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 напорный и сливной трубопроводы, установленные на основании левый и правый фланцы, которые выполнены с зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок и сквозными отверстиями, 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, а трубопроводы соединены со сквозными отверстиями фланцев (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 со сквозными отверстиями, соединенными с трубопроводами, и 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, а сквозные отверстия выполнены в виде сужающихся конических сопел и расположены между центрирующими выточками.
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 полой цилиндрической оправки при их вращении. Возможность вращения режущих инструментов обеспечивается подачей рабочей среды, которая по трубопроводам через сквозные отверстия, выполненные в виде сужающихся сопел под давлением подается в устройство. При этом возможность подачи рабочей среды (пневмо- или гидро-) поочередно через левый или правый фланец (благодаря системе клапанов) обеспечивает возможность реализации реверсивного движения наружного и внутреннего режущих инструментов. В результате вращательного и поступательного движений режущих инструментов по контактирующим резьбовым поверхностям, ими осуществляется абразивная обработка одновременно внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок разного диаметра, зафиксированных в центрирующих выточках 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.
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 левого 2 и правого 3 фланцев со сквозными отверстиями 4, выполненными в виде сужающихся конических сопел и соединенными с трубопроводами 5 и 6 соответственно, и полой цилиндрической оправки 7 с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой 8 и снабженной наружным 9 и внутренним 10 режущими инструментами. Фланцы 2 и 3 выполнены с зеркально расположенными центрирующими выточками 11 для базирования и фиксации между ними трубных заготовок 12 разного диаметра, установленных соосно одна в другой. В центрирующих выточках 11 левого фланца 2 расположены подпружиненные сухари 13. Полая цилиндрическая оправка 7 с режущими инструментами 9 и 10 базируется в центрирующих выточках 11 соосно с трубными заготовками 12 разного диаметра, между ними.
Наружный 9 и внутренний 10 режущие инструменты выполнены в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков и контактируют с полой цилиндрической оправкой 7 ответными резьбовыми поверхностями 14. Сквозные отверстия 4 каждого фланца 2 и 3 расположены между центрирующими выточками 11.
Трубопроводы 5 и 6 снабжены клапанами 15, 16 для регуляции направления движения рабочей среды 17 при включении нагнетающего насоса 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 7. Полую цилиндрическую оправку 7 с режущими инструментами 9 и 10 устанавливают в пакет соосно между трубными заготовками 12 в центрирующих выточках 11 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 7 соответственно в центрирующих выточках 11 правого фланца 3.
Включают насос 18, с помощью клапанов 15 и 16 направляют поток рабочей среды 17 (жидкость или воздух) по трубопроводу 5 левого фланца 2 (клапаны 15 - закрыты, клапаны 16 - открыты) или по трубопроводу 6 правого фланца 3 (клапаны 16 - закрыты, клапаны 15 - открыты). Поток рабочей среды 17 пройдя по трубопроводам 5 или 6 и сопла 4 под давлением подается на витки режущих инструментов 9 и 10, в результате чего, под действием тангенсальной составляющей вектора воздействующего на витки спиралей давления, происходит вращение режущих инструментов 9 и 10.
Вращение режущих инструментов 9 и 10 приводит к перемещению их вдоль цилиндрической оправки 7 по контактирующим резьбовым поверхностям 8 и 14 - одновременно осуществляется абразивная обработка внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок разного диаметра.
Наличие противоположно направленных витков спиралей режущих инструментов 9 и 10 с правым и левым наклоном обеспечивает им возвратно-вращательное движение (реверсивное) при противоположном направлении подачи рабочей среды 17.
При использовании устройства, возможна его реализация в условиях, как воздушной рабочей среды, так и в условиях жидкой. При этом в случае использования абразивного материала в рабочей среде, например, при гидроабразивной обработке трубных заготовок, в процессе движения гидроабразивной жидкости она отражается от наклонных поверхностей витков спиралей режущих инструментов, что приводит к завихрению потока гидроабразивной жидкости, его ускорению вблизи обрабатываемых поверхностей (пристенное ускоренное проскальзывание) и улучшению процесса резания материала трубных заготовок частицами абразива рабочей среды. В результате происходит увеличение эффективности процесса абразивной обработки и, таким образом к повышению его производительности.
Наличие в режущих инструментах 9 и 10 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.
2
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 па 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 материал электрокорунд 24 А зернистости М20; М40; М63; 8; 10; K=20%.
Принципиальным ограничением данного устройства является то, что 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. 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.