УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА ВОДОЛЕДЯНОЙ СТРУЕЙ
DEVICE TO PRODUCE ABRASIVE WHEEL BY ICE-WATER JET

Изобретение относится к технологии машиностроения, к механической обработке материалов связанным абразивом, к шлифованию и формированию периферийного рабочего режущего слоя шлифовального круга водоледяным инструментом.
Известно устройство, содержащее корпус с двумя подшипниковыми опорами, приводной диск с фрикционным покрытием, жестко закрепленный на валу, который установлен в подшипниковых опорах корпуса, правящий инструмент, соединенный с приводным диском, и неподвижную гайку, установленную соосно подшипниковым опорам корпуса, при этом вал выполнен с резьбовым хвостовиком, находящимся в контакте с гайкой, причем правящий инструмент представлен в виде тонкой сверхзвуковой высоконапорной струи жидкости, истекающей из невращающегося сопла, жестко связанного с подводящим каналом, расположенным во втулке, ось которой эксцентрична оси вращения приводного диска, в котором также эксцентрично расположены подшипники качения, связывающие втулку и приводной диск с возможностью их относительно вращательного и возвратно-поступательного радиального перемещения [1].
Известное устройство имеет существенные недостатки: это узкие технологические возможности, так как конструкция устройства не позволяет регулировать параметры наносимого регулярного микрорельефа, невысокое качество формирования рабочей поверхности шлифовального инструмента, невысокая стойкость обработанных поверхностей, низкая производительность и высокая величина получаемой шероховатости поверхности, кроме того, устройство не позволяет формировать рабочую поверхность в виде винтовой режущей поверхности, способной интенсифицировать процесс шлифования.
Задача изобретения - расширение технологических возможностей формирования на рабочей поверхности регулярного макрорельефа, обеспечивающего снижение вероятности образования прижогов на обрабатываемой заготовке, повышение качества изделий и надежности работы инструмента, а также снижение трудоемкости процесса, снижение себестоимости изготовления, повышение производительности обработки, стойкости и снижение величины шероховатости обработанных поверхностей.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для формирования винтовой канавки на периферийной рабочей поверхности шлифовального круга водоледяной струей, характеризующегося тем, что содержит корпус с камерой смешения, внутри которой, на ее продольной оси, расположена водяная струеформирующая насадка, питаемая водой высокого давления через штуцер и трубопровод, и в которую через свой штуцер и трубопровод подается жидкий азот, частицы которого увлекаются водяной струей высокого давления с возможностью образования ледяных частиц для окончательного формирования суспензионной водоледяной струи.
Особенности конструкции и работы предлагаемого устройства поясняются чертежами.
На фиг.1 показана схема правки по образованию и формированию винтовой канавки предлагаемым устройством, общий вид с торца шлифовального круга; на фиг.2 - вид по А на фиг.1, общий вид сверху на шлифовальный круг; на фиг.3 - вид слева по Б на фиг.1; на фиг.4 - водоледяной инструмент, продольный разрез.
Предлагаемое устройство предназначено для формирования винтовой канавки 1 с углом наклона α, на периферийной рабочей поверхности шлифовального круга 2, позволяющей снизить вероятность образования прижогов и микротрещин на шлифуемой кругом заготовке (не показана).
пр
к
Устройство имеет возможность продольного перемещения S вдоль оси круга 2, равного шагу t формируемой винтовой канавки 1 за один оборот шлифовального круга 2, который вращается со скоростью V. Корпус 3 устройства расположен таким образом, что его продольная ось является касательной к периферийной рабочей режущей поверхности круга 2 и наклонена под углом α, равным углу наклона формируемой винтовой линии.
В корпусе 3 расположена камера смешения 4, внутри которой на ее продольной оси располагается водяная струеформирующая насадка 5. Насадка 5 питается водой высокого давления через штуцер 6 и трубопровод 7.
Одновременно в камеру 4 через свой штуцер и трубопровод 8 подается жидкий азот. В камере смешения 4 частицы жидкого азота увлекаются водяной струей высокого давления и попадают в выходной патрубок 9 с возможностью образования ледяных частиц, где окончательно формируется суспензионная водоледяная струя 10.
Источник воды высокого давления представляет собой агрегат, состоящий из приводной насосной станции, повысителя давления мультипликаторного типа и системы подачи воды (не показаны).
Установка подачи жидкого азота (не показана) состоит из сосуда Дьюара, в котором находится запас жидкого азота, системы дозирования жидкого азота дроссельного типа и соединительных трубопроводов, обеспечивающих подачу жидкого азота в камеру смешения.
Все элементы водоледяного инструмента, подверженные существенным динамическим и термическим нагрузкам (струеформирующая насадка, камера смешения, выходной патрубок) изготовлены из твердого сплава, а также имеют возможность быстрой замены.
Подготовка устройства для формирования винтовой канавки на периферийной рабочей поверхности шлифовального круга водоледяной струей к работе и его работа заключаются в следующем.
Устройство устанавливается, например, на суппорте токарного станка. Шлифовальный круг 2 на оправке закрепляется в шпинделе с помощью трехкулачкового патрона (не показан).
к
ж
Затем задают вращение шлифовальному кругу 2 со скоростью V. При подаче высоконапорной водоледяной струи давлением Р будет начинаться процесс формирования на периферийной поверхности шлифовального круга 2 регулярного макрорельефа - винтовой канавки глубиной l и шагом t. Формирование винтовой канавки может производиться как за один проход, так и за несколько проходов в зависимости от величины толщины струи и размеров поперечного сечения канавки.
Предлагаемое устройство позволяет регулировать параметры формируемой винтовой канавки на рабочей поверхности шлифовального круга 2 в зависимости от условий обработки, давления жидкости, текущего диаметра шлифовального круга 2 и его характеристики, что позволяет при работе шлифовальным кругом существенно снижать температурно-силовую напряженность процесса шлифования.
Заявляемое техническое решение позволяет:
- производить формирование регулярного макрорельефа на поверхности шлифовального круга без дефектного слоя и износа правящего инструмента;
- исключить пылевыделение при работе правящего инструмента.
Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных сформированным шлифовальным кругом поверхностей уменьшился до значения
peз
peз
Ra=0,15…0,32 мкм при исходном - Ra=3,2…6,3 мкм, которое проводилось при скорости V=35 м/с (при традиционном шлифовании сплошными кругами - Ra=0,32…0,63 мкм), производительность повысилась более чем в два раза по сравнению с традиционным шлифованием, которое проводилось при скорости V=25 м/с.
Для проведения экспериментальных исследований по изучению влияния основных действующих факторов на показатели процесса водоледяного формирования рабочей поверхности круга была разработана специальная установка, состоящая из трех основных частей: источника воды высокого давления, водоледяного инструмента, установки подачи жидкого азота.
Источник воды высокого давления представляет собой агрегат, состоящий из масляной приводной насосной станции, повысителя давления мультипликаторного типа и системы подачи воды (не показан).
Масляная приводная насосная станция предназначена для питания потребителя - повысителя давления гидравлической энергией масляного потока и представляет собой смонтированные на общей раме асинхронный электродвигатель, приводящий во вращение аксиально-поршневой насос переменной подачи, маслобак, элементы гидроуправления и автоматики, объединенные между собой при помощи гидромагистралей. Конструкция приводной насосной станции обеспечивает подачу потока рабочей жидкости - гидравлического масла с давлением до 32 МПа и расходом до 90 л/мин.
Повыситель давления представляет собой двухсторонний гидроцилиндр, обеспечивающий преобразование низкого давления масла на входе в высокое давление воды на выходе. Коэффициент мультипликации используемого повысителя давления составляет 7 единиц. Реверсирование движения поршня - штока осуществляется при помощи гидроуправления.
Нагнетание высоконапорной воды осуществляется попеременно правой и левой полостью через напорные клапаны в общий трубопровод высокого давления. От повысителя давления высоконапорная вода поступает в аккумулятор высокого давления, предназначенный для сглаживания пульсации давления, и далее в водоледяной инструмент. Для питания повысителя давления водой низкого давления, заполняющей полости повысителя через всасывающие клапаны, используется специальная насосная установка низкого давления или водопроводная сеть.
Основные технические характеристики стендовой установки:
- давление высоконапорной воды - до 400 МПа;
- диаметр струеформирующей насадки - 0,0020; 0,005; 0,0080 м;
- суммарная мощность электродвигателей стендовой установки - 40 кВт;
- соотношение диаметра выходного патрубка и струеформирующей насадки - 5;
- масса стендовой установки (без учета рабочих жидкостей) - 480 кг.
Установка подачи жидкого азота (не показана) состоит из сосуда Дьюара, в котором находится запас жидкого азота, системы дозирования жидкого азота дроссельного типа и соединительных трубопроводов, обеспечивающих подачу жидкого азота к водоледяному инструменту. Все элементы установки подачи жидкого азота имеют термоизолирующее покрытие для уменьшения интенсивности теплообмена с окружающей средой и предотвращения обледенения трубопроводов и других элементов установки.
Для изучения влияния геометрических параметров камеры смешивания на показатели насыщения струи ледяными частицами предусмотрена возможность изменения внутреннего ее диаметра и длины камеры посредством закладных втулок (см. фиг.4).
Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, шлифованного кругами, сформированными предлагаемым устройством, проведены экспериментальные исследования обработки «корпуса» с использованием сформированных и традиционных кругов. Заготовку «корпуса», установленную на магнитном столе станка, шлифовали на плоскошлифовальном станке мод. 3П722. Заготовка изготовлена из стали 40Х ГОСТ 1050-74. припуск на сторону - t=0,35 мм.
peз
пр
поп
-1
Обрабатывали корпус в размер по высоте 32,7±0,1; исходный параметр шероховатости Ra=3,2 мкм, достигнутый - Ra=0,63; шлифовальный круг со сформированной винтовой канавкой, имеющей размеры: глубина - l=8 мм; ширина - 8 мм; шаг - t=16 мм (см. фиг.2), марка круга - ПП 14А25ПСМ2 7К1А 35 м/с; диаметр нового круга 450 мм, ширина круга 80 мм. Обрабатывали заготовки на следующих режимах: скорость вращения круга V=35 м/с, (1500 мин); скорость продольного перемещения S=16 м/мин, поперечная подача круга S=15 мм/ход стола; подача на глубину на проход - 0,015 мм, смазывающе-охлаждающей технологической смесью, подаваемой в зону шлифования, служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).
м
м
баз
Требуемая шероховатость и точность плоской поверхности была достигнута за Т=1,75 мин (против Т =3,75 мин по базовому варианту при традиционной обработке шлифованием на Орловском сталепрокатном заводе ОСПАЗ). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68 и на профилометре мод. 283 тип АII ГОСТ 19300-86. В обработанной партии (равной 100 штук) бракованных деталей не обнаружено. Отклонение обработанной поверхности от плоскости составило не более 0,02 мм, что допустимо ТУ.
Предлагаемое устройство расширяет технологические возможности отделочной обработки поверхностей деталей машин, повышает качества изделий и надежность инструмента, снижает трудоемкость процесса благодаря обработке на повышенных режимах, снижает себестоимость изготовления, повышает производительность обработки, стойкость и снижает величину шероховатости обработанных поверхностей.
Источники информации
1. Патент РФ 2105656, В24В 53/12. Устройство для формирования шлифовального круга. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Бурнашов М.А., Селеменев М.Ф. Заявка №96110053/02. 21.05.96. 27.02.98. Бюл. №6.