УСТРОЙСТВО ДЛЯ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ И НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к механической обработке глубоких отверстий в трубных заготовках, и может использоваться при осуществлении процессов шлифования и хонингования наружных и внутренних поверхностей длинномерных труб.
В производстве при изготовлении ответственных деталей предъявляются высокие требования к точности и шероховатости поверхности: некруглость менее 1 мкм, волнистость менее 0,2 мкм, нецилиндричность и непрямолинейность образующей менее 2-5 мкм, параметр шероховатости Ra=0,02-0,8 мкм, отсутствие дефектного слоя металла (структурно-фазовых изменений, напряжений растяжения, микротрещин), определенные значения параметров формы микронеровностей и опорной поверхности. Обеспечение этих требований достигается с помощью таких процессов абразивной обработки, как хонингование брусками из традиционных и сверхтвердых абразивных материалов. Этот процесс относят к процессу доводки; хонингование производится при одновременно выполняемых вращательном и возвратно-поступательном движениях инструмента.
Известно устройство для полирования поверхностей, включающее корпус со шпинделем, несущим абразивный круг, оправку с перпендикулярными оси шпинделя направляющими для перемещения корпуса, выполненного подпружиненным относительно оправки и снабженного подпружиненным стержнем, установленным параллельно направляющим с возможностью постоянного контакта со шпинделем (А.с. SU 622647, МПК B24B 5/02, опуб. 05.09.1978).
Недостатком данного устройства является невозможность совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей, что снижает его производительность.
Известно устройство для полирования поверхностей, содержащее оправку, несущую абразивный круг, снабженную втулкой, являющейся внутренним кольцом роликового радиального игольчатого подшипника, оси наружной и внутренней поверхностей которой расположены под углом а с пересечением их в центре симметрии втулки и косыми шайбами с торцами под углом а друг к другу. При этом абразивный круг выполнен на гибкой основе и установлен на наружном кольце подшипника под углом а к плоскости, перпендикулярной оси вращения оправки (Пат. RU 2202461, МПК B24B 29/00, B24B 45/00, опубл. 20.04.2003).
Недостатком данного устройства является невозможность совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей, что снижает его производительность.
Наиболее близким является устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащее установленные на основании левый и правый фланцы, выполненные с зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок, при этом фланцы выполнены с возможностью фиксации между ними трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой, причем в центрирующих выточках левого фланца расположены подпружиненные сухари (Пат. RU 152429, МПК B24C 3/02, B24C 9/00, опубл. 27.05.2015).
Недостатком устройства является недостаточная эффективность абразивной обработки поверхностей длинномерных трубных заготовок рабочей средой.
Задачей полезной модели является разработка высокопроизводительного устройства для абразивной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей трубных заготовок.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение производительности устройства и качества обработанной устройством поверхности при абразивной обработке наружных и внутренних поверхностей трубных заготовок.
Технический результат достигается устройством для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащем установленные на основании левый и правый фланцы, выполненные с зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок и с возможностью фиксации между ними трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой, причем в центрирующих выточках левого фланца расположены подпружиненные сухари, при этом устройство дополнительно содержит полую цилиндрическую оправку с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой, снабженную наружным и внутренним режущими инструментами, выполненными в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков, контактирующих с полой цилиндрической оправкой ответными резьбовыми поверхностями, и механизмы вращения, выполненные с возможностью придания реверсивного движения полой цилиндрической оправке, левый и правый фланцы, выполнены составными из соосно размещенных наружной, промежуточной и внутренней втулок, причем центрирующие выточки расположены на наружных и внутренних втулках левого и правого фланцев, а промежуточные втулки левого и правого фланцев снабжены зажимными цангами для фиксации полой цилиндрической оправки с режущими инструментами.
Сущность устройства заключается в такой его конструкции, при которой соосно в один пакет осуществляется установка трубных заготовок и между трубными заготовками полой цилиндрической оправки с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой, снабженной наружными и внутренними режущими инструментами. Каждый режущий инструмент (наружный и внутренний) представляет собой блок из двух спиралей с противоположными направлениями витков, которые контактируют с полой цилиндрической оправкой ответными резьбовыми поверхностями, что обеспечивает возможность перемещения режущих инструментов вдоль вращающейся полой цилиндрической оправки. Возможность вращения полой цилиндрической оправки обеспечивается механизмами вращения и выполнением левого и правого фланцев составными из соосно размещенных наружной, промежуточной и внутренней втулок. При этом промежуточные втулки левого и правого фланцев снабжены зажимными цангами для фиксации и вращения полой цилиндрической оправки с режущими инструментами, а механизмы вращения, выполнены с возможностью придания реверсивного движения промежуточным втулкам с зажатой в цангах полой цилиндрической оправкой. Возможность реализации реверсивного движения полой цилиндрической оправки позволяет перемещать вдоль нее наружный и внутренний режущие инструменты в двух противоположных направлениях по контактирующим резьбовым поверхностям, осуществляя абразивную обработку одновременно внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок разного диаметра, зафиксированных в центрирующих выточках наружной и внутренней втулок левого и правого фланцев, обеспечивая режимы процесса обработки, соответствующие шлифохинингованию и хонингованию.
Режущие инструменты имеют длину меньшую длины полой цилиндрической оправки на величину своего свободного хода с учетом захвата полой цилиндрической оправки зажимными цангами промежуточных втулок левого и правого фланцев.
На фигуре показано продольное сечение устройства для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок.
Устройство для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок состоит из установленных на основании 1 составных левого фланца 2 и правого фланца 3, полой цилиндрической оправки 4 с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой 5 и снабженной наружным режущим инструментом 6 и внутренним режущим инструментом 7. Левый фланец 2 и правый фланец 3 выполнены составными из соосно установленных одна в другой по скользящей посадке наружной 8, промежуточной 9 и внутренней 10 втулок.
На наружных 8 и внутренних 10 втулках левого 2 и правого 3 фланцев, выполнены зеркально расположенные центрирующие выточки 11 для базирования и фиксации трубных заготовок 12 разного диаметра, установленных соосно одна в другой. Причем в центрирующих выточках 11 левого фланца 2 расположены подпружиненные сухари 13. Промежуточные втулки 9 левого 2 и правого 3 фланцев снабжены зажимными левой и правой цангами 14 для фиксации и вращения полой цилиндрической оправки 4 с режущими инструментами 6 и 7.
Каждый режущий инструмент 6 и 7 выполнен в виде блока из двух спиралей с противоположными направлениями витков, контактирующих с полой цилиндрической оправкой 4 ответными резьбовыми поверхностями 15. Вращение полой цилиндрической оправки 4 осуществляется с помощью механизмов вращения 16, выполненных с возможностью придания оправке 4 реверсивного движения и включающих реверсивные левый и правый электродвигатели 17, с приводными шестернями 18.
Устройство работает следующим образом.
Перед абразивной обработкой левый фланец 2 и правый фланец 3 раздвинуты на длину, превышающую максимальную длину трубных заготовок 12 и полой цилиндрической оправки 4. Трубные заготовки 12 и полую цилиндрическую оправку 4 с режущими инструментами 6 и 7 устанавливают в пакет соосно соответственно в центрирующих выточках 11 и зажимных цангах 14 левого фланца 2. После этого включают привод зажима труб (не показан), при этом правый фланец 3 перемещают влево и базируют трубные заготовки 12 и полую цилиндрическую оправку 4 соответственно в центрирующих выточках 11 и зажимных цангах 14 левого фланца 2 и правого фланца 3.
Включают электродвигатели 17 механизмов вращения 16. В результате вращения промежуточных втулок 9 левого 2 и правого 3 фланцев, происходит вращение зафиксированной зажимными цангами 14 полой цилиндрической оправки 4. Вращение полой цилиндрической оправки 4 приводит к перемещению вдоль нее наружного 6 и внутреннего 7 режущих инструментов по контактирующим резьбовым поверхностям 5 и 15 - одновременно осуществляется абразивная обработка внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок разного диаметра.
Для обеспечения возвратно-поступательного движения режущими инструментами 6 и 7 вдоль обрабатываемых поверхностей трубных заготовок используется реверсивная работа механизма вращения 16.
Наличие в режущих инструментах 6 и 7 противоположно направленных витков обеспечивает сетку в виде перекрещивающихся рисок, оставляемых абразивными частицами, которые являются масляными карманами, повышающими работоспособность детали при работе в сборочном узле, например, при контакте поршня с гидроцилиндром.
При контакте рабочей поверхности режущих инструментов с обрабатываемыми поверхностями трубных заготовок происходит царапанье металла одновременно большим числом абразивных частиц. Размер таких частиц при хонинговании составляет 20-100 мкм, среднее число частиц на поверхности бруска 20-400 зерен на 1 мм. Основными видами взаимодействия абразивных зерен с металлом являются микрорезание со снятием тончайших стружек и трение с пластическим оттеснением металла.
В отличие от шлифования, при котором контактная поверхность составляет незначительную часть рабочей поверхности круга, при хонинговании режущие инструменты постоянно соприкасаются с деталью по всей рабочей поверхности. В начальный момент времени режущий инструмент прирабатывается к обрабатываемой поверхности. Такой контакт пары режущий инструмент - трубная заготовка способствует повышению производительности обработки и точности формы деталей. В результате хонингования тепловыделение в зоне обработки значительно ниже, чем при шлифовании, а контактная температура не превышает 150-200°C. Таким образом, отсутствуют физические причины образования в поверхностном слое микротрещин и прижогов, а также остаточных напряжений растяжения.
Параметры режущих инструментов 6 и 7, например, материал электрокорунд 24А зернистости М20; М40; М6З; 8; 10; K=20%.
Принципиальным отличием данного устройства от известных является то, что при хонинговании большей части трубы можно в пакетном режиме обрабатываются трубные заготовки обеспечивающие возможность «вкладывания» друг в друга. Например, трубы по ГОСТ 8731, 23270, ГОСТ Р 53383, поставляемые по внутреннему диаметру имеют предельные отклонения внутреннего диаметра трубы ±1% от величины наружного диаметра трубы и предварительно обработанные по наружному и внутреннему диаметру с постижением параметров шероховатости Ra0,63. Номенклатура данных труб включает диаметры от 40 до 130 мм, соответственно отклонения находиться в интервале (±0,4 ÷ ±1,3) мм. Зазоры между соседними обрабатываемыми поверхностями достаточны для размещения в них полой цилиндрической оправки, снабженной наружным и внутренним режущими инструментами, выполненными в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков.
Таким образом, заявленная конструкция устройства для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащего полую цилиндрическую оправку с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой, снабженную наружным и внутренним режущими инструментами, выполненными в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков, за счет обеспечения процессов резания, приводит к увеличению эффективности процесса абразивной обработки, что позволяет повысить производительность устройства и качество обработанной устройством поверхности при абразивной обработке наружных и внутренних поверхностей трубных заготовок.