СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ ПУСТОТЕЛЫХ ДЕТАЛЕЙ
METHOD CENTRIFUGAL ABRASIVE ALL-AROUND MACHINING OF HOLLOW PARTS

Изобретение относится к отделочно-зачистной объемной обработке деталей уплотненным шлифовальным материалом, и может быть использовано для финишной обработки наружных поверхностей пустотелых деталей, преимущественно сложной формы.
Для повышения качества поверхности путем объемной обработки деталей гранулированными рабочими средами широкое распространение получила обработка в контейнерах с планетарным вращением [1, 2]. Рабочей загрузке, которая состоит из гранул шлифовального материала и деталей, сообщают сложное пространственное движение, при котором происходит ее интенсивное пересыпание в объеме контейнера с образованием высокоскоростного скользящего слоя на поверхности уплотненной массы, что приводит к контактному взаимодействию и перемещению гранул по поверхности деталей. При различной плотности абразивных гранул и обрабатываемых деталей происходит проскальзывание гранул относительно поверхности деталей, что приводит к обработке последних.
Недостатками известных способов являются отсутствие стабильности обработки на различных участках профиля и формирование вблизи центра масс пересыпающейся уплотненной загрузки зоны относительного покоя, в которой проскальзывание гранул относительно поверхности деталей существенно замедляется или полностью прекращается. Поэтому некоторые детали, попавшие в эту зону, будут иметь нестабильное качество поверхности или могут оказаться вообще необработанными, что потребует их повторной обработки или ручной дополировки, а это приводит к увеличению трудоемкости отделочно-зачистной операции.
Наиболее близким заявляемому изобретению является способ центробежной абразивной обработки деталей по авторскому свидетельству №1627382 [3]. При этом способе контейнерам с рабочей загрузкой сообщают планетарное движение, а водилу, в гнездах которого смонтированы опоры, несущие контейнеры, переносное вращение вокруг оси, перпендикулярной оси водила, что приводит к дополнительному циклическому перемещению уплотненной массы рабочей загрузки вдоль осей цилиндрических контейнеров. Возникающий при переносном движении водила осевой импульс вызывает разрушение зоны относительного покоя, что позволяет выровнять условия обработки деталей, загруженных в контейнеры, повысить производительность и стабильность обработки поверхностей деталей.
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет эффективно обрабатывать пустотелые детали. Это связано с малой объемной плотностью подобных деталей, что приводит к эффекту «всплытия» деталей на поверхность уплотненной загрузки, а это препятствует контакту гранулированной среды с обрабатываемыми поверхностями.
т
Техническим результатом является уменьшение шероховатости поверхности и создание условий стабильной обработки пустотелых деталей, который достигается тем, что объемную плотность пустотелой детали увеличивают путем введения в полость детали технологического тела, массу m которого определяют по формуле
т
a
м
п
д
m≥ρ·(V+V)-m,
т
a
м
п
д
где m - масса тела, введенного во внутреннюю полость обрабатываемой детали; ρ - объемная плотность абразивного шлифовального материала (гранул); V - объем материала детали; V - объем внутренней полости детали; m - масса обрабатываемой детали.
Предлагаемый способ позволяет обеспечить погружение деталей в шлифовальный материал и относительное перемещение поверхностей деталей и абразивных гранул в зоне скользящего слоя в контейнерах с планетарным вращением, так как плотности материала деталей и гранул будут существенно отличаться. При погружении деталей в гранулированную абразивную среду достигается копирование профиля детали и обеспечивается необходимое для обработки контактное давление на различных участках детали сложной формы. Технология объемной обработки позволяет механизировать трудоемкие отделочно-зачистные операции без применения ручной дополировки и обеспечить стабильное качество поверхности по всему контуру детали вследствие ее многократного переориентирования при вращении в уплотненной массе гранул в объеме контейнера.
Технологических решений со сходными отличительными признаками по патентной и научно-технической литературе не обнаружено, следовательно, заявляемый способ обладает существенными отличиями.
На фиг.1 приведена схема движения рабочей загрузки с образованием скользящего слоя, а на фиг.2 - схема закрепления технологического тела в полости детали.
Способ объемной обработки пустотелых деталей осуществляется следующим образом.
1
2
3
Обрабатываемые детали 1 (фиг.1) загружают в цилиндрический контейнер 2 с гранулированным шлифовальным материалом 3. Заливают технологическую жидкость и герметично закрывают контейнер. Контейнерам сообщают планетарное движение с угловыми скоростями ω и ω вокруг осей водила 4 и контейнера 5, соответственно, а водилу, несущему контейнеры, дополнительно сообщают переносное вращение с угловой скоростью ω вокруг оси 6, перпендикулярной оси водила. При сложном вращении контейнера происходит уплотнение рабочей загрузки с образованием сегмента в поперечном сечении контейнера. При этом происходит пересыпание рабочей загрузки в объеме контейнера, а на ее поверхности формируется движущийся с высокой скоростью скользящий слой 7, состоящий из абразивных гранул и обрабатываемых деталей. В этом слое происходит наиболее интенсивная обработка деталей абразивными гранулами вследствие их проскальзывания относительно друг друга. Это проскальзывание происходит при существенном различии плотностей обрабатываемого материала и материала гранул.
пд
Пустотелые детали при центробежной обработке в контейнере с планетарным вращением "всплывают" на поверхность уплотненной загрузки и практически не обрабатываются. Для определения условий погружения предположим, что объем пустотелой детали равен объему монолитной детали. Тогда объем пустотелой детали V представим в виде
пд
м
п
V=V+V,
м
п
где V - объем материала детали, V - объем внутренней полости детали.
пд
Введем показатель средней плотности пустотелой детали ρ. Тогда
д
где m - масса обрабатываемой детали.
Способ установки и закрепления технологического тела 8 во внутренней полости детали 1 (фиг.2) зависит от размеров и формы этой полости. Например, закрепить технологическое тело можно с помощью винтов 9, расположенных "в распор". Для предотвращения истирания в процессе обработки головок винтов на них закрепляют резиновый чехол 10, например из резины.
После установки технологического тела среднюю плотность пустотелой детали определяют по выражению
т
где m - масса технологического тела, введенного во внутренний объем обрабатываемой детали.
Для эффективной обработки деталей с внутренними полостями для их погружения в гранулированную среду необходимо, чтобы выполнялось условие
пд
a
ρ≥ρ,
a
где ρ - объемная плотность абразивного шлифовального материала (гранул).
Поэтому массу технологического тела, которое вводят во внутреннюю полость детали, определяют из условия
или
т
a
м
п
д
m≥ρ·(V+V)-m.
Пример.
м
м
п
a
a
д
3
3
3
Обрабатывалась пустотелая головка клюшки для игры в гольф из титанового сплава ВТ 10. Объем материала V детали составил при толщине стенки t=3 мм, V=138,300 см, а объем пустот V=634,4 см. Обработка производилась призмами трехгранными абразивными марки ПТ15×15 на керамической связке. Объемная плотность ρ гранулированного абразивного материала составила ρ=1,61 г/см, а масса обрабатываемой детали m=260 г.
в
к
-1
-1
Обработка пустотелой детали при частоте вращения водила установки n=160 мин, частоте вращения контейнеров вокруг собственной оси n=276 мин, в течение 30 мин не обеспечило существенного изменения качества поверхности, так на ней отчетливо просматриваются дефекты литья, а также сетка линии от разгара кокиля.
Установим в полости пустотелой детали технологическое тело массой
т
m, рассчитанной из условия
т
a
м
п
д
m≥ρ·(V+V)-m,
или
т
m≥1,610·(138,3+634,4)-260
или
т
m≥984 г.
т
Принимаем m=1000 г.
При этом на одинаковых технологических режимах при обработке в течение 20 мин формируется однородная шероховатость наружной поверхности обрабатываемой пустотелой головки клюшки для игры в гольф с Ra=0.8…1.0 мкм, что соответствует техническим требованиям на изделие.
Источники информации
1. Masahisa Matsunaga, Hisamine Kobayashi. High Speed Surfage Finishing Method. United State Patent Office №3513604, U.S.Cl, 51-313, Ynt.Cl. B24B 1/100, Patented May 26, 1970.
2. Авт.свид. №992172 (СССР) М.кл. В24В 31/08. Способ абразивной центробежно-планетарной обработки деталей и устройство для его осуществления/И.Е.Бондаренко, С.И.Фишбейн, Р.А.Подтеребков, Е.И.Фишбейн. - Опубл. в БИ №4, 1983.
3. Авт.свид. №1627382 (СССР), М.кл. В24В 31/104. Способ обработки деталей и устройство для его осуществления / А.Н.Мартынов, В.З.Зверовщиков, А.Е.Зверовщиков, А.Т.Манько. - Опубл. в БИ №6, 1991.