способ статико-импульсного иглофрезерования
Классы МПК: | B23C3/00 Способы и устройства для фрезерования специальных изделий; особые способы фрезерования |
Автор(ы): | Степанов Юрий Сергеевич (RU), Киричек Андрей Викторович (RU), Харламов Геннадий Андреевич (RU), Тарапанов Александр Сергеевич (RU), Афанасьев Борис Иванович (RU), Василенко Юрий Валерьевич (RU), Фомин Дмитрий Сергеевич (RU), Самойлов Николай Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-07-18 публикация патента:
27.12.2006 |
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 к плоскости, перпендикулярной продольной оси стакана, и с возможностью контакта с конической поверхностью с углом 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.
Формула изобретения
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 к плоскости, перпендикулярной продольной оси стакана, с возможностью контакта с конической поверхностью с углом 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.
Описание изобретения к патенту
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 к плоскости, перпендикулярной продольной оси стакана, и контактирует с конической поверхностью с углом 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 Sпр, а обрабатываемой заготовке - вращательное движение Vз.
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 Pст 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 к плоскости, перпендикулярной продольной оси стакана 5, и контактирует с конической поверхностью с углом 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 Римп (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 Римп 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 Римп 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 Pст 25...40 кН; Римп=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 Ra =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.
Класс B23C3/00 Способы и устройства для фрезерования специальных изделий; особые способы фрезерования