Способ механической обработки нежесткой детали инженера лутова

 

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке нежестких тел вращения. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе обработки закрепленной по концам и в промежуточных опорных детали, ее периодически переустанавливают , а обработку ведут от одной из промежуточных опор к одному из закрепленных концов. При этом, длину обрабатываемого участка назначают исходя из предложенного математического соотношения . 7 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4735068/08 (22) 05.06.89 (46) 23.01.93. Бюл, N 3 (75) А.В,Лутов (56) Волчкевич Л.И. Автоматы и автоматические линии. М.; Высшая школа, 1976, с, 202 — 204. (54) СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКОЙ ДЕТАЛИ ИНЖЕНЕРА ЛУТОВА (57) Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть исИзобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке нежестких тел вращения.

Известны способы обработки нежестких тел вращения, включающие механическую обработку нежестких деталей с применением растягивающих усилий пропорциональных деформации, Способ позволяет повысить точность обработки и снижает остаточные напряжения на обработанной поверхности детали.

Недостаток: способ не исключает перераспределения остаточных напряжений в обработанной зоне и связанное с этим коробление оси детали. Это не позволяет гарантированно получать тела вращения с отклонением от прямолинейности оси меньше заранее заданной допустимой.

Изве"тен способ механической обработки не>кестких деталей, согласно которому с целью повышения точности обработки и улучшения эксплуатационных характеристик обработанных деталей путем стабили„„SU „„1789321 А1 пользовано при обработке нежестких тел вращения, Сущность изобретения заключается в том, что в процессе обработки закрепленной по концам и в промежуточных опорных детали, ее периодически переустанавливают, а обработку ведут от одной из промежуточных опор к одному из закрепленных концов. При этом, длину обрабатываемого участка назначают исходя из предложенного математического соотношения. 7 ил. зации остаточных напряжений, исключающей влияние технологической наследственности от предыдущих операций над деталью, базирование детали осуществляют в расположенных по ее длине самоцентрирующихся опорах и устанавливают в них усилие зажима детали на 10% превышающее максимальную величину измеряемых реакций, а изменение величины подачи в процессе обработки осуществляют из условия сохранения постоянной разницы между радиальной составляющей силы резания и величины измеренных. упругих реакций.

Этот способ также не исключает перераспределения остаточных напря>кений в обработанной зоне и связанное с ним коробление оси детали, что не позволяет гарантированно получать детали с отклонением от прямолинейности оси, не превышающим заранее заданной допустимой, Наиболее совершенным способом, позволяющим получать нежесткое тело вращения с отклонением от прямолинейности

1789321

55 оси вращения, не превышающим, заранее заданную допустимую, является способ, включающий неоднократное чередование механической обработки заготовки, закрепленной в металлорежущем станке в трех и более сечениях с правкой. Этот способ принят за прототип.

Недостаток способа — высокие издержки на получение тела вращения с отклонением от прямолинейности оси, не превышающим заранее заданную допустимую, связанные с неоднократным повторением операции механической обработки и правки.

Целью изобретения является повышение точности обработки и снижение издержек производства при изготовлении нежестких тел вращения, На фиг. 1 — 7 изображена схема осуществления этого способа, Заготовку 1 закрепляют по концам и в промежуточных опорах (фиг, 1), причем, в третьем и последующих сечениях заготовку фиксируют в таком положении, в котором равнодействующая внешних сил, действующих на заготовку, равна нулю или меньше величины, под действием которой деформация заготовки не превысит допустимого для детали отклонения от прямолинейности оси.

Заготовку закрепляют с помощью опор

2; 3; 4 с возможностью вращения заготовки относительно общей для всех опор оси вращения. Одна из опор 5 передает заготовке вращательное движение, С целью ограничения влияния коробления обработанного участка на ось тела вращения обработку ведут в направлении от одной из промежуточных опор, ограниченными по длине участками, к одному из закрепленных концов. Обработав участок длиной hL>, отпускают все опоры, закрепляющие обрабатываемый конец заготовки (фиг. 2). В обработанной зоне длиной Л Lt, нарушено сложившееся ранее равновесие остаточных напряжений. Восстановление равновесия остаточных напряжений в этой зоне приводит к деформации этого обработанного участка и изменению положения обработанного конца заготовки в пространстве. Длину обрабатываемого участка hL> выбирают исходя из условия: максимально возможное коробление обработанного участка, когда равнодействующая внешних сил, действующих на обрабатываемый конец заготовки, равна нулю, должно быть меньше заранее заданного допустимого для данного участка отклонения от прямолинейности оси, Вновь (фиг. 3) опорами 4 фиксируют обрабатываемый конец заготовки в таком положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю либо меньше величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси, и обрабатывают следующий участок длиной ALE, Вновь отпускают обрабатываемый конец заготовки (фиг, 4). В этой, вновь обработанной зоне, нарушено равновесие остаточных напряжений, его восстановление приводит к деформации второго обработанного участка длиной 612 и изменению положения в пространстве обрабатываемого конца заготовки. Длина 5Lz второго обработанного участка выбирается исходя из условия; максимально возможное коробление второго обработанного участка, когда равнодействующая внешних сил, действующих на обрабатываемый конец заготовки, равна нулю, должно быть меньше заранее заданного допустимого для данного участка отклонения от прямолинейности оси.

Описанный процесс повторяется до тех пор, пока полностью не обрабатывают этот конец заготовки, Причем, перед обработкой

i-того участка фиксируют обрабатываемый конец заготовки в таком положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю либо меньше величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси и обрабатывают участок длиной Жь Длину обрабатываемого участка Л1 выбирают исходя из условия: максимально возможное коробление 1-го обработанного участка, когда равнодействующая внешних сил, действующих на обрабатываемый конец заготовки, равна нулю, должно быть меньше заранее заданного допустимого для данного участка отклонения от прямолинейности оси. После обработки i-ro участка, с целью создания условий для перераспределения остаточных напряжений и восстановления равновесия остаточных напряжений a I-той обработанной зоне, отпускают обработанный конец заготовки и для восстановления равновесия остаточных напряжений в обработанной зоне, его вновь фиксируют в положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю либо меньше величины, под действием которой деформация заготовки превысит допустимое для детали отклонение от прямолинейности оси. Окончательно обработав и зафиксировав указанным образом один

1789321 конец заготовки, этим же способом обрабатывают и второй конец заготовки.

Длину обрабатываемого за установ участка определяют исходя из следующих соображений, Заготовка установлена так, что равнодействующая внешних сил, действующих на заготовку, равна нулю, Для любого сечения А (см. фиг, 7) существует равновесие

Мд=0, (1) где Мд — суммарный момент, создаваемый внутренними силами в сечении А заготовки.

Сняв припуск на i-том участке заготовки длиной Л4 и включающим в себя сечение

А, нарушают это равновесие. В результате в сечении А в оставшемся после обработки зоне Мдет будет компенсироваться уже за счет реакции опор, именно поэтому после обработки этого участка длиной ALE обрабатываемый конец заготовки переустанавливают и фиксируют в таком положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю либо меньше величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси, В этом случае, приняв момент внешних сил, равный нулю, находят величину, на которую изменится момент внутренних сил в детали в результате ее переустановки.

Он равен АМд дет = Мд пр+Л Мд накл и (2) где Л Мд дет — изменения момента внутренних сил в результате ее переустановки;

MA пр — МОМЕНТ, СОЗДаВаЕМЫй ВНУТРЕНними силами в снимаемом припуске до меха нообработки;

ЛМд <>« — изменение момента внутренних сил на поверхности детали, произошедшее в результате наклепа при механообработке.

Оцениваются эти величины по предельно возможным значениям, Для этого предполагают:

1. Вся потенциальная энергия, накопленная в снимаемом припуске и слое детали, подвергающемся наклепу, идет на искривление детали, то есть растягивающие и сжимающие напряжения расположены по разные стороны от нейтральной оси, и суммарные статические моменты сжатой и растянутой зоны снимаемого припуска и наклепанного слоя будут равны между собой, 2. Направление нейтральной оси на всей длине Л Ь обработанного участка остается неизменным, 3, Напряжения в снимаемой зоне равны предельно возможным, то есть о,ек — пределу текучести.

4. Внутренние силы направлены вдоль оси заготовки. Исходя из этих, предельно возможных требований Л Мд дат не может превысить величины д Мд дет — с"тек (БА SR) (3! где $д — суммарный статический момент растянутой зоны, снимаемого припуска и наклепанного слоя детали в сечении А;

SA" — суммарный статический момент

10 сжатой зоны снимаемого припуска и наклепанного слоя детали в сечении А, Для простоты рассматривают участок длиной А с неизменным сечением и припуском. Поэтому индекс А в формуле (3) можно не употреблять. Под действием момента сил Л MA дат обработанную поверхность покоробит, причем радиус кривизны р будет равен

o„(s -s ) или учитывая условие (2) уА

E I ет Век Зпк

25 где Япк = I S I = I S" I — статический момент полукольца снимаемого припуска и наклепанного слоя детали относительно нейтральной оси.

На длине Л4 обработанного за установ

30 участка происходит коробление заготовки, при котором отклонение от прямолинейности оси не превышаетдопустимого +on(см, фиг. 7)

Л L определяют из Л ОВД

35 Угол ОВД = 90О; ОД =p; ОВ = p — +on, ДВ= ЛЬ; отсюда

Л l3 =p — p — одоп) = 2p

Учитывая,что

"пппп <

h.L; = (7)

%ек ->нк

То есть, обработав заготовку длиной

Л 4 получают отклонение от прямолинейности оси, не превышающее Лцоп, Максимально возможное отклонение от прямолинейности оси определяют из формулы

%Як нк (8) у.

E у. дет

55 Эти рассуждения действительны для случая, когда погрешность переустановки обрабатываемого конца заготовки равна нулю. Формулой изобретения допускается погрешность установки обрабатываемого конца заготовки, не превышающая допустимого для данной детали отклонения от пря1789321 молинейности оси вращения Ьдеп, поэтому с учетом погрешности установки обрабатываемого конца заготовки fl одоп = и + Ь}, где h — отклонение от прямолинейности оси, возникающее в результате коробления при обработке i-го участка, отсюда

Л = Лдеп — а. тогда формула (7) с учетом поI грешности установки будет иметь вид

*4= (И тек >пк

Из формулы (9) следует; при ej стремящемся к Ьд п, тоЛ Lj стремится к О, поэтому ej выбирают в пределах от 0 до

Дцоп, исходя из точки и быстродействия переустанавливаемой опоры, выбирая наиболее экономически целесообразный вариант.

Как видно из описания, для достижения поставленной цели — получить нежесткое тело вращения с отклонением от прямолинейности оси, не превышающим заранее заданного, необходимо постоянно ориентировать относительно станка уже обработанную часть заготовки. Это можно выполнить закрепив заготовку 1 не менее, чем в двух сечениях. Эту функцию выполняют опора 2, закрепляющая необрабатываемый конец заготовки, и промежуточная, расположенная между двумя крайними опорами, опора 3. Эти опоры в процессе обработки обрабатываемого конца заготовки не переустанавливаются и постоянно ориентируют относительно станка необрабатываемый конец и уже обработанную часть обработанного конца заготовки. Кроме того, опорой 4 закрепляется обрабатываемый конец заготовки, Эта опора переустанавливается. Она фиксирует обрабатываемый конец заготовки в таком положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю или не превышает величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси, В таком положении обрабатываемый конец заготовки и фиксируется. Оставить обрабатываемый конец заготовки незакрепленным нельзя, так как в этом случае равнодействующая внешних сил, действующих на обрабатываемый конец заготовки, может превысить предельно допустимую.

Это приведет к деформации обрабатываемого конца заготовки, превышающейдопустимую. Отсюда следует, что заготовку необходимо закреплять не менее, чем в трех сечениях, При обработке заготовки в каждом сечении обрабатываемого участка происходит нарушение ранее сложившегося

100 7,66 10

50 = 136 мм

5

35 равновесия внутренних сил. Восстановление равновесия приводит к короблению этого участка. Основная идея, заложенная в способе обработки, состоит в том, чтобы коробление обработанного за установ участка не приводило бы к изменению положения относительно станка уже обработанной зоны, а вело бы к изменению положения только необработанного еще, но обрабатываемого конца заготовки. То есть, коробление заготовки, превышающее допустимое, как бы выносится за пределы обрабатываемой поверхности. Именно поэтому каждый последующий обрабатываемый участок должен быть расположен дальше от промежуточной опоры, чем зафиксированная непереустанавливаемыми опорами 2 и 3 уже обработанная зона, Иная последовательность обработки, например, от непереустанавливаемой опоры, закрепляющей обрабатываемый конец заготовки, к промежуточной, непереустанавливаемой опоре, приведет к тому, что при переустановке обрабатываемого конца заготовки изменится положение в пространстве уже обработанной зоны, то есть коробление скажется на положении оси уже обработанной зоны, положительный эффект в этом случае не будет достигнут, Пример, Определить длину обрабатываемого за установ участка Л1., если диаметр заготовки 207 мм, диаметр детали

200 мм, материал сталь о ек = 100 кг/мм, 2

Лдеп,=0,1 мм; j. j=0,01 мм, Е=2 10 кг/MM

4 2, глубина дефектного слоя т = 0,2 мм.

Длину обрабатываемого за установ участка определяют по формуле (9) %ек Бпк

4 @е Л 200 7 85 107 4

У.дет 64 64, м м

Оэгл (Dues 24 207 — 199,6

12 12

=7,66 10 мм

Отсюда, при обработке данного тела вращения, длина обрабатываемого за установ участка, при которой отклонение от прямолинейности оси не превысит 0,1 мм, составляет 136 мм.

Этот способ можно применить при обработке тел вращения на токарных и круглошлифовальных станках, например, для изготовления валов, имеющих ограничения по непрямолинейности. В качестве опор, за1789321

10 крепляющих обрабатываемые концы, наиболее рационально использовать вертлюжные люнеты, В качестве опоры, передающей вращательное движение заготовки, используют четырехкулачковый патрон.

Как видно из описания, для получения тела вращения с отклонениями от прямолинейности оси, не превышающими заранее

Формула изобретения

Способ механической обработки нежесткой детали, включающий ее закрепление по концам и в промежуточных опорах и последовательное продольное течение сопря>кенных участков с периодической переустановкой детали, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки, обработку ведут от одной из промежуточных опор к одному из закрепленных концов, а длину обрабатываемого участка

ALi назначают из математического соотношения

L

%ек >пк где Лц л- допускаемое отклонение от прямолинейности оси вращения; я; — погрешность установки обрабатываемого конца заготовки;

5 заданных допустимых, достаточно однократно обработать заготовку по наружной поверхности. Это позволяет снизить суммарный припуск и уменьшить машинное

5 время на механообработку, что позволяет снизить издержки производства при изготовлении нежестких тел вращения, имеющих ограничения по непрямолинейности оси, 10

Š— модуль упругости обрабатываемого материала; ! у.д — осевой момент инерции сечения обрабатываемого участка относительно оси

ОУ, проходящей через центр оси вращения детали; а ек — предел текучести обрабатываемого материала;

SnK — статический момент полукольца снимаемого припуска и наклепанного при механической обработке слоя детали относительно нейтральной оси, при этом при переустановке обрабатываемый конец детали фиксируют в положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна 0 либо меньше величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси.

1789321

1789321

r (.р

Составитель А. Л уто в

Техред М.Моргентал Корректор Н. Гунько

Редактор Т. Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 317 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5