ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для финишной обработки (доводки) глубоких отверстий малого диаметра из труднообрабатываемых материалов.
Известен инструмент для отделочной обработки цилиндрических отверстий, содержащий корпус, на который с зазором надет рабочий элемент - винтовая цилиндрическая пружина прямоугольного сечения ее витка. Один конец пружины зафиксирован от проворота втулкой, закрепленной на корпусе и поджатой навинченной на резьбовую часть корпуса самотормозящейся гайкой. Другой конец пружины посредством навинченной на корпус несамотормозящейся гайки связан с корпусом и с элементами подачи. Корпус и гайка образуют несамотормозящуюся передачу. Направления витков пружины и резьбы гайки совпадают.
Элементы подачи снабжены устройством отсчета величины угловой деформации пружины, включающим упомянутую выше несамотормозящуюся передачу, регулировочную самотормозящуюся гайку, навинченную на корпус и расположенную между ними шайбу, зафиксированную от вращения. Гайки обеспечивают регулировку диаметра инструмента при сборке и наладке, а функции устройства отсчета выполняет гайка, с которой соединен конец пружины и на которой нанесена шкала отсчета, и шайба, несущая нулевую метку отсчета.
В корпусе выполнены осевое и сообщающиеся с ним радиальные отверстия для подачи притирочных растворов во время обработки.
В процессе работы инструменту сообщают регламентированные технологическим процессом движения формообразования. Через выполненные в корпусе осевое и радиальные отверстия по мере надобности подают рабочий агент (абразивные пасты), который попадает в зазор между корпусом и пружиной, а затем через зазоры между витками пружины равномерно распределяется по всей длине инструмента между наружной поверхностью пружины и обрабатываемой поверхностью.
По мере износа поверхности рабочего элемента (уменьшения его наружного диаметра) осуществляют его поднастройку на размер до заданного диаметра, которую осуществляют вращением гайки на заданный угол, который определяют по устройству отсчета.
(см. авторское свидетельство СССР №979090, B24B 37/02, 1982 г.).
В результате анализа выполнения известного инструмента необходимо отметить, что он обеспечивает постоянство обрабатываемого диаметра по всей его длине. Однако он весьма сложен конструктивно, при работе возникают сложности при введении его в обрабатываемое отверстие и удалении их него, особенно при обработке отверстий малого диаметра. Это также снижает чистоту обрабатываемых поверхностей.
Известен упругий винтовой алмазно-абразивный инструмент для обработки отверстий, содержащий корпус, выполненный в виде втулки, в центральном отверстии которой расположен шток, имеющий возможность возвратно-вращательного движения относительно продольной оси за счет винтового паза на штоке и размещенной в нем шпонки, закрепленной на втулке. Инструмент оснащен рабочим элементом, выполненным в виде винтовой цилиндрической спиральной пружины, на которой размещен алмазно-абразивный слой. Концы рабочего элемента закреплены на корпусе и на штоке.
Ввод упругого винтового алмазно-абразивного инструмента в обрабатываемое отверстие производят в растянутом положении пружины, которая, вытягиваясь, уменьшается в диаметре до значения, меньшего диаметра подлежащего обработке отверстия. Кроме того, уменьшению диметра пружины способствует вращение штока при выдвижении его из корпуса. Вращение штока в этом направлении закручивает пружину, уменьшая ее диаметр до значения, меньшего диаметра отверстия и инструмент свободно вводится в подлежащее обработке отверстие заготовки.
При обработке отверстия инструменту сообщают вращательное относительно его продольной оси и возвратно-поступательное движения. Кроме того, шток вращают относительно корпуса и втягивают в корпус, тем самым сближают концы пружины, раскручивая ее. При этом наружный диаметр пружины увеличивается, а благодаря упругим свойствам пружины обеспечивается радиальная подача, необходимая для осуществления процесса резания и съема припуска под абразивную обработку.
(см. патент РФ №2307021, кл. B24D 17/00, 2007 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известного инструмента необходимо отметить, что его использование позволяет повысить точность и производительность обработки за счет уменьшения величины биения инструмента, снизить теплонапряженность процесса обработки за счет прерывистой в продольном направлении и аксиально-смещенной зоны резания благодаря винтовой форме режущей поверхности, управлять величиной радиальной подачи за счет поворота штока относительно корпуса. Однако конструкция инструмента весьма сложна, при эксплуатации данного инструмента возникают сложности с его введением в обрабатываемое отверстие, так как в свободном состоянии наружный диаметр винтовой цилиндрической пружины превышает диаметр обрабатываемого отверстия, винтовой паз на штоке занимает сектор, исключающий полный оборот при возвратно-поступательном цикле инструмента, следовательно, невозможна равномерная обработка всей цилиндрической поверхности отверстия.
Необходимо также отметить, что при малом плече расположения шпонки относительно оси инструмента и большом плече от момента сопротивления от трения абразива в зоне обработки возможен срез шпонки, что приведет к прекращению формообразующего возвратно-вращательного перемещения рабочего элемента, а при удалении инструмента из обрабатываемого отверстия витки винтовой цилиндрической пружины раскручиваются, стремясь развернуться, увеличивая диаметр, что может привести к заклиниванию инструмента в отверстии. Извлечение инструмента осуществляется вручную, вращением его в противоположном направлении, что, однако, приводит к снижению чистоты обработанной поверхности.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в существенном конструктивном упрощении инструмента, а также повышении чистоты обработки глубоких отверстий малого диаметра в изделиях из труднообрабатываемых сталей и сплавов.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в инструменте для финишной обработки отверстий, содержащем оправку, на которой с зазором съемно установлен рабочий элемент, выполненный в виде спиральной пружины, новым является то, что оправка имеет хвостовую часть, предназначенную для установки в патроне станка, и направляющую часть, предназначенную для установки на нее рабочего элемента, причем на конце направляющей части имеется место для установки упора, предназначенного для контакта со свободным концом рабочего элемента, другой конец которого закреплен на оправке, причем рабочий элемент на свободном конце имеет заходную часть, выполненную конической формы, при этом, место для установки упора выполнено в виде резьбового участка на направляющей части оправки, на которую навинчен и зафиксирован в заданном положении упор, один конец рабочего элемента выполнен отогнутым и при установке рабочего элемента на оправку размещен в пазу оправки и зафиксирован в нем запорной втулкой
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 - инструмент для финишной обработки отверстий, общий вид;
- на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.
Инструмент для финишной обработки отверстий состоит из оправки 1, которая содержит хвостовую и направляющую части. Хвостовая часть выполнена, как правило, цилиндрической или конической формы и предназначена для крепления инструмента, например, в патроне станка.
Направляющая часть оправки имеет диаметр «d» и предназначена для установки с возможностью съема рабочего элемента 2, выполненного в виде спиральной пружины, сечение витка которой предпочтительно имеет прямоугольную форму. Один конец рабочего элемента отогнут и размещается при установке рабочего элемента на оправку в пазу (позицией не обозначен) оправки 1 и фиксируется запорной втулкой 3, имеющей возможность перемещения по хвостовой части оправки и фиксации в заданном положении.
На конце направляющей части оправки имеется место для установки упора 4, имеющего возможность контакта с другим концом (торцом) рабочего элемента. Данное место может быть выполнено в виде резьбового участка на направляющей части оправки, а в качестве упора - гайка, навинченная на резьбовую часть и зафиксированная (например, законтренная) в заданном положении. Данное место может быть выполнено в виде отверстий на направляющей части оправки, предназначенных для фиксаторов, фиксирующих в заданном положении надеваемые на направляющую часть оправки упоры, выполненные в виде колец. Естественно, что радиальные размеры упора должны быть такими, чтобы обеспечить их свободное перемещение внутри обрабатываемого отверстия. Данное место может быть выполнено и другим известным образом.
Рабочий элемент 2 выполняется наружным диаметром «D» и имеет две зоны, одна из которых заходная - выполнена конической формы, длиной (L) примерно 2,5 D с переходом от контактирующего с упором 4 меньшего диаметра, чем обрабатываемое отверстие до диаметра «D». Вторая зона рабочего элемента, она же рабочая, имеет наружный диаметр «D» которой выбирается больше диаметра обрабатываемого отверстия для обеспечения гарантированного и тарированного натяга. Наружная поверхность рабочей зоны рабочего элемента обработана таким образом, что калиброванный по наружному диаметру участок образует цилиндрическую рабочую поверхность, предназначенную для взаимодействия с обрабатываемой поверхностью. Внутренний диаметр рабочего элемента 2 превосходит диаметр «d» направляющей часть штока 1 на величину усадки в зоне обработки, то есть, рабочий элемент при сборке инструмента всегда устанавливается относительно направляющей части оправки с зазором.
Межвитковое пространство рабочего элемента 2 является резервуаром абразивной смеси, например, карбида бора. Рабочий элемент 2 при эксплуатации инструмента является сменным быстроизнашивающимся звеном, подлежащим восстановлению или замене.
Рабочий элемент 2 может быть изготовлен и восстановлен после износа с использованием известных специалистам технологий.
Так, например, восстановление рабочего элемента может быть осуществлено нанесением на его наружную поверхность рабочего слоя гальваническим методом или методом напыления.
Инструмент для финишной обработки отверстий работает следующим образом.
Для сборки инструмента надевают на оправку 1 рабочий элемент 2 заданных размеров (длины, наружного и внутреннего диаметров). Отогнутый конец рабочего элемента размещают в пазу оправки и фиксируют запорной втулкой 3 на хвостовой части оправки. С другого торца рабочий элемент поджимают упором 4, размещаемым на заданном месте направляющей части оправки. Инструмент собран. Необходимо отметить, и это весьма важно, что конец рабочего элемента 2 со стороны его заходного участка имеет возможность свободного перемещения, то есть, он не закреплен ни на оправке, ни на упоре.
Инструмент хвостовой частью оправки 1 устанавливают в патроне станка. Совмещают ось инструмента с осью подлежащего обработке отверстия. Известным образом заполняют абразивной смесью межвитковое пространство рабочего элемента 2. Вводят инструмент в подлежащее обработке отверстие. Наличие заходной части на элементе 2 существенно облегчает этот процесс. При введении рабочего элемента в отверстие, он скручивается до диаметра подлежащего обработке отверстия, с сохранением давления на его обрабатываемую поверхность. Так как наружный диаметр рабочей зоны элемента 2 превосходит диаметр обрабатываемого отверстия, то при нахождении рабочего элемента в отверстии обеспечивается гарантированный натяг рабочего элемента относительно обрабатываемой поверхности, что гарантирует силовое замыкание рабочего элемента относительно отверстия и обеспечивает оптимальные условия обработки и высокую чистоту обрабатываемой поверхности отверстия.
После размещения инструмента в отверстии включают формообразующие движения (например, осевое возвратно-поступательное перемещение инструмента и его вращение относительно продольной оси). В процессе обработки отверстия цилиндрическая часть рабочего элемента взаимодействует с обрабатываемой поверхностью отверстия в среде абразивной смеси, которая занимает все межвитковое пространство. В процессе обработки шлам удаляется из зоны обработки в направлении заходной зоны рабочего элемента, чему способствует направление навивки элемента 2. Так как торец рабочего элемента со стороны заходного участка свободен относительно оправки и упора, то это не препятствует его скручиванию, что повышает чистоту обрабатываемой поверхности отверстия. По окончании обработки инструмент свободно выводится из обработанного отверстия.
Инструмент имеет простую конструкцию, которая в то же время позволяет обеспечить технологический процесс обработки глубоких отверстий малого диаметра с получением высокого класса чистоты отработанной поверхности, что качественно отличает заявленный инструмент от известных.