способ статико-импульсного иглофрезерования торцевой иглофрезой

Формула изобретения

Способ статико-импульсного иглофрезерования, включающий сообщение продольной подачи, вращательного движения и поперечной подачи для установления натяга устройству, содержащему корпус иглофрезы в виде диска с расположенными на торце по периферии режущими элементами в виде пучков ворса, и вращательного движения обрабатываемой заготовке, отличающийся тем, что сообщают дополнительное поперечное перемещение режущим элементам в виде пучков ворса, изготовленных из V-образно изогнутых металлических проволочек, одним торцом жестко закрепленных на пластине, пучки ворса с пластинами устанавливают в корпусе иглофрезы под углом к продольной оси выпуклой частью к периферии, обеспечивают контактирование вершин пучков ворса с кулачковым диском, закрепленным неподвижно относительно корпуса и имеющим выступы и впадины на внутренней поверхности и охватывающим иглофрезу, при этом обеспечивают выпрямление консольной части пучка ворса при набегании пучка ворса на выступ кулачкового диска и контакт консольной части пучка ворса с опорой, расположенной в центральной части рабочего торца корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам обработки иглофрезерованием со статико-импульсным нагружением инструмента.

Известна схема фрезерования тела вращения путем внешнего касания фрез, при этом используются вращение обрабатываемой заготовки, независимое вращение и врезная радиальная подача фрезы [1].

Известный способ обработки, реализуемый дисковой или цилиндрической фрезой, имеет ограниченные технологические возможности, низкую производительность и качество обработки.

Известна цилиндрическая щетка и способ механической обработки ею, 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 [2].

Известная цилиндрическая щетка и способ обработки, реализуемый ею, имеет ограниченные технологические возможности, не позволяет производить резание неровностей значительной глубины, управлять усилием прижатия пучков ворса к обрабатываемой поверхности, т.е. не позволяет управлять глубиной резания, что снижает производительность и качество обработки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей иглофрезерования благодаря использованию импульсного нагружения режущего инструмента, что позволяет управлять глубиной режущего слоя, микрорельефом поверхности, а также повышение качества, точности и производительности обработки благодаря использованию импульсного нагружения многоэлементного режущего инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа статико-импульсного иглофрезерования, при котором устройству, состоящему из корпуса в виде диска, с расположенными на торце по периферии режущими элементами в виде пучков ворса, сообщают продольную подачу, вращательное движение и поперечную подачу для установления натяга, а обрабатываемой заготовке вращательное движение, причем режущим элементам сообщают дополнительное поперечное перемещение, для чего пучки ворса изготовлены из V-образно изогнутых металлических проволочек, одним торцом жестко закрепленных на пластине, при этом пучки ворса с пластинами установлены в корпусе выпуклой частью к периферии под углом к продольной оси, причем вершиной изогнутые пучки контактируют с кулачковым диском, который закреплен неподвижно относительно корпуса и имеет выступы и впадины на внутренней поверхности и охватывает иглофрезу так, что при набегании пучка на выступ его консольная часть выпрямляется, кроме того, консольная часть пучка контактирует с опорой, расположенной в центральной части рабочего торца корпуса.

Особенности работы предлагаемым способом поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена наладка для обработки заготовки вала, установленного в трехкулачковом самоцентрирующем патроне токарного станка с поджатием задним центром, по предлагаемому способу, продольный разрез устройства, левый пучок ворса условно показан под импульсной нагрузкой; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1, пучки ворса в положении статической нагрузки; на фиг.3 - вид снизу по стрелке Б на фиг.1, пучки ворса в положении импульсной нагрузки; на фиг.4 - элемент В на фиг.1, пучок ворса нагружен только постоянной статической нагрузкой Р_ст; на фиг.5 - элемент В на фиг.1, пучок ворса нагружен импульсной нагрузкой Р_им; на фиг.6 - схема наладки для обработки плоской поверхности, общий вид устройства.

Предлагаемый способ реализуется устройством, служащим для иглофрезерования поверхностей тел вращения 1 с постоянным статическим и периодическим импульсным нагружением пучков ворса 2 из V-образно изогнутых металлических проволочек. Обрабатываемой заготовке вала 1 сообщают вращательное движение V₃ , режущим элементам 2 - вращательное движение V_и, продольную подачу S_пр и поперечную S_п ручную подачу для установки натяга (см. фиг.1).

Кроме того, предлагаемый способ позволяет обрабатывать плоские поверхности 3, которым сообщают возвратно-поступательную продольную подачу S_пр, поперечную S_п ручную подачу для установки натяга и вращательное движение V_и инструменту 2 (см. фиг.6).

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит корпус 4 в виде диска с расположенными на торце по периферии режущими элементами в виде пучков ворса 2. Пучки ворса 2 изготовлены из V-образно изогнутых металлических проволочек, которые одним торцом жестко закреплены (например, точечной сваркой) на пластине 5. Пучки ворса 2 с пластиной 5 установлены в отверстиях корпуса 4 выпуклой частью к периферии под углом к продольной оси корпуса. Консольная часть пучков ворса своей вершиной изогнутых проволочек контактирует с кулачковым диском 6. Кулачковый диск 6 неподвижно закреплен относительно вращающегося корпуса 4 на обечайке 7, которая неподвижно установлена с помощью фланца 8, например, на шпиндельной бабке (не показана). Высота обечайки 7 выполнена такой, что обеспечивает расположение кулачкового диска 6 на уровне вершин V-образно изогнутой консольной части пучков ворса 2.

Внутренняя поверхность кулачкового диска 6 выполнена в виде выступов 9 и впадин 10. Кулачковый диск 6 охватывает иглофрезу так, что при набегании пучка ворса 2 на выступ 9 изогнутая консольная часть пучка ворса выпрямляется (см. фиг.5) и увеличивается в длине, импульсно с силой Р_им воздействуя на обрабатываемую поверхность. При дальнейшем вращении иглофрезы вершины V-образно изогнутых пучков ворса совмещаются с впадинами 10 (см. фиг.4) и занимают первоначальное V-образное изогнутое положение. В этом положении длина консольной части пучка уменьшается и уменьшается сила воздействия на обрабатываемую поверхность до значения Р _ст, первоначально настроенной и установленной с помощью ручной поперечной подачи S_п. Возвращение пучков ворса в первоначальное изогнутое положение и заполнение впадины происходит под действием упругих сил, которыми обладают иголки иглофрезы.

Помимо контакта с кулачковым диском 6 с наружной стороны консольная часть пучков ворса 2 с внутренней стороны опирается на опору, выполненную в виде шайбы 11, которая закреплена в центральной части на торце корпуса.

Для того чтобы пучок ворса 2 не терял цилиндрическую форму и не "рассыпался", как вариант, он может быть стянут кольцом 12 в месте изгиба проволочек, на уровне действия кулачкового диска 6 (см. фиг.4-5).

Угол изгиба пучков проволочек зависит от величины припуска и длины изогнутых металлических проволочек пучков ворса и подбирается экспериментально в каждом конкретном случае.

При действии на изогнутые пучки ворса выступов кулачкового диска, выпрямляя их, создается импульсная нагрузка Р_им и совместно с вращательным движением заготовки V_З происходят внедрение иголок в обрабатываемую поверхность, резание и снятие стружки. Такой импульсный режим резания позволяет интенсифицировать процесс иглофрезерования.

В результате набегания изогнутых пучков ворса на выступы кулачкового диска в пучках ворса возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать 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 резания, которая интенсифицирует процесс.

Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами инструмента экспериментально.

В результате воздействия выступов кулачкового диска на изогнутые пучки ворса последние своими иголками оказывают режущее воздействие с импульсной нагрузкой, направленной поперек обрабатываемой поверхности.

Периодическая импульсная нагрузка Р_им должна быть больше суммарной силы, требуемой для деформации по выпрямлению изогнутой части пучков ворса, и силы, необходимой для резания.

В результате набегания выступов кулачкового диска на изогнутые пучки ворса, выпрямляя их, последние воздействуют на обрабатываемую поверхность с цикличностью, задаваемой размерами и количеством выступов и впадин кулачкового диска. Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами пучков ворса.

Производительность обработки по предлагаемому способу повышается и снижается величина шероховатости благодаря биениям и вибрациям пучков ворса иглофрезы.

Если припуск будет не большим (менее 1 мм), то устройство работает в режиме упрочнения, без снятия стружки, так как металлические проволочки консольной части пучка полностью не выпрямляются.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, обработанного и упрочненного предлагаемым способом, проведены экспериментальные исследования обработки вала. Значения технологических факторов (частоты ударов, диметр инструмента, величины подач) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного и режущего воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6 10. Дальнейшее увеличение кратности деформирующего и режущего воздействия ведет к возникновению больших инерционных сил и вибраций, которые отрицательно влияют на качество обработки.

Перед началом работы новым инструментом правили рабочую поверхность проволочного ворса путем плоского шлифования в собранном виде. В качестве ворса применяли стальную пружинную проволоку диаметром 1,5 3 мм из стали 65Г.

В процессе обработки наружной поверхности вращающейся заготовки пучки проволочного ворса обрабатывают заготовку с переменной силой. Когда пучки находятся во впадинах кулачкового диска, они воздействуют на заготовку с силой Р_ст, при набегании пучков на выступы действует ударная импульсная нагрузка Р_им.

При действии как статической Р_ст так и импульсной Р_им нагрузок на рабочие пучки ворса основное силовое воздействие на обрабатываемую поверхность осуществляют первые по ходу вращения проволочные элементы, имеющие свободную длину и прогиб. Соседние с ними проволочные элементы упруго поджимают их, несколько увеличивая сосредоточенное суммарное воздействие на обрабатываемую поверхность.

Для осуществления обработки резанием необходимо, чтобы твердость и предел прочности при растяжении материала проволочных элементов ворса были выше этих параметров материала обрабатываемой заготовки в 1,5 2 раза, коэффициент К_п плотности проволочного ворса в пределах 0,7 0,9; при этом натяг должен составлять 0,7 1,5 мм. Режимы работы инструмента можно рекомендовать следующие. Окружная скорость заготовки 0,2 0,5 м/с. Продольная подача определяется по формуле S _пр=L·n (мм/мин), где n - частота вращения заготовки, мин^-1; значение L (мм) зависит от натяга и диаметра инструмента и определяют опытным или расчетным путем.

Испытания способа проводились на заготовках вала из горячекатаного проката из стали 20, которые показали, что устройство, реализующее предлагаемый способ, срезает с обрабатываемой поверхности окалину вместе с оставленным припуском, усилие прижатия пучков ворса к обрабатываемой поверхности заготовки составляет 200 600 Н на 10 мм ширины рабочей поверхности пучков, а тангенциальная составляющая силы резания равна 150 550 Н.

Для обработки предлагаемым способом необходимо соблюдать условия К_р=Р_им/ _в=1,5 2,0, где Р_им - импульсное давление при иглофрезеровании, МПа; _в - предел прочности материала обрабатываемой заготовки, МПа.

Выбор соответствующего импульсного давления Р_им зависит от физико-механических свойств материала проволочного ворса, от жесткости и плотности последнего, а также от угла наклона пучков ворса к продольной оси инструмента.

При обработке металлов предлагаемым способом твердость обработанной поверхности повышается, в результате улучшается износостойкость обрабатываемой поверхности и качество обработки, снижается величина шероховатости обрабатываемой поверхности, а также увеличивается производительность обработки и долговечность инструмента. Величина силы импульсного нагружения инструмента составляла Р_им=255 400 кН.

Производственные испытания показали, что предложенный способ интенсифицирует процесс обработки благодаря воздействию импульсной нагрузки на режущие рабочие элементы, улучшаются условия самозатачивания проволочных элементов ворса.

Способ расширяет технологические возможности иглофрезерования в комбинации с окончательным упрочнением, повышает качество и производительность обработки за счет сообщения пучкам ворса низкочастотных продольных колебаний, интенсифицирует процесс иглофрезерования и упрочнения за счет приложения к пучкам ворса поперечной импульсной силы.

Способ позволяет путем замены кулачкового диска регулировать частоту и усилие импульсной нагрузки, которая позволяет легко оптимизировать процесс обработки в производственных условиях при изменении марки обрабатываемого материала, химико-термической операции, режущих проволочных элементов инструмента, технических условий, режимов резания.

Достигаемая в процессе обработки предлагаемым способом предельная величина шероховатости составляет R_a=0,8 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 2,5 раза.

Микровибрации в процессе благоприятно сказываются на условиях работы по предлагаемому способу. Наложение малого по амплитуде колебательного движения приводит к более равномерному распределению нагрузки на инструмент, вызывает дополнительные циклические перемещения контактных поверхностей инструмента и заготовки, облегчает резание и формирование упрочняемой поверхности. Колебания способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки.

При наложении колебаний рабочая 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.

Предлагаемый способ расширяет технологические возможности статико-импульсной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием за счет управления глубиной срезаемого и упрочненного слоя и микрорельефом поверхности путем использования устройства и инструмента специальной формы с большим количеством режущих и деформирующих элементов, что позволяет увеличить производительность и снизить расходы на изготовление благодаря простоте конструкции.

Источники информации, принятые во внимание

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под. ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.; Машиностроение, 1986. С.331 333.

2. А.с. СССР 824969, МКИ³ А46В 7/10. Цилиндрическая щетка. Берков Б.В. 2809273-12; 08.08.79; 30.04.81. Бюл. № 16.