RU2307021C1

RU2307021C1 - Helical diamond-abrasive elastic tool

Info

Publication number: RU2307021C1
Application number: RU2006107177/02A
Authority: RU
Inventors: Юрий Сергеевич Степанов (RU); Юрий Сергеевич Степанов; Андрей Викторович Киричек (RU); Андрей Викторович Киричек; Борис Иванович Афанасьев (RU); Борис Иванович Афанасьев; Дмитрий Сергеевич Фомин (RU); Дмитрий Сергеевич Фомин; Николай Николаевич Самойлов (RU); Николай Николаевич Самойлов; Юрий Валерьевич Василенко (RU); Юрий Валерьевич Василенко; Максим Геннадиевич Подзолков (RU); Максим Геннадиевич Подзолков; Олег Петрович Шакулин (RU); Олег Петрович Шакулин
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-27

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly diamond-abrasive working of openings in machine parts.

SUBSTANCE: tool includes body and working cutting member in the form of twisted to turns helical cylindrical spring of metallic wire having diamond-abrasive layer. Ends of said spring are secured to body of tool and to its rod arranged in central opening of body and having helical groove. Rod is mounted with possibility of reciprocation motion relative to lengthwise axis by means of pin entering helical groove of rod and secured to body.

EFFECT: improved efficiency and accuracy of diamond-abrasive working, lowered thermal stresses, simplified control of process.

7 dwg

Description

Изобретение относится к технологии машиностроения к алмазно-абразивной обработке отверстий в деталях машин.The invention relates to mechanical engineering technology for diamond abrasive machining of holes in machine parts.

Известен упругий инструмент для обработки отверстий, который содержит корпус и несущую рабочий элемент часть, причем корпус выполнен в виде втулки со сквозными радиальными прорезями, расположенными диаметрально одна другой, а несущая часть выполнена в виде упругой металлической ленты, концы которой закреплены в указанных прорезях, при этом рабочий элемент выполнен в виде нанесенного на наружную часть металлической ленты абразивного слоя и (в другом случае) в виде абразивной ленты с нанесенным на ее нерабочей стороне клейким веществом [1].Known elastic tool for processing holes, which contains a housing and a supporting working element, the housing being made in the form of a sleeve with through radial slots located diametrically one another, and the supporting part is made in the form of an elastic metal tape, the ends of which are fixed in these slots, with this working element is made in the form of an abrasive layer deposited on the outer part of a metal tape and (in another case) in the form of an abrasive tape with an adhesive applied on its non-working side [1 ].

Недостатками известного инструмента являются повышение температуры выше критической в зоне резания при больших скоростях шлифования, при которой образуются прижоги и микротрещины, кроме того, невысокая эффективность обработки, так как только 5...15% абразивных зерен участвуют в резании, остальные - нережущие: одни - идут по следу предыдущих зерен и попадают в ранее прорезанные канавки и стружки не снимают, другие - пластически деформируют металл, третьи - глубоко утоплены в связку и в резании не участвуют и т.д. [2].The disadvantages of the known tool are an increase in temperature above the critical in the cutting zone at high grinding speeds, at which burns and microcracks are formed, in addition, low processing efficiency, since only 5 ... 15% of abrasive grains are involved in cutting, the rest are non-cutting: some - follow the trail of previous grains and fall into previously cut grooves and do not remove chips, others - plastically deform the metal, others - are deeply recessed into the bundle and do not participate in cutting, etc. [2].

Известен упругий винтовой инструмент для обработки отверстий, содержащий корпус в виде втулки с радиальными прорезями и рабочий режущий элемент в виде упругой металлической ленты с абразивным слоем, концы которой закреплены в указанных прорезях [3]. При этом рабочий режущий элемент выполнен в виде упругой металлической ленты, свернутой в витки винтовой линии, количество которых не менее двух витков, и с шириной впадины между витками, определяемой по приведенной зависимости.Known elastic screw tool for processing holes, containing a housing in the form of a sleeve with radial slots and a working cutting element in the form of an elastic metal tape with an abrasive layer, the ends of which are fixed in these slots [3]. In this case, the working cutting element is made in the form of an elastic metal strip rolled up into turns of a helical line, the number of which is at least two turns, and with the width of the depression between the turns, determined by the above dependence.

Недостатками известного инструмента являются повышение температуры выше критической в зоне резания при больших скоростях шлифования, при которой образуются прижоги и микротрещины, кроме того, невысокая эффективность обработки, так как только 5...15% абразивных зерен участвуют в резании, остальные - нережущие: одни - идут по следу предыдущих зерен и попадают в ранее прорезанные канавки и стружки не снимают, другие - пластически деформируют металл, третьи - глубоко утоплены в связку и в резании не участвуют и т.д. Кроме того, инструмент не позволяет легко оптимизировать процесс обработки в производственных условиях при изменении обрабатываемого материала, химико-термической операции, режущего инструмента, технических условий, режимов резания и др.The disadvantages of the known tool are an increase in temperature above the critical in the cutting zone at high grinding speeds, at which burns and microcracks are formed, in addition, low processing efficiency, since only 5 ... 15% of abrasive grains are involved in cutting, the rest are non-cutting: some - follow the trail of previous grains and fall into previously cut grooves and do not remove chips, others - plastically deform the metal, others - are deeply recessed into the bundle and do not participate in cutting, etc. In addition, the tool does not allow you to easily optimize the processing process in a production environment when changing the processed material, chemical-thermal operation, cutting tool, technical conditions, cutting conditions, etc.

Задача изобретения - повышение точности и производительности обработки, эффективности резания алмазно-абразивными зернами и снижение теплонапряженности процесса шлифования за счет винтового расположения режущей поверхности и высокой упругости инструмента, а также возможности управления обработкой, и упрощение конструкции инструмента.The objective of the invention is to increase the accuracy and productivity of processing, the efficiency of cutting with diamond-abrasive grains and reduce the heat stress of the grinding process due to the screw arrangement of the cutting surface and high elasticity of the tool, as well as the ability to control processing, and simplify the design of the tool.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого упругого винтового алмазно-абразивного инструмента для обработки отверстий, содержащего корпус в виде втулки и рабочий режущий элемент в виде упругого металлического элемента, свернутого в витки винтовой линии, с алмазно-абразивным слоем, причем рабочий режущий элемент выполнен в виде упругой металлической проволоки свернутой в витки винтовой линии, концы которой закреплены в корпусе и на штоке, последний расположен в центральном отверстии корпуса и совершает возвратно-вращательные движения относительно продольной оси благодаря имеющемуся винтовому пазу и шпонке, входящей в паз и закрепленной в корпусе. Кроме того, в качестве упругого металлического элемента применяется проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного и др. разновидности сечения с алмазно-абразивным слоем на гибкой связке, а также из алмазно-абразивной шкурки.The problem is solved using the proposed elastic screw diamond-abrasive tool for processing holes, containing a body in the form of a sleeve and a working cutting element in the form of an elastic metal element, rolled into turns of a helical line, with a diamond-abrasive layer, and the working cutting element is made in the form elastic metal wire coiled into turns of a helix, the ends of which are fixed in the housing and on the rod, the latter is located in the Central hole of the housing and performs a rotary e motion about the longitudinal axis through having a screw groove and key, part of the groove and fixed in the housing. In addition, a wire made of steel of round, semicircular, rectangular, ellipse, and other types of cross section with a diamond-abrasive layer on a flexible bond, and also of a diamond-abrasive skin, is used as an elastic metal element.

На фиг.1 изображена схема обработки отверстия предлагаемым инструментом и частичный продольный разрез инструмента; на фиг.2 - общий вид инструмента и его положение при вводе в обрабатываемое отверстие; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, крепление конца упругого инструмента в корпусе; на фиг.4-7 - поперечное сечение упругого металлического элемента, изготовленного из проволоки из стали, соответственно круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного сечения с алмазно-абразивным слоем.Figure 1 shows a diagram of the processing of the holes of the proposed tool and a partial longitudinal section of the tool; figure 2 - General view of the tool and its position when entering into the machined hole; figure 3 is a section aa in figure 1, the fastening of the end of the elastic tool in the housing; figure 4-7 is a cross section of an elastic metal element made of steel wire, respectively, round, semicircular, rectangular, ellipse section with a diamond-abrasive layer.

Предлагаемый упругий винтовой алмазно-абразивный инструмент служит для обработки отверстий. Он содержит корпус 1 в виде втулки, в центральном отверстии которого расположен шток 2, имеющий возможность возвратно-вращательного движения относительно продольной оси благодаря имеющемуся винтовому пазу 3 и шпонке 4, входящей в паз 3 и закрепленной в корпусе 1. К корпусу 1 с помощью резьбовой втулки 5 и гайки 6 одним концом прикреплен рабочий режущий элемент в виде упругого металлического элемента, свернутого в витки винтовой линии, с алмазно-абразивным слоем 7. Рабочий режущий элемент выполнен в виде упругой металлической проволоки 8, свернутой в витки винтовой цилиндрической пружины растяжения. Упругий рабочий режущий элемент - пружина выполнена из проволоки, например по ГОСТ 9389-75, обладающей высокой разрывной прочностью. В качестве материала проволоки используют сталь 65Г, 50ХФА, 60С2А, 65С2ВА по ГОСТ 14595-79. Стальную углеродистую холоднотянутую проволоку, применяемую для изготовления рабочего элемента инструмента, навивают в холодном состоянии и не подвергают закалке. Концы пружины свернуты в кольца, которыми она закреплена в корпусе 1 и на штоке 2. На штоке 2 упругий рабочий режущий элемент - пружина закреплена аналогично закреплению на корпусе: с помощью резьбовой втулки 9 и гайки 10. В качестве упругого металлического элемента применяется проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного и другой конфигурации сечения с алмазно-абразивным слоем 7 на гибкой связке, а также из алмазно-абразивной шкурки. Диаметр проволоки зависит от диаметра обрабатываемого отверстия (диапазона отверстий) от нескольких десятков микрометров и толще. Упругая металлическая проволока 8 свита в витки винтовой пружины диаметром несколько больше диаметра обрабатываемого отверстия D_з, количество витков не менее двух, шириной впадины B_z между витками не менее половины ширины витка В_р: т.е. B_z>0,5В_р, где В_р - ширина алмазно-абразивного рабочего слоя, нанесенного на металлической проволоке.The proposed resilient helical diamond abrasive tool is used for hole processing. It contains a housing 1 in the form of a sleeve, in the central hole of which a rod 2 is located, having the possibility of a reciprocating motion relative to the longitudinal axis due to the existing screw groove 3 and a key 4 included in the groove 3 and fixed in the housing 1. To the housing 1 using a threaded bushings 5 and nuts 6 with one end attached to the working cutting element in the form of an elastic metal element, rolled into turns of a helical line, with a diamond-abrasive layer 7. The working cutting element is made in the form of an elastic metal wire 8, rolled toy in the coils of a coil spring tension. An elastic working cutting element - a spring is made of wire, for example according to GOST 9389-75, which has high tensile strength. As the material of wire used steel 65G, 50KHFA, 60S2A, 65S2VA according to GOST 14595-79. Cold-drawn steel carbon wire used for the manufacture of the working element of the tool is wound in a cold state and is not subjected to hardening. The ends of the spring are rolled into rings, by which it is fixed in the housing 1 and on the stem 2. On the stem 2 is an elastic working cutting element - the spring is fixed in the same way as fixing on the housing: using a threaded sleeve 9 and a nut 10. Steel wire is used as an elastic metal element round, semicircular, rectangular, ellipse and other cross-sectional configuration with a diamond-abrasive layer 7 on a flexible bond, and also from a diamond-abrasive skin. The diameter of the wire depends on the diameter of the hole being machined (range of holes) from several tens of micrometers and thicker. Resilient metal wire 8 is twisted into coils of a coil spring with a diameter slightly larger than the diameter of the hole to be machined D _s , the number of turns is at least two, the cavity width B _z between the turns is at least half the width of the coil B _p : i.e. B _z > 0.5V _p , where B _p is the width of the diamond-abrasive working layer deposited on a metal wire.

Ввод упругого винтового алмазно-абразивного инструмента в обрабатываемое отверстие заготовки диаметром D_з производят в растянутом положении пружины, при максимальной ее длине L_max, которая, вытягиваясь, уменьшается в диаметре до значения D_min, меньшего D_з. Кроме того, уменьшению диметра пружины способствует вращение штока при выдвижении его (движение вниз, согласно фиг.1-2) из корпуса. Вращение штока в этом направлении закручивает пружину, уменьшая ее диаметр до значения D_min, и инструмент свободно вводится в необработанное отверстие заготовки, т.к. D_з>D_min.The introduction of an elastic screw diamond-abrasive tool into the workpiece hole with a diameter of D _{z is} carried out in the extended position of the spring, with its maximum length L _max , which, when stretched, decreases in diameter to a value of D _min less than D _z . In addition, the reduction of the diameter of the spring contributes to the rotation of the rod when it is advanced (downward movement, according to Fig.1-2) from the housing. The rotation of the rod in this direction spins the spring, reducing its diameter to the value of D _min , and the tool is freely inserted into the raw hole of the workpiece, because D _s > D _min .

При обработке отверстий предлагаемому инструменту сообщают вращательное V_p относительно продольной оси и возвратно-поступательное S_пр движения. Кроме того, шток 2 вращают относительно корпуса 1 и втягивают в корпус, тем самым сближают концы пружины, раскручивая ее. При этом наружный диаметр пружины увеличивается, а благодаря упругим свойствам проволоки и пружины в целом обеспечивается радиальная подача, необходимая для резания и съема оставленного под шлифование припуска.When processing holes for the proposed tool report rotational V _p relative to the longitudinal axis and the reciprocating S _PR movement. In addition, the rod 2 is rotated relative to the housing 1 and pulled into the housing, thereby bringing together the ends of the spring, untwisting it. In this case, the outer diameter of the spring increases, and due to the elastic properties of the wire and the spring as a whole, the radial feed necessary for cutting and removing the allowance left for grinding is provided.

На наружную поверхность винтовой металлической проволоки 8, которая контактирует с обрабатываемой поверхностью, известными способами наносится алмазно-абразивный слой 7 на гибкой связке, например гальваноспособом и т.п. В другом случае алмазно-абразивная рабочая режущая поверхность 7 металлической проволоки 8 может быть выполнена в виде отдельных приклеенных полос алмазно-абразивной шкурки.On the outer surface of the helical metal wire 8, which is in contact with the surface to be treated, by known methods, a diamond-abrasive layer 7 is applied on a flexible bond, for example, electroplating, etc. In another case, the diamond-abrasive working cutting surface 7 of the metal wire 8 can be made in the form of separate glued strips of diamond-abrasive skins.

Рабочая режущая поверхность, полученная таким образом, является винтовой цилиндрической алмазно-абразивной поверхностью с аксиально-смещенным в продольном направлении режущим слоем, способствующей снижению температуры обработки благодаря впадине B_z между витками и свободному проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания.The working cutting surface thus obtained is a helical cylindrical diamond-abrasive surface with a longitudinally axially biased cutting layer, which helps to lower the processing temperature due to the depression B _z between the turns and the free penetration of the cutting fluid into the cutting zone.

Кроме того, аксиально-смещенный режущий слой винтовой пружины позволяет интенсифицировать процесс шлифования, большее количество режущих зерен становятся рабочими, которые не идут вслед за предыдущими, не попадая в ранее прорезанные канавки. Равномерное действие упругих сил металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, повышает точность и производительность обработки, а также снижает теплонапряженность процесса за счет прерывистой в продольном направлении зоны резания.In addition, the axially offset cutting layer of the coil spring allows you to intensify the grinding process, a larger number of cutting grains become workers who do not follow the previous ones, without falling into the previously cut grooves. The uniform action of the elastic forces of a metal wire rolled into turns of a helical surface increases the accuracy and productivity of processing, and also reduces the heat stress of the process due to the discontinuous cutting zone in the longitudinal direction.

Биение корпуса 1 штока 2 не влияет на биение металлической проволоки 8, свернутой в витки винтовой поверхности, так как этот инструмент свободно размещается и ориентируется в обрабатываемом отверстии.The runout of the housing 1 of the rod 2 does not affect the runout of the metal wire 8, rolled into turns of a screw surface, since this tool is freely placed and oriented in the hole being machined.

Проводилась обработка отверстия гильзы на внутришлифовальном станке мод. 3К227В, оснащенном предлагаемым упругим винтовым инструментом. Материал обрабатываемой заготовки: труба 140×10 ГОСТ 8734-75/В40Х ГОСТ 8733-74, НВ 280, диаметр обрабатываемого отверстия ⌀125 мм, режущий инструмент - шлифовальная шкурка на тканевой основе, рулонная, по ГОСТ 5009-82, водостойкая, двухслойная; абразивный материал - 24А, зернистость абразива - 80. Шлифовальная шкурка отдельными лентами приклеивалась клеем БФ к наружной поверхности металлической (из стали 65Г) проволоки (в поперечном сечении полукруг) диаметром 9 мм. Режимы обработки: скорость вращения шпинделя - V_в=29,5 м/с (n_max=4500 мин^-1), продольная подача S_пр=3600 мм/мин, припуск на обработку - 0,1 мм, давление инструмента на обрабатываемую поверхность - 0,05 МПа, охлаждающая жидкость - сульфофрезол.The hole bore was machined on the mod grinding machine. 3K227B equipped with the proposed resilient screw tool. Material of the workpiece: pipe 140 × GOST GOST 8734-75 / B40X GOST 8733-74, HB 280, the diameter of the machined hole ⌀125 mm, the cutting tool is a sandpaper on a fabric basis, roll, according to GOST 5009-82, waterproof, two-layer; abrasive material - 24A, grain size of the abrasive - 80. The sandpaper was glued with individual adhesive tapes with BF glue to the outer surface of a metal (steel 65G) wire (in a semicircular cross section) with a diameter of 9 mm. Processing modes: spindle speed - V _in = 29.5 m / s (n _max = 4500 min ^-1 ), longitudinal feed S _ol = 3600 mm / min, machining allowance - 0.1 mm, tool pressure on the surface to be machined - 0.05 MPa, coolant - sulfofresol.

Предлагаемый инструмент позволяет повысить точность и производительность обработки за счет уменьшения величины биения инструмента при простоте конструкции и снижении металлоемкости последнего, снизить теплонапряженность процесса за счет прерывистой в продольном направлении и аксиально-смещенной зоны резания благодаря винтовому расположению режущей поверхности, управлять величиной радиальной подачи за счет поворота штока относительно корпуса, а также упростить управление обработкой и конструкцию инструмента.The proposed tool allows to increase the accuracy and productivity of processing by reducing the amount of runout of the tool with simplicity of design and reducing the metal consumption of the latter, to reduce the heat stress of the process due to discontinuous in the longitudinal direction and axially offset cutting zone due to the screw arrangement of the cutting surface, to control the value of the radial feed due to rotation rod relative to the housing, as well as simplify machining control and tool design.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. СССР №1634469, кл. B24D 17/00, B24B 33/02. Н.М.Харлов. Упругий инструмент для обработки отверстий. Заявка №4387363/08, заяв. 22.03.88, опуб. 15.03.91. Бюл. №10.1. A.S. USSR No. 1634469, class B24D 17/00, B24B 33/02. N.M. Kharlov. Elastic tool for machining holes. Application No. 4387363/08, application. 03/22/88, publ. 03/15/91. Bull. No. 10.

2. Зубарев Ю.М., Приемышев А.В. Технологические основы высокопроизводительного шлифования сталей и сплавов. - СПб.: Изд. С.-Петербургского университета, 1994. С.18-20.2. Zubarev Yu.M., Priemyshev A.V. Technological foundations of high-performance grinding of steels and alloys. - SPb .: Ed. St. Petersburg University, 1994. P.18-20.

3. Патент №2217294, МПК⁷ B24D 17/00. Упругий винтовой инструмент для обработки отверстий. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С. и др. Заявка №2002105076/02, заяв. 26.02.2002, опуб. 27.11.2003. Бюл. №33 - прототип.3. Patent No. 2217294, IPC ⁷ B24D 17/00. Resilient screw tool for hole machining. Stepanov Yu.S., Afanasyev B.I., Fomin D.S. and other Application No. 2002105076/02, application. 02/26/2002, publ. 11/27/2003. Bull. No. 33 is a prototype.

Claims

1. An elastic screw diamond-abrasive tool for processing holes, comprising a body in the form of a sleeve and a working cutting element in the form of an elastic metal element rolled up into spiral turns with a diamond abrasive layer, characterized in that the working cutting element is made in the form of a rolled up coil a helical line of an elastic metal wire, the ends of which are fixed in the housing and on the rod located in the Central hole of the housing and having a helical groove, while the rod is mounted with the possibility of reciprocating th motion about its longitudinal axis by means of its helical groove and the tongue entering the groove and fixed in the housing.

2. The tool according to claim 1, characterized in that the elastic metal wire is used from steel of round, semicircular, rectangular, ellipse section with a diamond-abrasive layer made on a flexible bond or from a diamond-abrasive skin.