ОПРАВКА ДЛЯ РАСТАЧИВАНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ В ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ ДЕТАЛЯХ, СВАРЕННЫХ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к устройству по растачиванию глубоких ступенчатых отверстий в деталях, сваренных из разнородных материалов, при обработке которых не обеспечивается стабильность процесса резания. Такие конструкции широко применяются в современной промышленности, например, корпус электромагнитного запорного клапана выполнен из набора чередующихся между собой втулок из магнитных и немагнитных сталей, соединенных между собой сваркой, каждая из которых обладает разной обрабатываемостью при лезвийной обработке.
Известна расточная оправка (патент RU 2252840, опубликованный 27.05.2005 г.), которая содержит корпус, связанный с хвостовиком,
смонтированный в корпусе резцедержатель со шпонкой, препятствующей провороту; лимб, навинченный на резцедержатель, и пружину. Для повышения виброустойчивости оправка снабжена тросом, протянутым через осевое отверстие в корпусе, причем одним концом трос взаимодействует с пружиной, закрепленной в хвостовике, а другим концом - с резцедержателем.
Недостатком данного устройства считается узкие технологические возможности, связанные с растачиванием глубоких отверстий только малых диаметров, т.к. для работоспособности данного изделия при растачивании больших диаметров необходимо, чтобы жесткость пружины была больше осевой жесткости державки, что сделать невозможно с сохранением описанной конструкции.
Известна виброустойчивая расточная оправка (авторское свидетельство SU №1493389, опубликованное 15.07.1989 г.) включающая корпус с внутренним коническим отверстием, в который установлен стержень с наружной конической поверхностью, с возможностью осевого перемещения и расположенного между ними вязкоупругого элемента. Оправка дополнительно оснащена стержнем, также установленным соосно с остальными стержнями, которая взаимодействует с дном конического отверстия корпуса.
Недостатком данного устройства являются сборная конструкция, не позволяющая разработать инструмент для растачивания отверстий малого диаметра, а сложность настройки инструмента увеличивают время технологического обслуживания инструмента.
Известна расточная оправка (авторское свидетельство СССР №287502, опубликованное 14.01.1971 г.) включающая корпус, который оснащен клиновым механизмом настройки резца на требуемый размер и виброгасителем в виде подпружиненного прихвата. Устройство настройки состоит из винта грубой регулировки, в котором установлен винт тонкой регулировки, продетый через гайку с наклонными выступами.
Недостатком оправки является незначительный антивибрационные эффект, связанный с небольшими упругими усилиями в подпружиненном прихвате.
Известно устройство для обработки глубоких отверстий (патент RU №2169058, опубликованное 20.01.2001 г.) включающее борштангу и установленной на ее рабочей части расточной головки, оснащенной режущими пластинами и размещенным на нерабочей части борштанги резонатором комплексных колебаний, выполненный распорными клиньями, зафиксированными стягивающими винтами и расположенными в двухзаходных винтовых пазах.
Недостатком устройства является размещение резонатора комплексных колебаний на нерабочей части, что не разрешает проблему полной стабилизации инструмента под воздействием высокочастотных колебаний, связанного с наличием промежуточной упругой связи нелинейного характера и неустойчивости процесса стружкообразования, связанного с переменным значением припуска на обработку.
Известна расточная оправка (авторское свидетельство SU №1465178, опубликованное 29.02.1980), принятая за прототип, содержащая в себе пустотелый корпус, вдоль внутренней части которого наклонно расположены натяжные стержни с одинаковым углом наклона к образующей цилиндрической поверхности и распорное кольцо, установленное в средней частиоправки с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса, а внутренней частью кольца - с натяжными стержнями. С помощью натяжения стрежней в корпусе оправки создается напряженное состояние, которое позволяет повысить жесткость и устойчивость конструкции.
Недостатком устройства является то, что для обеспеченияравномерного предварительного напряженно-деформированного состояниятакой многостержневой конструкции, необходимо достаточно точно настроить каждый стержень воправке. Это затрачивает значительно больше времени для технологического обслуживания инструмента. За счет наличиябольшого количества настраиваемых деталей, снижает надежность работы устройства и исключает возможность создания оправки такой конструкции для растачивания малых диаметров.
Техническим результатом является создание оправки, позволяющей расширить технологические возможности инструмента, за счет обеспечения чернового и чистового растачивания ступенчатых глубоких отверстий в труднообратываемых деталях, состоящих из сплавов с различной структурой, повышение надежности работы инструмента посредством снижения амплитуды высокочастотных колебаний инструмента, что, как следствие, приведет к повышению точности и качества внутренних поверхностей.
Технический результат достигается тем, что она снабжена разжимным конусом, который установлен внутри пустотелого корпуса со стороны режущей пластины и жестко соединен с резьбовым стержнем, на который с упором в торец полого корпуса навинчена регулировочная гайка, при этом разжимной конус выполнен из стали твердостью не более 200 НВ, а пустотелый корпус - из стали повышенной твердости (350-370) НВ и с возможностью закрепления в блоке для установки осевого инструмента револьверной головки станка с ЧПУ посредством разрезной переходной втулки с вылетом оправки не более, чем восемь ее диаметров.
Устройство поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - общий вид устройства;
фиг. 2 - схема сил, действующих на резец, в процессе растачивания
фиг. 3 - график зависимости шероховатости внутренней поверхности заготовки и вылета оправки, где:
1 - режущая пластина;
2 - резцовая голова;
3 - разжимной конус;
4 - пустотелый (полый) корпус;
5 - резьбовой стержень;
6 - регулировочная гайка;
4
7 - динамометрический ключ;
8 - первый элемент заготовки;
9 - второй элемент заготовки;
10 - сварочный шов;
ух
11 - результирующая сил резания, Р;
х
12 - осевая сила резания Р;
у
13 - радиальная сила резания Р,
m
14 - сила натяжения P;
z
15 - момент затяжки M;
16 - разрезная переходная втулка.
17 - блок для установки осевого инструмента;
18 - револьверная головка станка с ЧПУ;
19 - вылет инструмента l;
20 - трехкулачковый патрон;
-1
21 - вращение детали n об;
22 - подача S мм/об;
23 - глубина резания t мм;
24 - болт.
Оправка для растачивания ступенчатых глубоких отверстий в труднообрабатываемых деталях, сваренных из разнородных материалов, содержит полый (пустотелый) корпус 4 (фиг. 1) с закрепленной посредством трех болтов 24 резцовой головой 2 с механическим креплением для режущей пластины 1 по методу S. Внутри корпуса 4 со стороны режущей пластины 1 установлен разжимной конус 3, который жестко соединен с резьбовым стержнем 5. С обратной стороны на резьбовой стержень 5 навинчена регулировочная гайка 6, которая упирается в торец полого корпуса 4. Со стороны станка полый корпус 4 крепиться через разрезную переходную втулку 16 в блоке для установки осевого инструмента 17 револьверной головки станка с ЧПУ 18 с вылетом инструмента 19, равным не более восьми диаметров оправки. В блоке для осевого инструмента 17 обеспечивается
5
свободный доступ к регулировочной гайке 6 динамометрическим ключом 7. Заготовка корпуса оправки 4 - сталь 40Х ГОСТ 2590-88 подверженная термической обработке (закалке с последующим отпуском) для повышения твердости НВ от 350 до 370, заготовка разжимного конуса 3 изготовлена из материала, твердость которого не превышает НВ 200.
z
m
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы необходимо в резцовой голове 2 закрепить режущую пластину 1. Затем корпус 4 расточной оправки устанавливают в блок для установки осевого инструмента 17 револьверной головки станка с ЧПУ 18 через разрезную переходную втулку 16 и, проворачивая его вокруг своей оси, выставляют его так, чтобы вершина режущей пластины 1 точно позиционировалась относительно высоты оси центров станка. В этом положении инструмент посредством датчика касания (либо иного способа) привязывается к системе координат станка с ЧПУ. Технологический процесс чистового растачивания в деталях, состоящих из первого элемента заготовки 8 и второго элемента заготовки 9 сваренных между собой диффузионной сваркой со сварочным швом 10, отличающиеся различными механическими свойствами, осуществляется, как минимум, с двумя получистовыми операциями, в зависимости от предъявляемой точности отверстия. Перед началом обработки на станке необходимо снять заднюю крышку блока для установки осевого инструмента 17, в который установлен пустотелый (полый) корпус оправки 4 для свободного доступа к регулировочной гайке 6. Затягивание регулировочной гайки 6 динамометрическим ключом 7 с моментом затяжки M 15 обеспечивает ход разжимного конуса 3 вдоль оси пустотелого корпуса 4 с силой натяжения P 14 с ограничением хода о внутреннюю конусную поверхность пустотелого корпуса 4, создавая в периферии корпуса 4 равномерное напряженно-деформированное состояние, которое повышает динамическую жесткость инструмента, позволяя быстрее реагировать инструменту на различного рода вынужденным возмущениям, которые появляются при переходе из материала первого элемента заготовки 8 в
6
ух
х
у
z
-1
материал второго элемента заготовки 9, а анизотропная периферийная часть оправки, обусловленная различной твердостью сопряженных деталей: разжимной конус 3 и пустотелый корпус 4 - позволяет гасить крутильные колебания, возникающие в процессе обработки результирующей силой резания Р 10 (фиг. 2) от осевой силы резания Р 12 и радиальной силой Р 13. Далее, необходимо закрепить заготовку в трехкулачковый патрон 20, и назначить вращение детали n об 21, подачу S мм/об 22, глубину резания t мм 23 (фиг. 2), согласно рекомендациям предложенным производителем режущей пластины. Для первой получистовой операции необходимо установить на стойке станка с ЧПУ «перемещение в холостых ходах» на минимум, либо в конце траектории движения инструмента установить паузу на некотором расстоянии от поверхности детали в целях безопасности. После начала обработки необходимо плавно проворачивать регулировочную гайку 6 динамометрическим ключом 7, тем самым повышая частоту собственных колебаний системы расточного инструмента до момента затяжки M с целью снижения звука в зоне резания. Такое состояние инструмента, настроенное экспериментальным способом, позволяет тонко настроить предложенный расточной инструмент под амплитудно-частотную характеристику конкретного процесса, добиваясь гарантированного понижения частоты вибрации, возникающего в процессе резания, что влечет к предпочтительному результату по качеству и точности поверхности. После настроечного прохода необходимо установить крышку блока для установки осевого инструмента 17 револьверной головы станка с ЧПУ 18 на место для запуска станка в штатном режиме - с применением смазочно-охлаждающей жидкости. Затем проводится вторая получистовая операция с настроенным на предыдущей операции инструментом. В конце операции проводится оценка точностных характеристик отверстия и корректируется программа обработки, в зависимости от отклонений реальной траектории движения инструмента и запрограммированной на стойке станка с ЧПУ. После коррекций программы обработки запускается станок для чистового
7
растачивания отверстия, а затем проверяются точность и шероховатость поверхности.
При обработке последующих деталей можно ограничится одной получистовой операцией.
Результаты исследования (фиг. 3) проведенные на предприятии ООО «НЛП Орион» на горизонтальном обрабатывающем центре Hyundai WIA L700LM с использованием предложенной оправки для растачивания отверстия в детали, состоящей из сваренных между собой втулок из электротехнической нелегированной стали ГОСТ 2590-2006 и нержавеющей стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5949-75, с различными режущими пластинами и соответствующими для них режимами резания:
-1
1) режущая пластина VBMT 110304-ММ 2025, вращением детали n=650 об, подачей S=0.08 мм/об и глубиной резания t=0.4 мм;
-1
2) режущая пластина VBMT 110304-PF 4315 вращением детали n=880 об, подачей S=0.06 мм/об и глубиной резания t=0.5 мм
показали, что работа инструмента с обеспечением требуемой шероховатости на чистовых операциях (до Ra=1,6 мкм) возможна при максимальном вылете инструмента 19 равным l=8 диаметрам оправки.
8