ПРИТИР ДЛЯ ДОВОДКИ КОНИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к технологии высокоточной механической обработки конических отверстий, например изготовлению и ремонту конических уплотняющих фасок наплавленных седел трубопроводной арматуры.
Известен притир для доводки конических поверхностей по а.с. СССР №704770 В 24, В 37/02, от 08.08.77, в котором имеется направляющая и рабочая части, причем направляющая часть выполнена из материала с высоким модулем упругости, рабочая часть с низким модулем упругости, кроме того, рабочая и направляющая части снабжены коническим отверстием и посадочной поверхностью, а конусность задана соотношениями.
Недостатками данного притира являются невысокая точность обработки, и быстрый износ рабочей части, связанные с недостаточными по величине модулем упругости и твердостью в месте соприкосновения с притираемой поверхностью, приводящие к деформации и быстрому образованию вытертого пояска (выработки). Это приводит к нарушению геометрических и угловых характеристик рабочей поверхности притира, и в свою очередь ведет к снижению качества обработки поверхности конического отверстия.
Известен притир по а.с. СССР №1102666 В 24 В 37/02, от 07.12.81, содержащий цилиндрический стержень с опорными колодками из эластичного абразивосодержащего материала, рабочую коническую поверхность с абразивным покрытием, на которой нанесены перекрещивающиеся канавки для подачи и удержания рабочей среды в зоне обработки.
Недостатком данного притира является невысокая точность обработки и формообразования требуемой конической поверхности вследствие влияния износа опорных колодок, одновременно обрабатывающих и направляющих притир в цилиндрическом канале.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа притир (Масловский В.В. Технология обработки на доводочно-притирочных станках: Учебник для подготовки рабочих на производстве. - 3-е изд., перераб. - М.: Высш. Школа, 1979. - с.113, рис.55а), содержащий шток и коническую деталь, на которую плотно насажена коническая рубашка.
Недостатками данного притира являются следующие:
- невысокий модуль упругости материала рубашки притира;
- недостаточная износостойкость материала рубашки притира, приводящая к нестабильности геометрических и угловых характеристик конической рабочей поверхности рубашки притира;
- недостаточная шаржируемость рабочей поверхности притира, что увеличивает трудоемкость обработки конических поверхностей, например уплотняющих фасок наплавленных седел трубопроводной арматуры.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является увеличение твердости и упругости материала рабочей поверхности притира для сохранения притиром правильной конической формы в процессе обработки конических поверхностей, а также достижение необходимой шаржируемости рабочей поверхности притира для снижения трудоемкости процесса обработки.
Указанная задача решается за счет того, что в притире для доводки конических отверстий, содержащем шток, коническую деталь с плотно насаженной конической рубашкой, коническая рубашка состоит из поликристаллических нитей карбида кремния β-SiC, установленных перпендикулярно продольной оси притира и пропитанных пластичным наполнителем, и расположена в нижней части конической детали, в специально выполненном коническом уступе, образующая которого параллельна образующей конической детали, и в верхней части имеет упорную поверхность, причем верхний торец конической рубашки имеет поверхность, ответную упорной поверхности уступа.
Точность обработки притиром с рубашкой определяется твердостью и упругостью материала рубашки, поскольку при недостаточной ее упругости и твердости, неизбежно возникающие деформации рабочей поверхности приведут к снижению точности обработки конических отверстий и к необходимости исправления погрешностей геометрической формы притира.
Интенсивность изнашивания при абразивной обработке (микрорезании) определяется (Машиностроение. Энциклопедия в сорока томах./ Ред. совет: К.В.Фролов и др. - М.:
Машиностроение. Стали. Чугуны. T.II-2 / Г.Г.Мухин, А.И.Беляков, Н.Н.Александров и др. Под общ. ред. О.А.Банных и Н.Н.Александрова. 2001 г., с.216.) с помощью основного уравнения изнашивания:
h
где I - интенсивность абразивного изнашивания (микрорезания) при однократном нагружении;
С - коэффициент, характеризующий геометрию контактной поверхности;
a
А - номинальная площадь контакта;
r
А - фактическая площадь контакта;
h - глубина внедрения;
R - радиус кривизны у вершины неровности;
a
Р - номинальное давление на контактной поверхности;
r
P - фактическое давление, определяемое пятнами контактов.
Величина h/R возрастает при увеличении шероховатости поверхности и нагрузки (давления) на контактной поверхности, и уменьшается при увеличении твердости и модуля упругости Е (модуля Юнга) материала.
Отсюда можно сделать вывод, что при увеличении твердости и модуля упругости материала рубашки притира его износостойкость повышается, и правильная коническая форма сохраняется дольше, (образование вытертого пояска происходит позже).
Однако высокоупругие материалы обладают плохой шаржируемостью, т.е. плохой способностью к удержанию твердых абразивных кристаллов на поверхности рубашки, что ведет к увеличению трудоемкости процесса притирания (снижению производительности). Поэтому рубашка заявляемого притира выполнена из композиционного материала с высокой упругостью и твердостью, а высокая шаржируемость обеспечивается за счет углублений между расположенными перпендикулярно оси притира нитями из поликристаллического карбида кремния β-SiC.
На фиг.1 представлен предлагаемый притир в сборе.
На фиг.2 представлен предлагаемый притир в сборе, установленный в обрабатываемом коническом отверстии наплавленного седла трубопроводной арматуры.
На фиг.3 показано сечение предлагаемого притира.
Притир для доводки конических отверстий, состоит из штока 1, рукоятки для управления 2, верхней направляющей втулки 3, нижней направляющей втулки 4, насадного притира 5, на скользящей посадке одетого на шток 1 и упирающегося в буртик
6, фиксирующего паза 7, поперечного штифта 8, охранного резинового кольца 9, шайбы 10 и гайки 11. Фиксирующий от поворота паз 7, поперечный штифт 8, шайба 10 и гайка 11 образуют узел крепления насадного притира.
На рабочей конической поверхности насадного притира 5 выполнен конический уступ 12, образующая которого параллельна исходной образующей насадного притира 5, а упорная поверхность 13 составляет с образующей угол, меньший, либо равный прямому. На коническую поверхность 14 уступа 12, называемую посадочной, одета рубашка 15, представляющая собой спрессованную из поликристаллических нитей карбида кремния с титановым наполнителем тонкостенную коническую оболочку. Эта тонкостенная рубашка 15 плотно фиксируется на посадочной поверхности 14 конического уступа 12 насадного притира 5, например, с помощью клеевого состава на основе эпоксидной смолы, таким образом, что ее верхний торец имеет поверхность, ответную упорной поверхности 13, и плотно касается упорной поверхности 13 насадного притира 5. После приклеивания внешняя поверхность рубашки 15 с помощью шлифования алмазным инструментом выполняется параллельной исходной образующей конической рабочей поверхности притира, при этом отчетливо проявляется структура карбидокремниевых нитей, необходимых для хорошей шаржируемости. Верхняя направляющая втулка 3 центрирует шток 1 в канале 16 корпуса 17 арматуры, при этом нижняя направляющая втулка 4 центрирует шток 1 в проточном канале 18 корпуса 17 арматуры, тем самым, обеспечивая плотное прилегание внешней поверхности рубашки 15 к уплотняющей фаске седла 19 трубопроводной арматуры.
Поликристаллические волокна из карбида кремния β-SiC (Итоги науки и техники. Серия Композиционные материалы. Том 3. Научный редактор к.т.н. Л.П.Кобец., Москва, 1988, с.12) имеют модуль упругости Е~450 ГПа, что существенно больше упругих характеристик чугунов и легированных сталей (Е~22 ГПа). Диаметр этих волокон не превышает 1 мкм, длина 100 мкм.
Выполненная из нитей карбида кремния, ориентированных перпендикулярно продольной оси рубашки 15, заготовка рубашки 15 притира должна обладать достаточной пластичностью, для этого она подвергается компрессионному пропитыванию пластичным наполнителем, например легированным кремнием жидким титаном, после чего заготовку последовательно прессуют в холодном и горячем состоянии в вакууме (там же, с.53, с.85). При этом толщина слоя продуктов взаимодействия нитей с пластичным титановым наполнителем, или т.н. переходная область из силицидов титана, по величине должна быть порядка 2 мкм (там же, с.85, последний абзац), чтобы не допустить соприкосновения нитей β-SiC, что приводит к их хрупкому разрушению. Отсюда следует,
что объемная допустимая концентрация нитей поликристаллического карбида кремния β-SiC в материале рубашки 15 притира для предотвращения ее хрупкого разрушения не должна превышать 25-30% (там же, с.56). При этом оптимальная толщина рубашки 15 притира, исходя из невысокой теплопроводности материала, из которого она изготовлена, не должна превышать 2-3 мм.
Притир работает следующим образом. После нанесения абразивной пасты, например алмазной или из карбида титана (типа КТ по ТУ 2-037-273-88) на рабочую поверхность равномерно по всей длине рубашки 15 из поликристаллических нитей карбида кремния, притир опускается (вставляется) в канал 16 корпуса 17 арматуры. При этом верхняя направляющая втулка 3 плотно прижимается к верхней поверхности (фланцу) корпуса арматуры 17, нижняя направляющая втулка 4 вставляется в проточный канал 18, а насадной притир 5 вместе с рубашкой 15 плавно опускается вниз до соприкосновения с конической фаской седла 19. Притиру сообщают вращательное движение, при этом осевое усилие прижима должно быть таким, чтобы в зоне обработки конических поверхностей притира и фаски седла давление не превышало 0.05-0.1 МПа.
Выполнение рубашки 15 насадного притира 5 из материала с высоким модулем упругости (модулем Юнга) и высокой твердостью, позволяет снизить деформации притирающей поверхности непосредственно в зоне обработки, что ведет к повышению точности обрабатываемых конических поверхностей уплотняющих фасок наплавленных седел трубопроводной арматуры.
Кроме того, выполнение рубашки 15 из материала с высоким модулем упругости и твердости позволяет существенно повысить износостойкость притира, что ведет к длительному сохранению притиром правильной конической формы и тем самым к обеспечению стабильно высокой точности обработки конических поверхностей, в итоге приводящее к повышению качества обработки, например уплотняющих фасок наплавленных седел трубопроводной арматуры.
Выполнение притирающей поверхности рубашки 15 с горизонтально расположенными нитями позволяет увеличить шаржируемость и более длительное время удерживать абразивную среду в зоне обработки конического отверстия, препятствуя ее отеканию вниз под действием силы тяжести, что ведет к снижению трудоемкости процесса обработки конических отверстий, например, уплотняющих фасок наплавленных седел трубопроводной арматуры.
Таким образом, притир для доводки конических поверхностей позволяет увеличить твердость, упругость и шаржируемость рабочей поверхности, что в свою очередь позволяет увеличить точность и качество обработки конических поверхностей путем
обеспечения стабильной высокой точности обработки за счет сохранения притиром правильной конической формы и повышения его износостойкости, а также снижения трудоемкости процесса обработки.