Хонинговальная головка

Полезная модель относится к технологии машиностроения, к обработке металлов резанием, в частности к хонинговальным головкам для окончательной обработки точных отверстий.
Известно устройство хонинговальной головки, содержащей корпус с радиальными отверстиями, в которых размещены колодки с брусками, шток-толкатель с эллиптическими поверхностями разжимных элементов, которые воздействуют на ползуны в радиальных отверстиях корпуса, а рабочий конец штока-толкателя и стакана соединены несамотормозящей резьбой [Авторское свидетельство SU №1174237, B24B 33/02, 1983 г.].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы и производительности при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатия колодок с брусками к обрабатываемой поверхности и сосредоточенного приложения нагрузки в двух точках колодки и невозможности увеличения количества соосно расположенных колодок с брусками для повышения производительности.
Известно устройство многорядной хонинговальной головки, содержащей корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимные элементы, установленные с возможностью взаимодействия с колодками брусков, разжимной шток и механизм независимого регулирования и фиксации каждого ряда брусков, причем корпус выполнен в виде набора обойм, установленных с возможностью осевого перемещения по наружной цилиндрической поверхности. Осевое перемещение брусков выполняется до обработки и необходимо для удобства регулирования положения каждого ряда абразивных брусков [Авторское свидетельство SU №1220757, B24B 33/08, 1986 г.].
Устройство отличается ограниченными возможностями для повышения качества обработанной поверхности, так как не исключает возможности попадания режущего зерна в предварительно прорезанную им же риску-царапину и, соответственно, наличия на обработанной поверхности глубоких рисок-царапин, и устройство имеет сложный механизм поджатия, не обеспечивающий соосности колодок брусков при сосредоточенном приложении усилия к ним, что приводит к ограниченной точности формы обработанной поверхности.
Известна хонинговальная головка, содержащая корпус с установленными в нем секторами-толкателями, предназначенными для взаимодействия каждого из них с одной стороны с конусами разжима, с другой - с брускодержателями с абразивными брусками, выполненными в виде винтообразной цилиндрической пружины сжатия в количестве не менее двух, расположенными под углом к образующей головке и прижатыми торцами друг к другу тарельчатыми пружинами [Патент RU 2146594, B24B 33/08, 2000 г.].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатия колодок с брусками к обрабатываемой поверхности и не исключает возможности попадания режущего зерна в предварительно прорезанную им же риску-царапину.
Наиболее близким техническим решением является хонинговальная головка, которая содержит корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимные элементы, установленные с возможностью взаимодействия с колодками брусков, разжимной шток и механизм осевого перемещения абразивных брусков, выполненный в виде стакана, в радиальных отверстиях которого на осях установлены с возможностью поворота вокруг осей поворотные планки, одним концом входящие в пазы колодки, а другим - в пазы разжимного штока и осевого перемещения колодок с брусками вверх при перемещении разжимного штока вниз [Патент RU 2108902, B24B 33/08, 1996 г.].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы и производительности при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатия колодок с абразивными брусками к обрабатываемой поверхности и сосредоточенного приложения нагрузки в двух точках колодки и невозможности увеличения количества соосно расположенных колодок с брусками для повышения производительности.
Задача - разработка конструкции хонинговальной головки с простым механизмом поджатия колодок с абразивными брусками, обеспечивающей радиальное и осевое перемещение, распределенное приложение усилия к колодкам, при соосном расположении, с возможностью максимального увеличения их количества.
Техническим результатом является увеличение точности формы при повышенном качестве поверхности обрабатываемого отверстия с максимальной производительностью.
Технический результат достигается хонинговальной головкой, содержащей корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимной шток, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков и возвратные пружины, при этом механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков выполнен в виде установленной на разжимном штоке упругой гофрированной оболочки с треугольным профилем, с углом раскрытия образующих гофры, равным 10-28 градусов, разжимной шток выполнен ступенчатым, а угол уклона внутренних направляющих поверхностей корпуса соответствует углу уклона торцевых поверхностей несущих колодок и равен 2-6 градусам к радиусу головки.
Сущность технического решения заключается в том, что при осевом перемещении ступенчатого разжимного штока, уступ которого сжимает упругую гофрированную оболочку, упирающуюся в торец корпуса, увеличивающийся наружный диаметр упругой гофрированной оболочки, углы уклона торцевых поверхностей несущих колодок и соответствующие им углы уклона внутренних направляющих поверхностей прорезей корпуса обеспечивают радиальное и осевое перемещения колодок брусков. Осевое перемещение колодок позволяет исключить появление глубоких рисок и улучшает качество поверхности. Упругая гофрированная оболочка, установленная по всей длине внутренней поверхности колодок, обеспечивает равномерно распределенное приложение радиальной нагрузки, что обеспечивает соосное расположение колодок брусков, что гарантирует точность формы обрабатываемого цилиндрического отверстия и повышает качество его поверхности. Цилиндрическая поверхность наружного диаметра упругой гофрированной оболочки позволяет установить максимальное количество колодок брусков, обеспечивающее повышение производительности.
Сущность конструкции хонинговальной головки поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан продольный разрез хонинговальной головки.
На фиг. 2 показан поперечный разрез А-А хонинговальной головки.
R
O
Предлагаемая конструкция хонинговальной головки содержит корпус 1, в радиальных прорезях 2 которого установлены несущие колодки 3 с абразивными брусками 4 с возможностью свободного радиального (S) и осевого перемещения (S). Внутренние поверхности 5 несущих колодок 3 контактируют с наружным диаметром 6 упругой гофрированной оболочки 7. Внутренним диаметром 8 упругая гофрированная оболочка 7 установлена на меньшей цилиндрической поверхности 9 ступенчатого разжимного штока 10. Упругая гофрированная оболочка 7 выполнена кольцевой с треугольным профилем и располагается между уступом 11 ступенчатого разжимного штока 10 и торцом 12 корпуса 1. Угол раскрытия образующих гофры равен 10-28 градусов. Торцевые поверхности 13 несущих колодок 3 контактируют с внутренней направляющей поверхностью 14 прорезей 2 корпуса 1. Угол уклона внутренних направляющих поверхностей 14 корпуса 1 соответствует углу уклона торцевых поверхностей 13 несущих колодок 3 и равен 2-6 градусам к радиусу головки. Возвратные пружины 15 предназначены для возвращения несущих колодок 3 в исходное положение после подъема ступенчатого разжимного штока 10.
Устройство работает следующим образом.
R
O
После ввода хонинговальной головки в обрабатываемое отверстие включается вращение ее и возвратно-поступательное движение, после чего вступает в действе механизм радиального и осевого перемещения, осуществляющий радиальное (S) и осевое перемещение (S) несущих колодок 3 с абразивными брусками 4. После каждого двойного хода хонинговальной головки механизм радиального и осевого перемещения в виде упругой гофрированной оболочки 7 осуществляет дозированную подачу за счет сжатия ее ступенчатым разжимным штоком 10 вдоль оси хонинговальной головки вниз на определенную величину.
При зажиме упругой гофрированной оболочки 7 увеличивается ее наружный диаметр 6.
Д
При этом величина деформации гофрированной оболочки 7 (S) определяется по формуле
Д
Г
S=n⋅S,
где n - количество гофр гофрированной оболочки 7,
Г
S - величина максимальной деформации одной гофры.
0,2
5
Можно рассчитать предельные значения угла образующих гофры β гофрированной оболочки 7. Наибольшее значение выбираем из условия максимальной деформации одной гофры и достижения по наружному диаметру предела текучести стали σ. Это условие выполняется при величине максимальной деформации одной гофры и достижении относительной длины окружности наружного диаметра величины относительного удлинения при разрыве δ с учетом предела текучести по формуле
где D - наружный диаметр 6 упругой гофрированной оболочки 7,
D' - наружный диаметр 6 упругой гофрированной оболочки 7 после максимальной деформации,
0,2
σ - предел текучести условный,
В
σ - временное сопротивление разрыву,
5
δ - относительное удлинение после разрыва.
Из геометрических построений можно определить максимальное значение угла образующих гофры β гофрированной оболочки 7:
После подстановки механических характеристик стали 65Г
max
Таким образом, максимальное значение угла раскрытия образующих гофры β гофрированной оболочки равен 28°.
min
Наименьшее предельное значение угла образующих гофры β гофрированной оболочки 7 определяем из условия достижения при максимальной деформации одной гофры максимальной относительной глубины резания по формуле
где D' - наружный диаметр 6 упругой гофрированной оболочки 7 после максимальной деформации,
D - наружный диаметр 6 упругой гофрированной оболочки 7 до деформации,
max
t - максимальная глубина резания на диаметр, мм.
min
Из геометрических построений получаем значение наименьшего предельного значения угла образующих гофры β гофрированной оболочки 7
max
После подстановки для финишной обработки t=0,2 мм и D=50 мм
min
Таким образом, наименьшее предельное значение угла образующих гофры гофрированной оболочки 7 β равен 10°.
Г
По значению угла образующих гофры гофрированной оболочки 7 β можно также рассчитать величину максимальной деформации одной гофры S по формуле
и деформацию гофрированной оболочки 7 в радиальном направлении
Рассчитаем предельные значения угла уклона α торцевых поверхностей 13 несущих колодок 3 и угла уклона внутренней направляющей поверхности 14 прорезей 2 корпуса 1.
Наибольшее значение выбираем из условия самоторможения этих поверхностей по формуле
max
tgα≤tgϕ;
где  - коэффициент трения стали по стали;
тогда
max
α≤6°.
max
Таким образом, угол уклона α торцевых поверхностей 13 несущих колодок 3 и уклона внутренних направляющих поверхностей 14 прорезей 2 корпуса 1 равен 6°.
min
O
R
R
Наименьшее предельное значение угла наклона α этих поверхностей определим из условия осевого смещения S, равного размеру абразивного зерна при подаче S, равной глубине резания S=t, по формуле
зерна
где d=0,01 мм - минимальный размер абразивного зерна;
max
t=0,25 мм - максимальная глубина резания, мм;
min
0,04=tgα;
min
α=2°.
min
Таким образом, угол уклона α торцевых поверхностей 13 несущих колодок 3 и уклона направляющей поверхности 14 прорезей 2 корпуса 1 равен 2°.
В результате распределенной нагрузки гофрированной оболочки 7 при зажиме ступенчатым разжимным штоком 10 обеспечивается равномерное прижатие несущих колодок 3 с абразивными брусками 4 к обрабатываемой поверхности отверстия, что способствует повышению точности цилиндрической формы отверстия.
Таким образом, хонинговальная головка, содержащая корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимной шток, выполненный ступенчатым, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков, выполненный в виде упругой гофрированной оболочки с треугольным профилем, с углом раскрытия образующих гофры, равным 10-28 градусов, и возвратные пружины увеличивают точность формы при повышенном качестве поверхности обрабатываемого отверстия с максимальной производительностью.