СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА ИМПУЛЬСНОЙ СТРУЕЙ
METHOD OF PRODUCING ABRASIVE WHEEL BY WATER-ICE JET

Изобретение относится к технологии машиностроения, к механической обработке материалов связанным абразивом, к шлифованию и формированию периферийного рабочего режущего слоя шлифовального круга.
Известен способ и 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].
Известный способ и устройство имеют существенные недостатки: это узкие технологические возможности, так как конструкция устройства не позволяет регулировать параметры наносимого регулярного микрорельефа, не позволяет формировать рабочую поверхность, например, в виде винтовой режущей поверхности и т.п., способную интенсифицировать процесс шлифования, невысокое качество формирования рабочей поверхности шлифовального инструмента, невысокая стойкость обработанных поверхностей, низкая производительность и высокая величина получаемой шероховатости поверхности.
Задача изобретения - расширение технологических возможностей формирования на рабочей поверхности регулярного микрорельефа, 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 предлагаемым способом формирования шлифовального круга импульсной водяной струей, согласно которому устройству, содержащему корпус в виде втулки, сообщают продольную подачу вдоль оси вращающегося круга; устройство расположено по касательной к периферийной рабочей режущей поверхности круга, причем в центральном ступенчатом отверстии корпуса с одного торца расположена струеформирующая насадка, в центральной части корпус имеет поперечное отверстие для подвода через штуцер и трубопровод воды высокого давления, а с другого торца в корпусе расположен шток с коническим наконечником, контактирующий с конической поверхностью отверстия корпуса, причем шток имеет кулачковый привод продольного перемещения, размещенный во втулке, которая установлена на корпусе на резьбе, при этом привод состоит из возвратной пружины, кулачка, поперечно расположенной оси, шарнирно связанной со штоком, и электродвигателя, позволяющий прерывание потока воды за счет возвратно-поступательного движения штока с наконечником.
Особенности предлагаемого способа поясняются чертежами.
На фиг.1 показана схема правки по образованию и формированию регулярного микрорельефа на периферии шлифовального круга предлагаемым способом, общий вид с торца шлифовального круга; на фиг.2 - гидроимпульсное устройство, реализующее предлагаемый способ, продольный разрез, шток с наконечником в положении «открыто» для прохождения потока воды в струеформирующую насадку; на фиг.3 - гидроимпульсное устройство, продольный разрез, шток с наконечником в положении «закрыто» прерывание потока воды к струеформирующей насадке; на фиг.4 - вид по А на фиг.2, кулачок в положении «открыто»; на фиг.5 - вид по Б на фиг.3, кулачок в положении «закрыто»; на фиг.6 - вид по В на фиг.1, общий вид на периферийную поверхность круга с нанесенным регулярным микрорельефом; на фиг.7 - разрез по Г-Г на фиг.6; на фиг.8 - разрез по Д-Д на фиг.7.
Предлагаемый способ, который реализуется устройством 1, предназначен для формирования регулярного микрорельефа на периферийной рабочей поверхности шлифовального круга 2, позволяет снизить вероятность образования прижогов и микротрещин на шлифуемой кругом заготовки (не показана). Формирование регулярного микрорельефа шлифовального круга производится импульсной водяной струей высокого давления (до 400 МПа).
Устройство, работающее по предлагаемому способу, содержит корпус 3, который имеет возможность перемещения вдоль оси вращения круга 2 и расположен по касательной к периферийной рабочей режущей поверхности круга 2.
В центральном ступенчатом продольном отверстии корпуса 3 с одного торца расположена струеформирующая насадка 4, которая крепится накидной гайкой 5 к резьбовой втулке 6, которая, в свою очередь, ввернута в центральное отверстие корпуса 3.
В средней части корпуса 3 имеется поперечное отверстие для подвода через штуцер 7 и трубопровод 8 воды высокого давления (до 400 МПа).
С другого торца в центральном отверстии корпуса 3 расположен шток 9 с коническим наконечником 10, который контактирует с конической поверхностью отверстия корпуса.
Шток 9 имеет кулачковый привод продольного перемещения, размещенный во втулке 11, которая установлена и закреплена на корпусе 3 с помощью резьбы. Привод состоит из возвратной пружины 12, кулачка 13 и поперечно расположенной оси 14. Ось 14, на которой жестко закреплен кулачок 13, шарнирно связана со штоком 9. Кулачок 13 представляет собой цилиндрический диск, с эксцентрически смещенной относительно оси 14, осью.
Кулачок 13 опирается на внутреннюю поверхность поперечного отверстия во втулке 11, так что при вращении оси 14 последняя будет возвратно-поступательно перемещаться вдоль оси втулки 11.
K
Ось 14 приводится во вращение со скоростью V, например, электродвигателем (не показан), который присоединяется к четырехгранному наконечнику 15 оси 14 с помощью муфты (не показана).
Уплотнение 16 высокого давления обеспечивает герметизацию полости высокого давления внутри корпуса.
Такая конструкция привода продольного перемещения штока с коническим наконечником позволяет прерывать поток воды высокого давления и импульсной струей 17 воздействовать на шлифовальный круг с целью получения регулярного микрорельефа (см. фиг.6-8). Движение наконечника 10 вверх, согласно фиг.2-3, осуществляется за счет кулачка 13, получающего момент вращения от электродвигателя (не показан), а движение вниз - за счет возвратной пружины 12.
Источник воды высокого давления представляет собой агрегат, состоящий из приводной насосной станции, повысителя давления мультипликаторного типа и системы подачи воды (не показаны).
Все элементы устройства, подверженные существенным динамическим и термическим нагрузкам (струеформирующая насадка, конический наконечник, внутренняя поверхность корпуса и др.), изготовлены из твердого сплава, а также имеют возможность быстрой замены.
Подготовка устройства для импульсного формирования регулярного микрорельефа к работе по предлагаемому способу заключается в следующем.
Устройство устанавливается, например, на суппорте токарного станка. Шлифовальный круг 2 на оправке закрепляется в шпинделе, например с помощью трехкулачкового патрона (не показан).
ШК
ПР
Задают вращение шлифовальному кругу 2 со скоростью V. При подаче высоконапорной водяной импульсной струи давлением ~400 МПа будет начинаться процесс формирования на периферийной поверхности шлифовального круга 2 регулярного микрорельефа в виде изолированных мелкоячеистых углублений эллипсовидной формы (см. фиг.6). Для равномерного нанесения рельефа на всю поверхность круга устройство в процессе формирования периодически или непрерывно смещают в продольном направлении с осевой подачей S.
Предлагаемый способ и устройство позволяют регулировать параметры формируемого регулярного микрорельефа на рабочей поверхности шлифовального круга в зависимости от условий обработки, давления жидкости, текущего диаметра шлифовального круга и его характеристики, что позволяет при работе шлифовальным кругом существенно снижать температурно-силовую напряженность процесса шлифования.
Заявляемый способ и его техническое решение позволяют:
- производить формирование регулярного макрорельефа на поверхности шлифовального круга без дефектного слоя и износа правящего инструмента;
- исключить пылевыделение при работе правящего инструмента.
РЕЗ
РЕЗ
Обработка показала, что параметр шероховатости обработанных сформированным шлифовальным кругом поверхностей уменьшился до значения 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 формирования регулярного макрорельефа на рабочей поверхности круга была разработана специальная установка источника воды высокого давления. Источник воды высокого давления представляет собой агрегат, состоящий из масляной приводной насосной станции, повысителя давления мультипликаторного типа и системы подачи воды (не показаны).
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 водоимпульсное устройство. 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;
- масса стендовой установки (без учета рабочих жидкостей) - 480 кг;
- электродвигатель привода вращения кулачка мощностью - 0,4 кВт с терристорным регулятором скорости.
Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, шлифованного кругами, сформированными предлагаемым способом и разработанным 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=0,30 мм.
РЕЗ
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 сформированным регулярным микрорельефом, имеющим размеры: глубина - 3 мм; ширина - 8 мм; длина - 16 мм (см. фиг.6-8), марка круга - ПП 14А25ПСМ2 7К1А 35 м/с; диаметр нового круга 450 мм, ширина круга 80 мм. Обрабатывали заготовки «корпуса» 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 штукам) бракованных деталей не обнаружено. Отклонение обработанной поверхности от плоскости составило не более 0,02 мм, что допустимо ТУ.
Предлагаемый способ 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.