ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТОРЦОВ ГЛУХИХ ОТВЕРСТИЙ

Полезная модель относится к механической обработке и может быть использована при изготовлении деталей, имеющих глухие отверстия.
В некоторых случаях к поверхностям глухих отверстий предъявляют повышенные требования в части макро- и микрогеометрии. Эти требования особенно высоки в случаях, когда в дальнейшем предусматривается сопряжение прецизионных деталей, например, топливных форсунок, и одной из поверхностей, по которым происходит сопряжение, является дно глухого отверстия.
Распространенным инструментом для обработки глухих отверстий является зенкер или специальная фреза. Качество поверхности донной части - торца - отверстия является переменным по радиусу, так как зависит от окружной скорости вращения инструмента. С уменьшением радиуса обработки, окружная скорость уменьшается. Это может приводить к увеличению шероховатости в зоне вблизи оси вращения и даже к появлению осевого выступа, что бывает недопустимо, по условиям последующей эксплуатации изделия.
Известен способ фрезерования сферических углублений, по которому обработку ведут дисковой фрезой, максимальный радиус которой равен радиусу обрабатываемой сферической поверхности, а радиус кривизны рабочей части меньше его, причем угол между осями выбирают 90 градусов, а плоскость максимального диаметра фрезы совмещают с осью вращения заготовки (А.С. 865553, опубл. 23.09.1981. Бюл. №35).
К недостаткам известного решения относится ограниченность его применения размерами обрабатываемого сферического углубления. Так, например, его невозможно применить для обработки деталей топливных форсунок систем Common Rail, где глухое отверстие может представлять собой сферическое углубление радиусом R 0,7: дисковой фрезы для осуществления известного решения не существует. В то же время, форсунки с подобными деталями выпускаются крупными сериями и требуют необходимого технологического решения.
Известным методом чистовой обработки поверхностей, в том числе - поверхностей глухих отверстий - является поверхностно-пластическое деформирование или выглаживание. Инструменты для осуществления такой обработки обычно называют раскатниками.
Известно устройство для выглаживания поверхности, включающее полый корпус с расположенной в нем подпружиненной державкой, несущей выглаживающий рабочий орган, причем необходимое усилие выглаживания создается при помощи пружины и регулируется винтом (А.С. 375168, опубл. 23.03.1973. Бюл. №16).
К недостаткам известного решения относится неэффективность смазки и охлаждения рабочего органа в зоне обработки из-за обтекаемой - гладкой - формы рабочего органа. По результатам экспериментальных работ заявителя с раскатниками, имеющими рабочий орган гладкой цилиндрической формы, установлено, что при обработке деталей возникает перегрев рабочего органа инструмента вплоть до его деформации. Необходимость защиты от перегрева при использовании раскатников с гладкими коническими и цилиндрическими рабочими органами подтверждается, в частности, работами А.С. 550276 (опубл. 15.03.1977. Бюл. №10) и А.С. 648931 (опубл. 25.02.1979. Бюл. №7).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является кольцевое сверло, включающее полый корпус, в котором закреплен рабочий орган, причем на наружной поверхности корпуса выполнены карманы, а рабочий орган представляет собой резец (А.С. 303144, опубл. 13.05.1971. Бюл. №16). По известному решению, карманы служат для турбулизации потока смазочно-охлаждающей жидкости, подаваемой в зону резания, увеличения трения между потоком жидкости и корпусом сверла и гашения вибраций. Режущая кромка резца в известном решении не перекрывает весь радиус обрабатываемого торца. Поэтому обрабатывается лишь та часть торца, с которой контактирует резец.
К недостаткам известного решения относятся невозможность обработки внутреннего торца с одинаковыми количественными показателями качества поверхности по всему радиусу обрабатываемого торца из-за ограниченной длины торцевой режущей кромки инструмента, зависимости шероховатости поверхности от окружной скорости в зоне резания и необходимость удаления стружки из зоны обработки. Кроме того, применение инструмента по известному решению ограничивается размерами отверстий и, начиная с некоторого значения диаметра, становится весьма затруднительным, что связано с необходимостью изготовления кольцевых сверл малого диаметра с закрепленным вставным резцом.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является создание инструмента для обработки внутренних торцов глухих отверстий с диаметрами до ∅1,4 мм, обеспечивающего заданную шероховатость поверхности обрабатываемого торца без снятия стружки и имеющего защиту от перегрева.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет совместных следующих мероприятий:
- замены обработки резанием обработкой поверхностно-пластическим деформированием - выглаживанием;
- применения подпружиненной державки выглаживающего рабочего органа;
- выполнения на наружной поверхности рабочего органа впадин заданного количества и профиля для подвода смазочно-охлаждающей жидкости и ее турбулизации в зоне обработки.
Новизной в предлагаемом инструменте для обработки торцов глухих отверстий является сочетание подпружиненного рабочего органа и впадин, выполненных на наружной части рабочего органа в заданном количестве и с заданными размерами.
Указанные признаки являются новыми, существенными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной полезной моделью технической задачи.
Предлагаемый в качестве настоящей полезной модели инструмент для обработки торцов глухих отверстий поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) и включает корпус 1 ступенчатой цилиндрической формы, в котором выполнено сквозное отверстие 11. Цилиндрической частью меньшего диаметра 111 корпус 1 устанавливается и фиксируется в шпинделе станка (на фиг. не показан). С противоположной стороны, в части 112 корпуса 1, имеющей больший диаметр, выполнен радиальный паз 12. В части 112 установлена державка 2 рабочего органа 3. В державке 2 имеется радиальное отверстие, в которое вставлен штифт 6. Под действием пружины 4 державка 2 стремится выйти из корпуса 1, чему препятствует штифт 6. Усилие пружины 4 регулируется винтом 5, который установлен по внутренней резьбе, выполненной в части 111 корпуса 1. Пружина 4 сжата винтом 5 так, что, с одной стороны, достигается заданное осевое усилие и, с другой стороны, сохраняется межвитковый зазор. Это компенсировать удары и вибрации при подводе инструмента к детали и во время ее обработки.
Рабочий орган 3 выполнен в виде тела вращения и имеет цилиндрическую часть 31 для установки в державку 2 и часть 32, входящую во время обработки внутреннего торца, в глухое отверстие обрабатываемой детали 7. Часть 32 имеет коническую форму с углом конусности 1°. На наружной поверхности части 32 симметрично относительно продольной диаметральной плоскости выполнены два конических кармана 33 постоянной глубины. Угол конусности карманов 33 составляет 40°. Глубина карманов 33 выбирается из условия прочности рабочего органа 3, но не должна быть меньше 0,5 мм.
На конической части 32 рабочего органа 3, наиболее удаленной от цилиндрической части 31, симметрично относительно продольной диаметральной плоскости выполнены два плоских скоса 35, образующие между собой угол 30° и скругленные между собой криволинейной частью 34, имеющей радиус R0,8 мм. Плоскости симметрии плоских скосов 35 совпадают с плоскостями симметрии карманов 33.
Предлагаемая конструкция рабочего органа 3 отличается технологичностью, поскольку требует относительно простых и освоенных в производстве технологических операций по изготовлению: точение наружного контура, фрезерование карманов, термообработка и шлифовка. Материал рабочего органа 3 выбирается, исходя из материала обрабатываемой детали и технологических параметров операции. Предпочтительным является изготовление рабочего органа 3 из твердого сплава.
Соединение рабочего органа 3 с державкой 2 - неразъемное, например, клеевое, паяное или соединение с натягом. Предпочтительным является клеевое соединение рабочего органа 3 с державкой 2.
При недопустимом износе или ином повреждении рабочего органа 3 в эксплуатации восстановление предлагаемого инструмента осуществляют простой заменой державки 2 с закрепленным в ней рабочим органом 3 на новую.
В зависимости от заданной формы, которую должен иметь торец глухого отверстия в детали 7 после обработки, вершина конической части может иметь различную форму.
Работа предлагаемого в качестве настоящей полезной модели инструмента для обработки торцов глухих отверстий иллюстрируется схемой на фиг. 3. Изображение на фиг. 3 является условным и служит лишь для общего понимания способа использования предлагаемого инструмента.
Предлагаемый в качестве настоящей полезной модели инструмент для обработки торцов глухих отверстий работает следующим образом.
Корпус 1 устанавливают частью меньшего диаметра в шпиндель станка (на фиг.3 не показан) и зажимают его там.
Рабочий орган 3 конической частью 32 вводят в глухое отверстие обрабатываемой детали 7. Инструмент подводят до касания рабочим органом 3 обрабатываемого внутреннего торца глухого отверстия и выполняют подачу на величину, не превышающую величины рабочей деформации пружины 4. Конкретная величина подачи после касания рабочим органом 3 обрабатываемого торца детали 7 определяется технологическим планом управления механической обработки детали 7.
К входу в глухое отверстие обрабатываемой детали 7 через штуцер 8 подводят смазочно-охлаждающую жидкость 9. По карману 33 она попадает в зону обработки внутреннего торца глухого отверстия. На фиг.3 движение смазочно-охлаждающей жидкости условно показано стрелками. Смазочно-охлаждающая жидкость протекает из одного кармана 33 через зону обработки и второй карман 33. За счет этого достигается охлаждение и обрабатываемой поверхности, и рабочего органа 3, что повышает его стойкость.
После окончания обработки шпиндель с установленным в нем инструментом отводят на исходную позицию.
Пример применения инструмента для обработки торцов глухих отверстий.
Обрабатывали деталь «Корпус управляющего клапана» форсунки системы Common Rail, серийно выпускаемой в ООО УК «АЗПИ». Форма глухого отверстия, получаемая на операции, предшествующей обработке предлагаемым инструментом, показана на фиг. 4.
К качеству торца отверстия предъявляются высокие требования, шероховатость Ra 1,25 и допуск на линейный размер ±0,02 мм.
В предлагаемом в качестве настоящей полезной модели инструменте для обработки торцов глухих отверстий минимальное расстояние в диаметральной плоскости рабочего органа 3 между карманами 33 составляло 0,92 мм, протяженность плоских скосов 35 вдоль оси рабочего органа 3 составляла 3,5 мм.
Шероховатость поверхности торца после обработки составила Ra 0,8; линейный размер - 2,33 мм.
Обработанный предлагаемым инструментом торец глухого отверстия полностью соответствует требованиям конструкторской и технологической документации.
Техническим результатом применения предлагаемого инструмента для обработки торцов глухих отверстий является упрощение изготовления инструмента и повышение его стойкости за счет охлаждения во время выполнения операции и компенсирования ударов и вибраций при подводе инструмента к детали и во время ее обработки.
Предлагаемый инструмент для обработки торцов глухих отверстий применяется в серийном производстве электроуправляемых форсунок Common Rail на Алтайском заводе прецизионных изделий.