способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности
Классы МПК: | B24B1/04 с воздействием вибрацией на шлифовальные или полировальные инструменты, шлифовальные или полировальные среды или детали, например шлифование с помощью ультразвуковой частоты |
Автор(ы): | Головлев Г.А., Максимов Д.Е., Паньшин В.И., Кузоватов В.С., Потапов А.И. |
Патентообладатель(и): | Головлев Геннадий Алексеевич, Максимов Дмитрий Евгеньевич, Паньшин Виталий Иванович, Кузоватов Владимир Степанович, Потапов Анатолий Иванович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-04-29 публикация патента:
20.03.1999 |
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу безабразивной ультразвуковой обработки поверхностей сложного профиля, и может быть использовано в автомобильной, тракторной промышленности, приборостроении и других областях науки и техники для повышения качества поверхности (конус, цилиндр, сфера, бурты). Процесс обработки поверхности производят при условии перемещения рабочей поверхности акустического инструмента, установленного под углом
= 110o к оси акустической системы, сканируя по всем точкам поверхности сложного профиля обрабатываемого материала. Деталь вращают в процессе обработки. Акустическая система закреплена с возможностью поворота относительно оси закрепления. Угол смещения оси акустической системы относительно оси вращения детали составляет
45o. Такой способ обработки позволяет обеспечить повышение производительности труда за счет автоматизации процесса, повышение качества поверхностей сложной формы за счет уменьшения шероховатости, уменьшения коэффициента трения и увеличения твердости путем ультразвукового воздействия. 1 табл., 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127102/920.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127020/177.gif)
Формула изобретения
Способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхностей, при котором рабочую поверхность инструмента, соединенного с акустической системой, прижимают к обрабатываемой поверхности детали, а инструменту сообщают изгибные колебания и располагают его под углом в направлении обработки поверхности, отличающийся тем, что при обработке деталей с поверхностями сложной формы деталям сообщают вращательное движение, а акустическую систему закрепляют с возможностью поворота относительно оси ее закрепления и с возможностью смещения оси акустической системы на угол![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127020/177.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу ультразвуковой безабразивной обработки поверхностей сложного профиля, который позволяет увеличить твердость, уменьшить шероховатость, коэффициент трения, и может быть использован в автомобильной, тракторной промышленности, приборостроении и других областях науки и техники с целью повышения качества поверхностей сложной формы. Известен способ ультразвукового микрофиниширования цилиндрических поверхностей, в котором обработку осуществляют инструментом, выполненным в виде двух абразивных брусков. Способ не позволяет обрабатывать поверхности сложной формы - в конструкции рабочего инструмента не предусмотрено перемещение по поверхности сложной формы в виду отсутствия степени свободы. Наиболее близким является способ ультразвуковой безабразивной полировки поверхностей, по которому процесс обработки поверхностей производится инструментом с изгибными колебаниями под углом![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127112/946.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127018/969.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127020/177.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127020/697.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127018/8800.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127020/697.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
а) механическая обработка твердосплавной пластиной фирмы "МАПАЛ" - Германия;
б) ультразвуковая обработка при поворотах оси X":
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127658/2127658-2t.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127010/183.gif)
На фиг. 6 - кривая зависимости микротвердости:
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127658/2127658-3t.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127010/183.gif)
Акустическая система состоит: акустический инструмент (2) со сферической или цилиндрической формой наконечника (1), навинченный на торец ультразвукового волновода (3), который соединен с магнитострикционным преобразователем (5). Магнитострикционный преобразователь (5) закреплен с корпусе акустической системы (4), которая соединена с ультразвуковым генератором (не показан). Регулирование усилия демпфирующим элементом Пу и фиксацию начального угла
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
, где: PF - сила, двигающая инструмент (2) вдоль поверхности обрабатываемой детали (9) в направлении SR приводит с учетом допущений к приближенному равенству сил P""yP""n, где
P""y - результирующая сил, действующих на поверхность детали (9),
P""n - рабочее усилие прижима инструмент-деталь.
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127010/916.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127010/183.gif)
Py - вертикальная составляющая силы элемента Пy,
l2 - плечо от оси закрепления (12) акустической системы до т. B - точка приложения силы элемента Пy, который в свою очередь создает вращательную степень свободы со смещением
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127018/969.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127658/2127658-4t.gif)
где P" = Py"(l2/l1);
P" - величина силы по Y"",
Py" - величина вертикальной составляющей по Y",
l1 - плечо от оси закрепления (12) акустической системы до контакта рабочего инструмента в т. A с обрабатываемой поверхностью (9),
l2 - плечо от оси закрепления (12) акустической системы до приложения силы элемента Пy в т. В,
Px" - величина горизонтальной составляющей по оси X"". Рабочий инструмент (2) соединяют с магнитострикционным преобразователем (5) через волновод (3), ось Y"" которого под углом
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127102/920.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127018/8773.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127018/969.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127102/920.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127018/969.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
Режим обработки:
Ультразвуковая частота, кГц - 21,5
Скорость вращения обрабатываемой заготовки, м/с - 0,40
Сила прижима инструмента к заготовке, кг - 15 - 20
Время обработки, с - 10
Шероховатость поверхности после ультразвуковой обработки уменьшилась с Rz=4,68-10,9 мкм (при обработке по известному способу) до Rz2,16-3,2 мкм. Результат опытных работ представлен в таблице. Например, при обработке конусных поверхностей под углом
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127102/947.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127018/969.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127017/948.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127102/920.gif)
![способ безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхности, патент № 2127658](/images/patents/344/2127632/967.gif)
Класс B24B1/04 с воздействием вибрацией на шлифовальные или полировальные инструменты, шлифовальные или полировальные среды или детали, например шлифование с помощью ультразвуковой частоты