГ под действием центробежных сил колодки с брусками расходятся, преодолевая сопротивление браслетных пружин, и начинают воздействовать на обрабатываемую поверхность.

Обрабатываемая поверхность также воздействует на абразивные бруски. Она является направляющей, то есть бруски копируют профиль поверхности.

При этом центральная ось обрабатываемого отверстия и ось СШГ совпадают в допустимых пределах.

В зависимости от угла наклона пазов в корпусе СШГ бывают правого и левого вращения. Продольный наклон брусков позволяет увеличить площадь их контакта с поверхностью и повысить жесткость технологической наладки, улучшается взаимодействие пары «абразив-поверхность». Изменяя жесткость браслетной пружины возможно регулирование усилия прижима брусков к обрабатываемой поверхности.

Инструмент используют следующим образом.

Инструмент устанавливается на оправке, которой сообщается вращение, и подводится к обрабатываемой поверхности. При шлифовании инструменту кроме вращения сообщают продольную подачу, а заготовка может иметь круговое вращение или может быть неподвижной.

Благодаря такому способу резания в поперечном сечении осуществляется прерывистое шлифование, которое сопровождается низкой температурой в зоне контакта, по сравнению с традиционным шлифованием и гарантирует бесприжоговую обработку.

Угол наклона бруска позволяет увеличить количество абразивных зерен, участвующих в резании, а также образует составляющую силу винтового движения

СШГ позволяет вести обработку с использованием всей периферийной рабочей части инструмента с сохранением преимуществ процессов прерывистого шлифования. Производительность обработки данным инструментом повышается на 20%, снижается себестоимости в 2 раза, достигается шероховатости поверхности Ra 0,6...0,25 мкм.

Промышленные испытания инструмента проводились на внутришлифовальном станке мод. ЗА228, где шлифовали сквозное отверстие диаметром D₃=90 Н7 (^+0,03) и длиной L=130 мм. Параметр шероховатости обрабатываемой поверхности Ra=0,63 мкм. Припуск на сторону 0,02 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердость HRC 45. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок. Полная характеристика шлифовального круга, рекомендуемого для этой стали - 25А10ПСМ25К35Б. Круг диаметром D_К=90 мм. Обработка проводилась при следующих режимах резания. Скорость заготовки варьировалась в диапазоне V_ЗАГ =58...124 м/мин, продольная подача S_ПРОД=1,25-3,3 м/мин, t=0,005-0,02 мм. Варьирование скорости сборной шлифовальной головки - V_КР=20...35 м/с осуществлено сменой шкивов текстропной передачи в приводе главного движения инструмента.

Результаты шлифования оценивали по микрогеометрии обработанной поверхности, наличию прижогов в поверхностном слое заготовки, а также по наличию разрушения абразивных зерен и отдельных блоков зерен по всей режущей поверхности инструмента.

Среднеарифметическое отклонение профиля шлифованной поверхности Ra измеряли на профилографе - профилометре модели АБРИС-ПМ7.2

Контроль прижогов проводился после обезжиривания, травления, осветления и нейтрализации шлифованного поверхностного слоя

заготовки по методике Минавтопрома (инструкция И101-74 РТМ 37.0006.304-80).

Разрушение сегментов абразивного круга и брусков оценивалось визуально.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что наименьшее влияние на величину среднеарифметического отклонения Ra при изменении скорости вращения заготовки V_заг=58-124 м/мин оказывает глубина шлифования от 0,005 до 0,01 мм. При продольной подаче S_прод=1,25 м/мин, скорости сборного круга V _кр=35 м/с и увеличении скорости вращения заготовки в рассматриваемом диапазоне наблюдается рост величины среднеарифметического отклонения Ra от 0,57 до 0,70 мкм. При продольной подаче S_пр=3,3 м/мин, скорости сборного круга V_кр>35 м/с не целесообразен.

Установлено, что наибольшее влияние на шероховатость поверхности обрабатываемых заготовок при шлифовании СШГ оказывает продольная подача S_прод. При скорости вращения заготовки V_ЗАГ=58 м/мин, скорости СШГ V_кр=35 м/с и изменение глубины шлифования t от 0,005 до 0,01 мм наблюдался рост величины среднеарифметического отклонения Ra от 0,57 до 1,31 мкм.

При скорости вращения заготовки V _ЗАГ>124 м/мин, скорости сборного круга V_кр >35 м/с и изменении глубины шлифования в рассматриваемом диапазоне происходит рост величины среднеарифметического отклонения Ra от 0,22 до 0,52 мкм.

Увеличение скорости резания V_кр в 2 раза (с 35 м/с до 68 м/с) приводит к снижению величины среднеарифметического отклонения параметра шероховатости Ra с 0,57 до 0,34 мкм.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность СШГ, а также части его - абразивных брусков за счет использования специальной браслетной пружины. Выполнение инструмента сборным позволило обеспечить высокую однородность и

прочность абразивных брусков, назначить повышенные режимы резания по сравнению с традиционными абразивными кругами.

СШГ проста по конструкции, надежна в эксплуатации и расширяет технологические возможности обработки, благодаря совмещению хонингования (при обеспечение возвратно-поступательного движения) и шлифования, сокращает вспомогательное время, повышает на 20% производительность обработки, улучшает качество и шероховатость обрабатываемой поверхности, снижает себестоимость обработки в 2 раза.

Источники информации

1. Патент Франции 2654027, МКИ В24В 9/14. Инструмент для обработки поверхности, автоматически принимающий соответствующую форму. Заявлено 06.11.1989, опубл. 05.10.1991. ВИНИЛИ 19.

2. Патент РФ 2253561, МКИ С1 В24В 33/08. Комбинированный шлифохонинговальный инструмент. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Афанасьев Б.И. и др. Заявка 2004103653/02, заявл. 09.02.2004; опубл. 10.06.2005. Бюл. 16 - прототип.

Сборная шлифовальная головка, устанавливаемая соосно с обрабатываемым цилиндрическим отверстием, состоящая из корпуса, установленного на оправке, и абразивных брусков, установленных под углом 15° к оси вращения, приклеенных к колодкам, которые устанавливаются в корпус инструмента и имеют возможность свободно перемещаться в радиальном направлении по штифтам, колодки удерживаются браслетной пружиной для повышения жесткости конструкции.