RU2082563C1

RU2082563C1 - Method of registration of thin-walled workpiece in grinding and device for its embodiment

Info

Publication number: RU2082563C1
Application number: RU94014994A
Authority: RU
Original assignee: Ульяновский политехнический институт
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 1997-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; may be used in grinding of thin-walled workpieces on rest. SUBSTANCE: workpiece 3 is installed on rest 1 in form of adapter made of material with high heat conduction and coated with soft material 4. Adapter consists of separate magnetic cores fastened by holder. Workpiece is registered by the surface opposite to worked one, but actual contact is effected by several microsections (points). Gap A formed by depressions of profiles of roughness of contacting surfaces is of value equalling the sum of heights of profile roughness on ten points of both surfaces. Then, applied to the surface to be ground is load normal in direction to this surface and uniformly distributed over it. Load is sufficient for deformation of roughness of surface profile of rest by roughness of surface profile of workpiece opposite to worked one. In this case, roughness profiles of both surfaces become identical. Further on, load is released and workpiece in assembly with rest is subjected to grinding. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при шлифовании тонкостенных заготовок на упоре. The invention relates to mechanical engineering and can be used when grinding thin-walled blanks on the stop.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении повышения качества обработанных торцовых поверхностей тонкостенных пустотелых заготовок. The invention is aimed at solving the problem of improving the quality of machined end surfaces of thin-walled hollow billets.

Известен способ и устройство для окончательного шлифования заготовок с тонкими стенками [1] при котором в процессе обработки поверхности тонкой стенки СОЖ подают на заготовку изнутри на поверхность, противоположную обрабатываемой поверхности, за счет чего интенсифицируется отвод тепла. Однако это изобретение имеет существенные недостатки: при его использовании невозможно обеспечить высокую точность размеров и формы обработанной поверхности на операциях шлифования заготовок с тонкими стенками вследствие их нежесткости, обуславливающей значительные упругие отжатия под действием сил резания. Кроме того, теплопроводность водной СОЖ на 2-3 порядка ниже теплопроводности металла, что замедляет процесс отвода тепла от тонкой стенки, а это, в свою очередь способствует накоплению тепла в заготовке и, как следствие, вызывает нежелательные структурно-фазовые изменения в материале стенки. A known method and device for the final grinding of workpieces with thin walls [1] wherein in the process of processing the surface of a thin wall the coolant is fed to the workpiece from the inside to the surface opposite to the surface being treated, due to which heat dissipation is intensified. However, this invention has significant drawbacks: when using it, it is impossible to ensure high accuracy of the dimensions and shape of the treated surface in the grinding operations of workpieces with thin walls due to their non-rigidity, which causes significant elastic pressing under the action of cutting forces. In addition, the thermal conductivity of the aqueous coolant is 2-3 orders of magnitude lower than the thermal conductivity of the metal, which slows down the process of heat removal from the thin wall, and this, in turn, contributes to the accumulation of heat in the workpiece and, as a result, causes undesirable structural-phase changes in the wall material.

Известен способ, примененный в оправке для крепления тонкостенных заготовок при шлифовании [2] Сущность этого способа заключается в прокачивании жидкости через стык между поверхностью, противоположной обрабатываемой, и поверхностью упора, выполненного в виде жесткого стакана из материала с высокой теплопроводностью, на внешнем торце которого выполнены кольцевые и радиальные канавки, сообщающиеся с каналами для подвода и отвода СОЖ. A known method used in the mandrel for attaching thin-walled blanks during grinding [2] The essence of this method is to pump liquid through the joint between the surface opposite to the machined and the surface of the stop, made in the form of a rigid glass made of a material with high thermal conductivity, on the outer end of which is made annular and radial grooves in communication with the channels for supplying and removing coolant.

Недостатком этого аналога можно считать соединение избыточного давления СОЖ в подводящем канале, а следовательно, и на внешнем торце упора, что может привести к отжиму тонкостенной перегородки от этого торца. В результате увеличивается толщина промежуточного слоя СОЖ между заготовкой и упором. Это, в свою очередь, приведет к росту контактного термического сопротивления, а вместе с ним и теплонапряженности в тонкой стенке заготовки. Кроме того, качество изделия ухудшается еще и потому, что из-за того же отжатия тонкой стенки снижается точность формы ее поверхностей. The disadvantage of this analogue can be considered the connection of excess coolant pressure in the supply channel, and therefore on the external end face of the stop, which can lead to the squeezing of a thin-walled partition from this end. As a result, the thickness of the intermediate coolant layer between the workpiece and the stop increases. This, in turn, will lead to an increase in contact thermal resistance, and with it the heat stress in the thin wall of the workpiece. In addition, the quality of the product is deteriorating also because, due to the same squeezing of a thin wall, the accuracy of the shape of its surfaces decreases.

Еще одним недостатком аналога является невозможность его применения при обработке заготовок малых размеров из-за необходимости расположения внутри заготовки клинового устройства закрепления. Another disadvantage of the analogue is the impossibility of its use in the processing of workpieces of small sizes due to the need to locate a wedge fixing device inside the workpiece.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранный в качестве прототипа способ установки заготовки, применительно к упору в виде переходника, установленного на магнитной плите [3] Технологической базой в этом случае является внутренняя торцовая поверхность заготовки. The closest in technical essence to the invention is the method of installing the workpiece selected as a prototype, with reference to the stop in the form of an adapter mounted on a magnetic plate [3] The technological base in this case is the inner end surface of the workpiece.

У прототипа и изобретения имеются следующие сходные существенные признаки; упор выполнен в виде переходника из материала с высокой теплопроводностью. The prototype and the invention have the following similar essential features; the emphasis is made in the form of an adapter of a material with high thermal conductivity.

Недостатком прототипа является низкая эффективность теплоотвода с поверхности тонкостенной заготовки, противоположной обрабатываемой поверхности. The disadvantage of the prototype is the low efficiency of heat removal from the surface of a thin-walled workpiece opposite to the machined surface.

Указанный недостаток обусловлен тем, что контакт двух неровных поверхностей, имеющих определенную шероховатость (поверхности, противоположной обрабатываемой и поверхности упора), происходит фактически лишь по нескольким микроучасткам (точкам). This drawback is due to the fact that the contact of two uneven surfaces having a certain roughness (the surface opposite to the machined surface and the stop surface) occurs in fact only in a few micro-areas (points).

Цель изобретения повышение качества обработанных поверхностей заготовок за счет снижения контактного термического сопротивления между заготовкой и упором. The purpose of the invention is to improve the quality of the machined surfaces of the workpieces by reducing the contact thermal resistance between the workpiece and the focus.

Для достижения поставленной цели изобретение способ установки тонкостенной заготовки при шлифовании и устройство для его осуществления -содержит упор в виде переходника, выполненного из теплопроводного материала, отличающийся тем, что заготовку устанавливают на торец упора с нанесенным на него покрытием из мягкого теплопроводного материала, а к заготовке прикладывают усилие, достаточное для деформации выступов микронеровностей покрытия упора выступами микронеровностей заготовки. To achieve this goal, the invention, a method of installing a thin-walled workpiece during grinding and a device for its implementation, contains a stop in the form of an adapter made of heat-conducting material, characterized in that the workpiece is installed on the end face with a coating of soft heat-conducting material applied to it, and to the workpiece apply a force sufficient to deform the protrusions of the microroughnesses of the abutment coating with the protrusions of the microroughnesses of the workpiece.

По отношению к прототипу у изобретения имеются следующие отличительные признаки: в процессе установки заготовки на упор к ней прикладывают усилие, достаточное для деформации выступов микронеровностей покрытия упора выступами микронеровностей заготовки, а торец упора, предназначенный для установки заготовки имеет покрытие из мягкого теплопроводного материала. In relation to the prototype, the invention has the following distinctive features: during the installation of the workpiece against the stop, a sufficient force is applied to it to deform the protrusions of the micro-irregularities of the coating of the stop with the protrusions of the micro-irregularities of the workpiece, and the end face intended for installing the preform has a coating of soft heat-conducting material.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: в ходе установки с более твердой поверхности заготовки снимается реплика (отпечаток). При этом профиль поверхности покрытия упора становится близким к профилю контактирующей с ним заготовки. Это приводит к увеличению площади фактического контакта и вытеснению значительной части теплоизолирующей прослойки воздуха или любой другой среды, находящейся в стыке. Последнее обстоятельство и обеспечивает снижение контактного термического сопротивления. Between the distinguishing features and the purpose of the invention there is the following causal relationship: during installation, a replica (imprint) is taken from a harder surface of the workpiece. In this case, the surface profile of the stop coating becomes close to the profile of the workpiece in contact with it. This leads to an increase in the area of actual contact and the displacement of a significant part of the insulating layer of air or any other medium located at the junction. The latter circumstance provides a decrease in contact thermal resistance.

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в машино- и приборостроении при шлифовании тонкостенных заготовок с получением технического результата, заключающегося в снижении контактного термического сопротивления стыка заготовка упор, обуславливающего достижение поставленной цели повышение качества обработанной поверхности тонкостенных заготовок. The set of essential features characterizing the essence of the invention, in principle, can be repeatedly used in machine and instrument engineering when grinding thin-walled blanks to obtain a technical result, which consists in reducing the contact thermal resistance of the joint, the blank emphasis, which determines the achievement of the goal, improving the quality of the processed surface of thin-walled blanks.

На фиг. 1 изображено устройство для установки заготовки при шлифовании; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 увеличенное изображение стыка "поверхность заготовки, противоположная обрабатываемой поверхность упора" до приложения усилия к заготовке; на фиг. 4 тот же стык после приложения усилия к заготовке. In FIG. 1 shows a device for mounting a workpiece during grinding; in FIG. 2, section AA in FIG. one; in FIG. 3 is an enlarged image of the joint "workpiece surface opposite to the machined stop surface" before applying force to the workpiece; in FIG. 4 the same joint after applying force to the workpiece.

Способ установки тонкостенных заготовок при шлифовании и устройство для его осуществления могут быть реализованы с помощью упора 1 в виде переходника от магнитной плиты 2 станка к заготовке 3, выполненного из материала с высокой теплопроводностью, покрытого более мягким материалом 4. The method of installing thin-walled workpieces during grinding and the device for its implementation can be implemented using the stop 1 in the form of an adapter from the magnetic plate 2 of the machine to the workpiece 3 made of a material with high thermal conductivity, coated with a softer material 4.

Переходник состоит из отдельных магнитопроводов 6 по числу полюсов магнитной плиты 2, попавших в сопряжение переходник плита. Магнитопроводы скреплены между собой обоймой 5. The adapter consists of individual magnetic cores 6 according to the number of poles of the magnetic plate 2, caught in the pair adapter adapter. Magnetic cores are fastened together by a clip 5.

Процесс установки заготовки на упор целесообразно осуществить следующим образом. Заготовку устанавливают на упор, при этом ее базирование происходит по поверхности, противоположной обрабатываемой, но фактический контакт происходит по нескольким микроучасткам (точкам) (фиг. 3). Зазор А, образованный впадинами профилей шероховатостей контактирующих поверхностей, имеет величину, численно равную сумме высот неровностей профилей по десяти точкам обеих поверхностей:
A=R_z1+R_z2.The process of setting the workpiece in focus is expediently carried out as follows. The workpiece is set to a stop, while its basing occurs on the surface opposite to the workpiece, but the actual contact occurs along several micro-sites (points) (Fig. 3). The gap A, formed by the troughs of the roughness profiles of the contacting surfaces, has a value numerically equal to the sum of the heights of the roughness of the profiles at ten points on both surfaces:
A = R _z1 + R _z2 .

Затем к поверхности, подлежащей обработке, прикладывается нормальная по направлению к этой поверхности и равномерно распределенная по ней нагрузка, достаточная для деформации выступов профиля поверхности упора выступами профиля шероховатости поверхности заготовки, противоположной обрабатываемой. При этом профили шероховатости обеих поверхностей становятся идентичными (фиг. 4). Далее нагрузка снимается, а заготовка в сборе с упором подвергается обработке. Then, a load normal to the surface and uniformly distributed over it is applied to the surface to be processed, sufficient to deform the protrusions of the abutment surface profile with the protrusions of the surface roughness profile of the workpiece opposite to the workpiece. In this case, the roughness profiles of both surfaces become identical (Fig. 4). Further, the load is removed, and the workpiece assembly with emphasis is processed.

Согласно второму пункту формулы изобретения в устройстве упор 1 имеет покрытие 4 из более мягкого материала. Это позволяет снизить усилие во столько раз, во сколько предел текучести покрытия меньше предела текучести материала упора. В свою очередь, последнее обстоятельство исключает появление остаточной деформации упора, снижающей точность размеров, формы и расположения поверхностей обработанной заготовки. According to the second claim in the device, the stop 1 has a coating 4 of softer material. This allows you to reduce the effort so many times, how much the yield strength of the coating is less than the yield strength of the stop material. In turn, the latter circumstance precludes the appearance of permanent deformation of the stop, which reduces the accuracy of the size, shape and location of the surfaces of the processed workpiece.

В процессе работы магнитное поле плиты станка, передаваемое переходником, удерживает заготовку на упоре. Тепло, выделяющееся в зоне резания, передается в тонкостенную заготовку и далее через стык заготовка покрытие упора передается в массивный упор, чему не препятствует минимальное термическое сопротивление вышеупомянутого стыка. In the process, the magnetic field of the machine plate, transmitted by the adapter, holds the workpiece on the stop. The heat generated in the cutting zone is transferred to a thin-walled workpiece and then through the workpiece joint, the stop coating is transferred to a massive stop, which is not impeded by the minimum thermal resistance of the aforementioned joint.

Эффективность изобретения подтверждается следующим расчетом. The effectiveness of the invention is confirmed by the following calculation.

Контактное термическое сопротивление стыка заготовки с упором складывается из сопротивления зазора и термического сопротивления покрытия. В свою очередь, первое слагаемое состоит из сопротивления газожидкостного зазора и сопротивления мест фактического контакта двух поверхностей. Однако последним, вследствие незначительности, можно пренебречь. Таким образом, общее термическое сопротивление стыка можно определить по формуле (Шлыков Ю.П. и др. Контактное термическое сопротивление. М. Энергия, 1977, с. 17,293). The contact thermal resistance of the joint of the workpiece with the emphasis consists of the resistance of the gap and the thermal resistance of the coating. In turn, the first term consists of the resistance of the gas-liquid gap and the resistance of the places of actual contact of the two surfaces. However, the latter, due to insignificance, can be neglected. Thus, the total thermal resistance of the joint can be determined by the formula (Shlykov Yu.P. et al. Contact thermal resistance. M. Energy, 1977, p. 17,293).

где R_z1, R_z2 высота неровностей профиля по десяти точкам контактирующих поверхностей соответственно покрытию упора и заготовки, м;
δ толщина покрытия, м;
l_c, λ_п коэффициент теплопроводности, соответственно, газожидкостной среды в зазоре и покрытия, Вт/(м•К);
Y относительная величина.

where R _z1 , R _{z2 the} height of the irregularities of the profile at ten points of the contacting surfaces, respectively, the coating of the stop and the workpiece, m;
δ coating thickness, m;
l _c , λ _p coefficient of thermal conductivity, respectively, of a gas-liquid medium in the gap and coating, W / (m • K);
Y is a relative value.

После приложения нагрузки первое слагаемое в формуле (1) уменьшается до нуля. Тогда

Снижение термического сопротивления определяется:

Таким образом, при любом сочетании всех параметров в формуле (3) коэффициент К>1. Пример: R_z1=R_z2=10 мкм; δ=20 мкм; Y=1,5; теплопроводность водной СОЖ l_c= 0,386 Вт/(м•К); теплопроводность оловянисто-свинцового припоя (покрытия) λ_п=100 Вт/(м•К).After application of the load, the first term in formula (1) decreases to zero. Then

The decrease in thermal resistance is determined by:

Thus, for any combination of all parameters in the formula (3), the coefficient K> 1. Example: R _z1 = R _z2 = 10 μm; δ = 20 μm; Y = 1.5; thermal conductivity of water coolant l _c = 0.386 W / (m • K); thermal conductivity of tin-lead solder (coating) λ _p = 100 W / (m • K).

При вышеуказанных условиях коэффициент снижения сопротивления К=133. Under the above conditions, the coefficient of resistance reduction K = 133.

Анализ формулы (3) показывает, что коэффициент К значительно больше при контакте грубообработанных поверхностей, причем увеличивается с увеличением коэффициента теплопроводности покрытия. Коэффициент К (а вместе с ним и сравнительная эффективность заявляемого способа) снижается с увеличением толщины покрытия, а также коэффициента теплопроводности среды в зазоре базового устройства (прототипа). An analysis of formula (3) shows that the coefficient K is much larger at the contact of rough surfaces, and increases with increasing coefficient of thermal conductivity of the coating. The coefficient K (and with it the comparative effectiveness of the proposed method) decreases with increasing coating thickness, as well as the coefficient of thermal conductivity of the medium in the gap of the base device (prototype).

Минимальная толщина покрытия выбирается исходя из условия полного погружения профиля шероховатости поверхности заготовки в слой вышеупомянутого покрытия. Таким образом, толщина покрытия не должна быть меньше параметра R_max профиля шероховатости поверхности заготовки, контактирующей с упором.The minimum coating thickness is selected based on the condition that the surface roughness profile of the workpiece is completely immersed in the layer of the aforementioned coating. Thus, the coating thickness should not be less than the parameter R _{max of the} surface roughness profile of the workpiece in contact with the stop.

Величина силы, необходимой для получения реплики на упоре с покрытием определяется из того же условия полного погружения профиля шероховатости поверхности заготовки и рассчитывается следующим образом:
P = K•σ_т•S_н, (4)
где σ_т предел текучести материала покрытия, МПа;
S_н номинальная площадь контакта заготовки и упора, м²;
K коэффициент запаса (К=1,05.1,10).The force required to obtain a replica on the abutment with the coating is determined from the same condition for the complete immersion of the surface roughness profile of the workpiece and is calculated as follows:
P = K • σ _t • S _n , (4)
where σ _{t the} yield strength of the coating material, MPa;
S _{n the} nominal contact area of the workpiece and stop, m ² ;
K is the safety factor (K = 1.05.1.10).

Пример: при σ_т=30 МПа и S_н=100 мм², имеем:
P=1,075•30•10^-4=0,003225 МН.Example: when σ _t = 30 MPa and S _n = 100 mm ² , we have:
P = 1.075 • 30 • 10 ^-4 = 0.003225 MN.

Способ установки тонкостенных заготовок при шлифовании и устройство для его осуществления представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволяет существенно снизить теплонапряженность процесса обработки, тем самым повышая качество обработанной поверхности и заготовки в целом. The method of installing thin-walled workpieces during grinding and the device for its implementation is of significant interest to the national economy, as it can significantly reduce the heat stress of the processing process, thereby improving the quality of the processed surface and the workpiece as a whole.

Решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды. The solution does not adversely affect the environment.

Claims

1. The method of installing a thin-walled workpiece during grinding, including installing the workpiece on the end face, characterized in that the workpiece is installed on the end face with a coating of soft heat-conducting material applied to it, and a sufficient force is applied to the workpiece to deform the protrusions of the roughness of the coating of the stop with the protrusions of microroughnesses blanks.

2. A device for installing a thin-walled workpiece during grinding, containing an emphasis made of highly heat-conducting material, characterized in that the end face of the emphasis, designed to install the workpiece, is coated with a soft heat-conducting material designed to interact with the workpiece.