комбинированный способ алмазно-абразивной обработки с фрикционным поверхностным упрочнением винтов по копиру

Формула изобретения

Комбинированный способ алмазно-абразивной обработки с фрикционным поверхностным упрочнением винтов по копиру, включающий сообщение алмазно-абразивному кругу независимого вращательного движения и поступательного перемещения, связанного с продольной подачей, а заготовке - вращения, отличающийся тем, что вращение заготовки и продольную подачу инструмента осуществляют независимо, а поперечную подачу инструмента обеспечивают обработанной поверхностью и копиром, толщину которого выбирают равной шагу обрабатываемого винта, причем копир закрепляют на торце заготовки, а контактирующий с ним щуп выполняют в виде диска трения и используют в качестве инструмента для фрикционного поверхностного упрочнения, закрепляемого через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, и устанавливают в диаметрально противоположном месте относительно алмазно-абразивного круга на расстоянии в продольном направлении, равном шагу обрабатываемого винта, при этом радиус рабочей поверхности диска трения в продольном сечении выбирают равным радиусу периферийной рабочей поверхности алмазно-абразивного круга в продольном сечении, при этом диск трения используют в качестве подвижного люнета и нагружают силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой алмазно-абразивным кругом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, к области станкостроения и технологии машиностроения, может быть использовано при финишной алмазно-абразивной обработке с фрикционным поверхностным упрочнением винтовых поверхностей точных винтов из труднообрабатываемых материалов.

Известен способ шлифования винтов дисковым однониточным шлифовальным кругом, который включает установку круга на угол _в подъема витка обрабатываемого винта и сообщение ему независимого вращательного движения и продольной подачи, а детали - вращения и поступательного перемещения, кинематически связанного с продольной подачей круга, равной шагу обрабатываемого винта, при этом используют круг на одну степень твердости выше и один номер зернистости меньше, чем при традиционном шлифовании, высотой, равной половине шага обрабатываемого винта, и дополнительно наклоняют его под острым углом _АРС к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, для создания аксиально-смещенного режущего слоя, который определяют по формуле:

_APC=arc tg[(t·cos _в-0,5t)/D^и],

где _в=arc tg[t/(2D)] - угол подъема витка обрабатываемого винта, град;

t - шаг винта, мм; D - делительный диаметр винта, мм;

D^и - наружный диаметр шлифовального круга, мм [1].

Применение известного способа абразивной обработки улучшает качество, повышает производительность обработки и уменьшает расход абразива, однако способ имеет существенные недостатки.

Это ограниченность применения: только для обработки винтовых поверхностей винтов; сложность и трудоемкость настройки после правки по мере затупления и засаливания круга, а также быстрая потеря и длительное восстановление формы профиля фасонной периферийной поверхности круга, что снижает точность, качество и производительность чистовой алмазно-абразивной обработки.

Кроме того, невозможность варьировать продольной подачей, которая должна быть строго определенной и равной шагу обрабатываемого винта и не позволяет устанавливать оптимальные режимы резания.

При этом способ не решает вопроса поверхностного упрочнения и повышения износостойкости.

Известен способ обработки кулачков, имеющих плавный переход криволинейных поверхностей, по обработанной поверхности и копиру небольшой толщины, который крепят к торцу заготовки [2]. По этому копиру лезвийным инструментом обрабатывают небольшой участок; далее ролик щупа перемещается по обработанному ранее участку поверхности.

Недостатками известного способа являются низкая точность обработки нежестких заготовок из-за больших односторонних усилий резания и усилий прижатия щупа, которые ведут к прогибу и бочкообразности.

При этом ограниченность способа, который реализуется в основном при работе лезвийным инструментом, не позволяет использовать его, например, при обработке алмазно-абразивными кругами.

Кроме того, способ не решает вопроса поверхностного упрочнения и повышения износостойкости.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа алмазно-абразивной обработки с одновременным фрикционным поверхностным упрочнением по копиру и обработанной поверхности, простота и минимальная трудоемкость настройки после правки, возможность устанавливать оптимальные режимы резания, а также повышение качества, производительности и точности обработки.

Поставленная задача решается предлагаемым комбинированным способом алмазно-абразивной обработки с фрикционным поверхностным упрочнением винтов по копиру, включающим сообщение алмазно-абразивному кругу независимого вращательного движения и поступательного перемещения, связанного с продольной подачей, а заготовке - вращения, причем вращение заготовки и продольная подача инструмента - независимые, а поперечная подача инструменту обеспечивается обработанной поверхностью и копиром, толщина которого равна шагу обрабатываемого винта, причем копир закреплен к торцу заготовки, а контактирующий с ним щуп является инструментом для фрикционного поверхностного упрочнения в виде диска трения, закрепленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, и устанавливают в диаметрально противоположном месте относительно алмазно-абразивного круга на расстоянии в продольном направлении, равном шагу обрабатываемого винта, при этом радиус рабочей поверхности в продольном сечении диска трения равен радиусу периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга, кроме того, диск трения, выполняющий роль подвижного люнета, нагружают силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой алмазно-абразивным кругом.

Сущность способа поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема обработки начального участка заготовки-винта по копиру по предлагаемому комбинированному способу с установкой заготовки в патроне токарного станка с поджатием задним центром новым алмазно-абразивным кругом, вид сверху; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, устройство крепления щупа, являющегося инструментом для фрикционного поверхностного упрочнения в виде диска трения, закрепленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, на суппорте; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг 1, устройство крепления алмазно-абразивного круга; на фиг.4 - элемент В на фиг.1; на фиг.5 - элемент Г на фиг.1; на фиг.6 - схема обработки последующего участка винта по обработанному ранее участку по предлагаемому комбинированному способу максимально изношенным алмазно-абразивным кругом, вид сверху.

Предлагаемый комбинированный способ предназначен для фрикционного поверхностного упрочнения и алмазно-абразивной обработки заготовок винтов 1 по копиру 2. Способ включает сообщение алмазно-абразивному кругу 3 и диску трения 4 независимого друг от друга вращательного движения V_к и V_ф и продольной подачи S_пр, а заготовке 1 - независимого вращения V_з. Поперечная подача S_поп инструментов обеспечивается копиром 2, толщина l_к которого равна шагу t обрабатываемого винта 1, и обработанной поверхностью.

Копир 2 закрепляется с торца заготовки и соосно ей таким образом, что является продолжением обрабатываемого винта.

Диск трения 4, выполняющий роль щупа, первоначально контактирующий с копиром 2, а затем с обработанной поверхностью заготовки, устанавливают в диаметрально противоположном месте относительно круга 3 на расстоянии в продольном направлении, равном шагу t обрабатываемого винта 1.

Диск трения 4 для фрикционного поверхностного упрочнения закрепляют через упругий элемент 5 с помощью фланцев 6 на валу 7 индивидуального электропривода 8.

Радиус R _Ф рабочей поверхности в продольном сечении диска трения 4 равен радиусу R_К периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга 3.

Для повышения точности обработки необходимо стремится к минимальным значениям радиусов R_Ф и R_К.

Диск трения 4, выполняющий роль подвижного люнета при обработке нежестких заготовок винтов, нагружают силой Р_Ф прижима к заготовке, равной силе Р_У резания, развиваемой кругом 3.

Работа по предлагаемому комбинированному способу фрикционного поверхностного упрочнения с алмазно-абразивной обработкой винтов по копиру производится в следующей последовательности.

На заготовку винта 1, предварительно прошедшую черновую обработку, с торца устанавливают копир 2 таким образом, чтобы не нарушилось базирование заготовки и продольная ось винта совпала с осью центров станка, на котором производится обработка.

К установленной, например, в патроне 9, оснащенном кулачками 10, и поджатой задним центром 11 токарного станка заготовке винта сзади подводят диск трения 4 с помощью маховичка 12, который смонтирован на винте 13 поперечного суппорта 14 станка. Винт 13 воздействует на подвижную плиту 15 через пружину 16, создавая определенное усилие Р_Ф на диске трения 4. Далее маховичком 17, который установлен на винте 18, связанном с верхней подвижной плитой 19, к заготовке подводится алмазно-абразивный круг 3, смонтированный на шпинделе шлифовальной головки 20, которая установлена на верхней подвижной плите 19. По лимбу (не показан) маховичком 17 устанавливается глубина шлифования и включается продольная подача S_пр.

При чистовой обработке винта 1 по предлагаемому комбинированному способу по копиру 2 шлифуют небольшой начальный участок заготовки, равный длине шага t; далее диск трения 4 перемещается по обработанному ранее участку поверхности заготовки.

Принудительное встречное вращательное движение с целью фрикционного поверхностного упрочнения сообщается диску трения 4 только после прохождения копира 2 в момент вступления в контакт с заготовкой.

Упругий элемент 5, посредством которого диск трения 4 закреплен на валу 7, служит для гашения вибраций, возникающих от погрешности формы диска и копира при их обкатывании и контакте, а также для возможности регулирования усилия прижатия диска трения к обрабатываемой поверхности. Изменение жесткости упругого элемента 5 зависит от степени сжатия фланцев 6, между которыми расположен упругий элемент с диском трения.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имеет следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта - D=27^-0,05 мм, эксцентриситет e ₁=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=28^±0,01 мм, шероховатость R_a=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Припуск на сторону - 0,25 мм.

Обработка проводилась на модернизированном токарно-винторезном станке мод. 16К20, с инструментальной шлифовальной головкой и головкой для фрикционного поверхностного упрочнения, установленными соответственно спереди и сзади заготовки, на поперечном суппорте станка, с абразивным дисковым однониточным кругом типа ПП 200×16×32 ГОСТ 2424-83 44А 8-16 ВМ1-ВМ2 8-12 К. При правке периферийная рабочая поверхность круга спрофилирована торообразно с радиусом R_К=5 мм, скорость круга v_К=31,42 м/с, n _К=3000 об/мин, окружная скорость заготовки - v_З =15,1 м/мин, n_З=160 об/мин, продольная подача S _пр=2 мм/об. Копир, изготовленный толщиной l_К =28 мм, равной шагу обрабатываемого винта, был установлен на заготовке на цилиндрическую шейку, предусмотренную конструкцией винта, и сбазирован с заготовкой по фаске.

Диск трения для фрикционного поверхностного упрочнения выполнен из титанового сплава ВТ-5 с шириной рабочей поверхности 10 мм, наружным диаметром 200 мм и рабочей поверхности в продольном сечении R_Ф =5 мм. Частота вращения диска - n_Ф=3000 мин^-1 , v_Ф=31,42 м/с.

Давления фрикционного диска и круга на заготовку, создаваемые механизмами поперечной подачи станка, составляли Р_Ф=Р_У=0,05...0,1 кН. В зоны обработки подавали СОЖ.

Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м =7,6 мин (против Т_м ^баз=16,5 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании винтов на модернизированном токарном станке 1К62 на АО "Ливгидромаш").

Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени в 2 раза меньше, чем при раздельном шлифовании и фрикционном поверхностном упрочнении.

При этом глубина и микротвердость упрочненного слоя (белой зоны) составляла соответственно 0,17...0,19 мм и 8...9 ГПа с постепенным понижением микротвердости по глубине до исходного состояния - 2,3...2,7 ГПа.

Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов - не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.

Благодаря применению предлагаемого комбинированного способа фрикционного поверхностного упрочнения совместно с алмазно-абразивной обработкой винтовых поверхностей винтов по копиру и обработанной поверхности расширились технологические возможности, улучшилось качество, повысилась износостойкость и долговечность обрабатываемых заготовок за счет поверхностного упрочнения, повысилась производительность обработки за счет выбора оптимальных режимов обработки, упростилась правка, снизилась трудоемкость настройки и уменьшился расход абразива.