Дорн

Полезная модель относится к станкостроению, в частности к устройствам для механической обработки глубоких отверстий. Может применяться в металлорежущих станках для осуществления технологии механической обработки глубоких отверстий (ГО) в длинномерных трубных заготовках при их растачивании, прошивании, дорновании и внутреннем шлифовании отверстий, например, при обеспечении требований к точности отверстий.
Известно устройство для обработки глубоких отверстий методом деформирующего прошивания, содержащее борштангу с режущим инструментом, расположенную на эксцентричных подшипниках в пиноли с режущими и дорнующими зубьями, которую без зазорно базируют перед подачей рабочей среды в исходном положении во входном люнете, обрабатываемую заготовку зажимают между внутренними торцами входного и выходного люнетов соосно с ними, а во время прямого рабочего хода борштанга осуществляет поступательное и вращательное движение, совмещая процессы растачивания, протягивания и дорнования глубокого отверстия (Патент 2552616 РФ, МПК B23B41/00, B23D79/00, B23B1/00, B23C3/00, 2015г., Санинский, В.А. Разработка и применение фрезерно-расточных станков с механизмом планетарного движения режущего инструмента: монография / В.А. Санинский; ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2016. - 110 с.).
Однако, вследствие ограниченной стойкости зубьев прошивки, связанной с отсутствием нужного давления в системе смазочно-охлаждающих технических средств (СОТС), особенно при большом количестве рабочих ходов возможно и большой длине обрабатываемого отверстия, наблюдается отсутствие давления смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и смазки последних по ходу прошивки дорнующими зубьями. Это приводит к повышенному износу дорнующих элементов или к шелушению поверхности ГО из-за превышения критического числа зубьев и рабочих ходов дорна (Проектирование и исследование специальных методов обработки (лабораторный практикум по проектированию способа обработки глубоких отверстий) [Электронный ресурс]: учебное пособие / В.А. Санинский, Е.Н. Нестеренко; ВПИ (филиал) ВолгГТУ, – Электрон. текстовые дан. (1 файл: 11,0 Мб). – Волжский, 2019. – Режим доступа: http://lib.volpi.ru. – Загл. с титул. экрана.).
Известно устройство, содержащее борштангу с режущим инструментом (например, фрезу или шлифовальный круг), расположенную на эксцентричных подшипниках скольжения в пиноли с режуще-дорнующими зубьями, которую базируют перед подачей рабочей среды в исходном положении во входном люнете, что позволяет создать возможность совмещенной производительной механической обработки ГО (Санинский, В.А. Обоснование расширения возможностей режуще-деформирующего прошивания глубоких отверстий при ремонте машин сельскохозяйственного назначения / В.А. Санинский, А.В. Грибенченко, Е.Н. Смирнова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2019. - № 1 (53). – С. 284-293).
Однако подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на протяжку осуществляется на входе и выходе протяжки из прерывистых отверстий, что при обработке всего глубокого отверстия позволяет организовать охлаждение и смазку только крайних дорнующих зубьев, смазка и охлаждение промежуточных дорнующих зубьев затрудняется, износ повышается, что приводит к уменьшению отверстия на выходе и возможности возникновению брака обработанного отверстия.
Известен дорн, состоящий из направления, заборного конуса, калибрующей поверхности, обратного конуса, хвостовика, нажимной сферической поверхности. От нажимной сферической поверхности хвостовика по оси дорна, проходит центральный осевой канал для подачи смазочно-охлаждающей жидкости соединенный с радиальными каналами, выходы которых расположены на калибрующей поверхности в точке, удаленной от начала калибрующей поверхности на расстояние, соответствующее проекции точки наибольшего значения волны внеконтактной деформации на ось детали (Авторское свидетельство SU 1789329, МПК В23В39/02, 1993г.).
Однако конструкция дорна не предназначена для реверсивного движения.
Наиболее близким является дорн с использованием смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС), содержащий корпус с выполненными в нем осевым и радиальным каналами для подачи СОТС и обратными клапанами, а также ряды деформирующих элементов с промежуточными кольцами. Перед первым деформирующим элементом установлена плавающая обойма с уплотнительным элементом и закрепленным на корпусе механизмом ее возврата. В корпусе выполнены дополнительные осевой и связанные с ним радиальные каналы, соединенные с радиальными втулками, а обратные клапаны установлены в основных радиальных каналах и дополнительном радиальном канале, расположенном между плавающей обоймой и опорной шайбой. Обратные клапаны выполнены в виде упругой оболочки, охватывающей корпус, выполнены с различной радиальной жесткостью и размещены с возможностью перекрывания радиального канала (Авторское свидетельство SU 1574441, МПК B24B39/02, 1990г.).
Однако конструкция дорна не обеспечивает возможности механизированного реверсирования движения дорна в обрабатываемом отверстии.
Задачей предложенного технического решения является разработка дорна для обработки глубоких ступенчатых отверстий поверхностным пластическим деформированием (ППД), позволяющего повысить производительность обработки за счет сокращения вспомогательного времени на возврат дорна в исходное положение.
Технический результат - повышение стойкости инструмента за счет снижения износа прошивок, снижение трения в местах контакта рабочих поверхностей дорнующих зубьев с обрабатываемой поверхностью и повышение качества обрабатываемой поверхности.
Технический результат достигается дорном, содержащим корпус с выполненными в нем осевым и радиальными каналами для подачи смазочно-охлаждающей технологической среды и обратными клапанами, а также ряды деформирующих элементов, при этом дорн снабжен механизмом переключения направления давления смазочно-охлаждающей технологической среды на противоположное с обеспечением возвратно-поступательного перемещения дорна при дорновании, а оба торца дорна выполнены рабочими, содержащими прямые и обратные клапаны и дроссели, соединенные осевым каналом с радиальными каналами, выходящими между каждой парой четного и нечетного дорнующих зубьев, с образованием дорна прямого и обратного хода.
Предложенная конструкция дорна, обеспечивает возможность осуществления автоматизированной подачи в обе стороны вдоль его продольной оси. Кроме того с целью повышения эффективности подачи СОТС в дорне выполнены дополнительные радиальные каналы для сброса отработанной СОТС, выведенные в каждую нечетную кольцевую канавку между соседними дорнующими зубьями, которые с каналами, выведенными в нечетные канавки по принципу параллельного соединения так, что расположение радиальных каналов для подачи СОТС под давлением в зону контакта дорнующих зубьев с обрабатываемой поверхностью глубокого отверстия ГО относительно осевых каналов, а также расположение радиальных и осевых каналов для сброса отработанной СОТС через торцы дорна через левые или правые дроссели на одном рабочем торце, соединенные с четными кольцевыми канавками и далее в дросселирующие элементы, откуда через радиальные каналы в осевой общий сбрасывающий канал и обратные клапаны на втором торце (на выходе СОТС).
Давление создается со стороны обрабатываемой поверхности путем выдавливания из нее СОТС через дросселирующие элементы в полость с обработанной поверхностью. Величину давления в каждой паре дорнущих зубьев регулируют, приоткрывая клапаны подачи давления из общей магистрали в продольные, а через них и в радиальные канал.
На фиг. 1 представлена схема дорна (продольный разрез). На фиг. 2 – поперечное сечение А-А по фиг. 1.
На фигурах показан дорн 1 для прошивания глубокого отверстия 2 трубной заготовки 3. Дорн 1 содержит деформирующие черновые зубья 4, дорнующие промежуточные зубья 5, создающие предварительный размер глубокого отверстия 2, дорнующие чистовые зубья 6 дорна 1, создающие окончательный размер глубокого отверстия 2, дросселирующие элементы 7 в виде полуцилиндрических продольных выемок, соединяющих кольцевые канавки (гидравлические камеры), образованные боковыми конусными поверхностями дорнующих зубьев и поверхностью глубокого отверстия 2 в средней деформирующей части дорна 1, дроссели 8, радиальный канал 9, осевые каналы 10, 11, радиальные каналы 12, выходящие из четных кольцевых канавок предназначенные для сброса отработанной СОТС в осевой сквозной канал 13, соединенный радиальными каналами 12 с каждой из кольцевых канавок, предназначенный для сброса из них СОТС и выходящий за торцы дорна, обратные клапаны 14. Общий трубопровод 15 магистрали рабочей среды, кран реверсивный 16 и трубопровод 17, ведущий к обрабатываемой поверхности глубокого отверстия 2 от общего трубопровода 15 магистрали рабочей среды обеспечивают подачу и регулировку подачи рабочей среды. На трубной заготовке 3 установлены левая 18 и правая 19 заглушки.
Кольцевые канавки между дорнующими зубьями образуют условные гидравлические камеры N-1, N-2, N-3 с шагом 10 мм и условные гидравлические камеры I, II, III с шагом 19 мм.
Устройство демпфирующих элементов и их принцип действия.
Перед прошиванием трубной заготовки 3 в ее правом и левом торцах (позициями не обозначены) выполняют выточки длинной, Lв.л.= Lв.п. и Lв.д.≤ Lв.л, т.е. с длиной выточки равной или превышающей длину дорна Lд на 3-5 мм. Они являются установочной базой для координации дорна соосно с отверстием длинномерной трубной заготовки. В выточки вставляют по переходной посадке дорн, завинчивают заглушки 18 и 19 в торцы заготовки 3, подключают к ним трубопровод 17 магистрали и подают заготовку 3 на протяжной станок для прошивания глубокого отверстия 2.
Рабочая подача дорна, выполняющего роль поршня, на наружной поверхности которого выполнены деформирующие черновые зубья 4, дорнующие чистовые зубья 6 и дорнующие промежуточные зубья 5, имеющие различные диаметральные размеры и контактирующие в обрабатываемой поверхностью глубокого отверстия 2 с возможностью герметичного уплотнения зазора путем создания посадки с натягом между всеми зубьями и поверхностью полученного ими условного гидроцилиндра цилиндра. Роль такого гидроцилиндра выполняет обработанная дорнующими промежуточными зубьями 5 поверхность глубокого отверстия 2 трубной заготовки 3.
При подаче СОТС под давлением Р открываются левые дроссели 8 и она поступает в четные кольцевые канаки и далее в дросселирующие элементы, откуда через радиальные каналы 12 в осевой сквозной канал 19, сбрасывающий СОТС.
По окончании рабочего хода дорна справа налево, выполняется его движение слева направо и повторяется работа его частей.
Возможность осуществления такого повтора предусмотрена для изменения величины продольной подачи (достижения рабочего или ускоренного холостого хода дорна в обрабатываемом глубоком отверстии. Это осуществляется с помощью изменения направления подачи рабочей среды, подаваемой по трубопроводам 15 и 17 под изменяемым давлением Р через кран 16 через дроссели 8 выполненные в торцах дорна 1.
По окончании операции прошивания на рабочем или холостом ходе дорн 1 может быть возвращен в левую выточку длиной L в.л. Для этого краном 16 рабочая среда переключается в трубопровод 17 и осуществляется обратный ход прошивки 1 из правой выточки длиной L в.п. в левую выточку длиной L в.л.
При этом для подачи СОТС под давлением Р открываются правые дроссели 8 и она поступает в четные кольцевые канавки и далее в дросселирующие элементы, откуда через радиальные каналы 12 в осевой сквозной канал 19, сбрасывающий СОТС.
По окончании обратного рабочего хода левая 18 заглушка вывинчивается, дорн 1 вынимается, и окончательно обработанная прошиванием трубная заготовка 3 раскрепляется, снимается, а устройство подготавливают для обработки следующей заготовки.
Возможно применение двухстороннего дорна для механической обработки глубоких отверстий посредством выдавливания машинного масла под равномерным давлением Р, подаваемым во внутреннюю полость на задний торец прошивки. Под действием давления Р масло подается от крана 16 через дроссели 8 количеством равным m-1, где m - число дорнующих зубьев 5 по левому трубопроводу 15. Масло продавливается через канавки дорнующих зубьев и попадает между зубьями, образуя гидравлические камеры. В результате обеспечивается процесс дросселирования СОТС и обеспечивается смазка рабочих поверхностей дорнующих задних зубьев и поверхности ГО трубной заготовки. Заглушки 18 и 19 на торцах заготовки 3 служат для создания замкнутых полостей перед торцами прошивки. Деформирующий черновой зуб 4, как левой, так и правой части дорна выполнен дорнующим и также работает в условиях граничной смазки.
Заявленная конструкция дорна позволяет обеспечить наиболее эффективный подвод СОТС - без усилия на толкателе и со скоростью перемещения дорнующего инструмента.
Подача по независимым радиальным каналам позволяет регулировать расход СОТС в зависимости от параметров канавок для перетекания СОТС и давления, направляемого для ее осевой подачи прошивки. Возможность регуляции расхода СОТС через режуще-деформирующие зубья (деформирующие элементы) многозубных прошивок позволяет правильно назначать режимы обработки и, тем самым, повысить технико-экономическую эффективность механической обработки глубоких отверстий длинномерных трубных заготовок, то есть обеспечивает повышение стойкости инструмента за счет снижения износа прошивок и улучшение процесса дорнования глубоких отверстий в длинномерных трубных заготовках.
СОТС подводится в зону обработки через радиальные отверстия, выполненные в теле дорна в кольцевые канавки после каждого нечетного дорнующего зуба по порядку следования дорна. После каждого четного зуба по порядку следования дорна располагаются отверстия в сливные каналы для отвода СОТС. Давление, под которым подводится СОТС можно регулировать с помощью дросселей, установленных на подводящих СОТС осевых каналах, от которых отходят радиальные каналы, обеспечивающие независимую подачу через них СОТС.
Изменяя параметры канавок на дорнующих зубьях, можно управлять величиной расхода СОТС и распределением перепадов давления между зубьями. Эти же факторы будут влиять на возможную скорость дорнования, так как суммарное значение давления Р=∑р СОТС не может превысить некоторую предельную величину, определяемую максимальным толкающим давлением усилием Р=∑р, допустимой деформацией обрабатываемой детали и деталей технологической установки, находящихся под действием указанного давления.
Пример.
При обработке многозубым дорном в трубной заготовке с минимальной толщиной стенки 4,5 мм, ступенчатое отверстие отверстия 68Н7, имеющее на выходе уменьшенный диаметр 60 мм, что не позволяет работать дорном напроход. При толщине стенки 4,5 мм при соотношении диаметра D и толщины S стенки трубы D/S>0,05, необходимо обеспечить достижение на обработанной части отверстия поверхностной пластической деформации (ППД) с параметром шероховатости Ra0,4 ГО.
Процесс дорнования осуществляют совмещением вихрефрезерования с дорнованием многозубым дорном со снятием припуска при прямом ходе 0, 1 мм и при обратном ходе полученного прямым ходом отверстия припуска, соответствующего величине остаточной деформации 0,03 мм.
Трубные заготовки под обработку изготавливают на прошивном стане из горячекатаного проката, и обрабатывают ГО в соответствии с требованиями ТУ 14-3-1941-1994, ТУ 14-3Р-134-2014.
Обработку осуществляют путем дорнования отверстия длинномерной трубной заготовки многозубным дорнующим инструментом
Процесс ППД в условиях граничной смазки посредством дросселирования СОТС, подаваемой в зону обработки между зубьями дорнующего инструмента из тела инструмента по независимым каналам между каждой парой четного и нечетного дорнующих зубьев, и симметрично к ним расположенные группы дорнующих зубьев и канавок между ними, образующие дорн обратного действия, а также механизм реверсирования подачи рабочей среды (СОТС) на противоположный торец дорна между соседними дорнующими зубьями и в каждую кольцевую канавку между соседними дорнующими зубьями, и продавливающейся через канавки дорнующих зубьев как по направлению движения дорна, так и в направлении, противоположном его рабочему движению. Необходимость обеспечения процесса ППД при движении в противоположном направлении вызвана возникновением уменьшения на выходе ГО диаметра, вызванного износом калибрующих ленточек дорнующих зубьев вследствие прохождения ими критической длины пути. При таком возвратно-поступательном движении дорна необходимо обеспечивать повышение стойкости инструмента за счет снижения износа прошивок путем уменьшения числа дорнующих зубьев при сохранении качества процесса дорнования глубоких отверстий в длинномерных трубных заготовках, обеспечиваемого достижением минимально необходимого и достаточного числа дорнующих зубьев прошивки. Так, там, где для обработки ГО «напроход» требуется 12 зубьев прошивки, в случае обработки «глухого» или ступенчатого отверстия достаточно будет 6 зубьев и при этом на обработанной поверхности не возникнет «наклеп» и «шелушение», часто или неизбежно, в зависимости от свойств обрабатываемого материала, возникающий от необоснованного применения выше предельного и потому недопустимого числа дорнующих зубьев.
Другим способом применения дорна является обработка ГО «напроход», Во втором случае необходимо, после окончания процесса дорнования транспортировать дорн в исходное положение, Эта транспортировка требует как дополнительных транспортных средств и затрат вспомогательного времени что снижает эффективность процесса дорнования.
Применение предлагаемого дона позволяет улучшить качество обрабатываемой поверхности путем повышения износостойкости дорна путем интенсификации подачи СОТС в очаг деформации как при прямом, так и обратном рабочих ходах инструмента.
Кроме этого, применение двухстороннего дорна обеспечивает процесс дорнования длинномерных трубных заготовок до упора в уменьшенный диаметр ступенчатого ГО без возврата дорна в исходное положение его реверсированием в направлении, противоположном его рабочему движению, так как на обратном ходу осуществляется процесс дорнования длинномерных трубных заготовок до выхода инструмента.
Таким образом, дорн, содержащий корпус с выполненными в нем осевым каналом, оба торца которого выполнены рабочими, содержащими ряды деформирующих элементов, радиальные каналы для подачи смазочно-охлаждающей технологической среды, прямые и обратные клапаны и дроссели, соединенные осевым каналом с радиальными каналами, выходящими между каждой парой четного и нечетного дорнующих зубьев, с образованием дорна прямого и обратного хода, снабженный механизмом переключения направления давления смазочно-охлаждающей технологической среды на противоположное с обеспечением возвратно-поступательного перемещения дорна при дорновании, обеспечивает повышение стойкости инструмента за счет снижения износа прошивок, снижение трения в местах контакта рабочих поверхностей дорнующих зубьев с обрабатываемой поверхностью и повышение качества обрабатываемой поверхности.