RU2363564C1

RU2363564C1 - Combined method for needle milling with strengthening of screws with semi-open surface

Info

Publication number: RU2363564C1
Application number: RU2008115007/02A
Authority: RU
Inventors: Юрий Сергеевич Степанов (RU); Юрий Сергеевич Степанов; Андрей Викторович Киричек (RU); Андрей Викторович Киричек; Борис Иванович Афанасьев (RU); Борис Иванович Афанасьев; Александр Алексеевич Агарков (RU); Александр Алексеевич Агарков; Александр Михайлович Гаврилин (RU); Александр Михайлович Гаврилин; Дмитрий Сергеевич Фомин (RU); Дмитрий Сергеевич Фомин; Алексей Иванович Тиняков (RU); Алексей Иванович Тиняков; Юрий Валерьевич Василенко (RU); Юрий Валерьевич Василенко
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-08-10

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: combined method for needle milling of screws with semi-open surface, in which independent rotation relative to axis is imparted to end needle milling cutter with central axis installed perpendicular to peripheral surface of processed turn, and rotary motion is imparted to screw billet, which is coordinated with longitudinal feed of needle milling cutter, equal to pitch of processed screw, and cutting feed is sent to every longitudinal pass of needle milling cutter. At that end needle milling cutter is used, which comprises body, in slots of which cutting elements are installed alternately in the form of wire nap bundles and strengthening elements in the form of profile turns of wire spring.

EFFECT: expansion of technological resources, higher capacity, improved quality of tool processing and resistance.

6 dwg

Description

Изобретение относится к металлообработке, к технологии машиностроения, в частности, к комбинированной чистовой иглофрезерной и упрочняющей обработке винтов с полуоткрытой поверхностью.The invention relates to metal processing, to mechanical engineering technology, in particular, to a combined fine needle-milling and hardening treatment of screws with a half-open surface.

Известен способ фрезерования винтов и червяков дисковыми или пальцевыми фрезами, профиль которых определяют для каждого конкретного типа винта, с помощью которых ведется обработка на резьбофрезерных и специально-фрезерных станках [1].A known method of milling screws and worms with disk or finger mills, the profile of which is determined for each specific type of screw, with which processing is carried out on thread milling and special milling machines [1].

Недостатками известного способа являются ограниченность технологических возможностей, так как они не позволяют фрезерование винтов с полуоткрытой поверхностью, а для упрочнения и повышения износостойкости рабочей полуоткрытой поверхности необходимо вводить дополнительную операцию - все это делает фрезерование дорогим и малопроизводительным.The disadvantages of this method are the limited technological capabilities, since they do not allow milling of screws with a half-open surface, and to strengthen and increase the wear resistance of a working half-open surface, an additional operation must be introduced - all this makes milling expensive and inefficient.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей чистовой и упрочняющей обработки тел вращения и поверхностей сложной формы, в том числе обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, например винтов счетчиков жидкости, с использованием универсальных токарных станков и комбинированного отделочно-упрочняющего инструмента, сборки и настройки его, повышение производительности, качества обработки и стойкости инструмента.The objective of the invention is the expansion of the technological capabilities of the finishing and hardening treatment of bodies of revolution and surfaces of complex shape, including the processing of screws with a half-open surface, for example, screws of liquid meters, using universal turning machines and a combined finishing and strengthening tool, assembling and tuning it, increasing productivity , processing quality and tool life.

Поставленная задача решается предлагаемым комбинированным способом иглофрезерования винтов с полуоткрытой поверхностью, при котором иглофрезе с центральной осью, расположенной перпендикулярно периферийной поверхности обрабатываемого витка и содержащей корпус, в пазах которого размещены обрабатывающие элементы, сообщают независимое вращение относительно собственной оси, а заготовке винта - вращательное движение, согласованное с продольной подачей иглофрезы, равной шагу обрабатываемого винта, и подачу врезания на каждый продольный проход иглофрезы, причем иглофреза выполнена концевой фасонной, по периферии корпуса которой в пазах поочередно размещены режущие элементы в виде пучков проволочного ворса и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины.The problem is solved by the proposed combined method of needle milling of screws with a half-open surface, in which the needle milling machine with a central axis perpendicular to the peripheral surface of the workpiece and containing a housing in the grooves of which the processing elements are located, reports independent rotation about its own axis, and the screw workpiece rotates, consistent with the longitudinal feed of the needle cutter, equal to the pitch of the screw being machined, and the feed rate for each longitudinal iglofrezy passage, wherein the terminal fitting iglofreza formed along the periphery of the housing in which the grooves are alternately arranged cutting elements in the form of bundles of pile wire and the reinforcing elements in the form of shaped wire spring windings.

Сущность предлагаемого комбинированного способа иглофрезерования с упрочнением поясняется чертежами.The essence of the proposed combined method of acupuncture with hardening is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена схема чистовой иглофрезерной и упрочняющей обработки винта с полуоткрытой поверхностью концевой фрезой на токарном станке; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - общий вид концевой иглофрезерной и упрочняющей фрезы; на фиг.4 - частичное продольное сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - элемент В на фиг.4, вариант крепления фасонных витков проволочной пружины; на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.5.Figure 1 shows a diagram of the fine needle-milling and hardening processing of a screw with a half-open surface by an end mill on a lathe; figure 2 is a cross section aa in figure 1; figure 3 is a General view of the end of the needle and hardening mill; figure 4 is a partial longitudinal section bB in figure 2; figure 5 - element In figure 4, an option for mounting shaped coils of a wire spring; in Fig.6 is a section GG in Fig.5.

Предлагаемый способ реализуется иглофрезой, которая относится к комбинированному инструменту, так как снабжена поочередно расположенными режущими и упрочняющими зубьями. Способ предназначен для чистового иглофрезерования и упрочнения винтов 1 с полуоткрытой поверхностью. Способ реализуется иглофрезой 2, которая выполнена концевой с коническим хвостовиком, работающей торцом и периферией. Иглофреза 2 установлена так, что ее центральная продольная ось расположена перпендикулярно образующей периферийной поверхности обрабатываемого витка винта 1. Иглофреза используется после черновой обработки заготовки винта 1 с полуоткрытой поверхностью, когда спрофилированы витки заготовки и оставлен припуск под чистовую обработку.The proposed method is implemented by a needle cutter, which relates to a combined tool, as it is equipped with alternately arranged cutting and reinforcing teeth. The method is intended for fine needle milling and hardening of screws 1 with a half-open surface. The method is implemented by needle cutter 2, which is made end with a tapered shank, working end and periphery. Acupuncture 2 is installed so that its central longitudinal axis is perpendicular to the peripheral surface of the machined turn of screw 1. The acupuncture is used after roughing a workpiece of screw 1 with a half-open surface, when the turns of the workpiece are profiled and an allowance for finishing is left.

Иглофреза 2 выполнена концевой фасонной, по периферии корпуса которой в пазах поочередно размещены режущие элементы в виде пучков проволочного ворса 3 и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины 4. Витки пружины выполнены фасонной формы, ответной форме наружной поверхности витков обрабатываемого винта с полуоткрытой поверхностью в продольном сечении.Acupuncture 2 is made end shaped, on the periphery of the body of which the cutting elements in the form of bundles of wire pile 3 and the reinforcing elements in the form of shaped coils of the wire spring 4 are alternately placed in the grooves. The coils of the spring are shaped, corresponding to the outer surface of the turns of the machined screw with a half-open surface in longitudinal section.

Иглофрезе 2 сообщают независимое вращение относительно собственной оси с частотой V_ф, а заготовке 1 винта - вращательное движение V_з, согласованное с продольной подачей иглофрезы S_пр, равной шагу Т обрабатываемого винта, и подачу врезания S_вр на каждый продольный проход иглофрезы.Acupuncture 2 is informed of independent rotation about its own axis with a frequency of V _f , and the workpiece 1 of the screw is rotationally moving V _s , consistent with the longitudinal feed of the acupuncture S _pr equal to the pitch T of the screw being machined, and the infeed S _BP for each longitudinal passage of the acupuncture.

Работа фрезы по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Иглофреза устанавливается на шпиндель фрезерной головки (не показана), которая устанавливается, например, на поперечном суппорте токарного станка, при этом фрезе сообщается вращательное движение. Концы проволочного ворса, взаимодействуя с обрабатываемой поверхностью, осуществляют микрорезание. При небольшом вылете ворса (15…20 мм) инструмент работает как иглофреза.The work of the cutter according to the proposed method is as follows. The acupuncture is mounted on the spindle of the milling head (not shown), which is installed, for example, on the transverse support of the lathe, while the milling rotational movement is reported. The ends of the wire pile, interacting with the treated surface, carry out micro-cutting. With a small overhang of the pile (15 ... 20 mm), the tool works like a needle cutter.

Вслед за обработкой поверхности иглофрезерованием пучком проволочного ворса 3 ведется фрикционное поверхностное упрочнение элементами в виде фасонных витков проволочной пружины 4. Инструмент вращается с окружной скоростью V=60…70 м/мин и прижимается с постоянным усилием 600…1000 Н к обрабатываемой детали.Following surface treatment by needle milling with a bundle of wire pile 3, friction surface hardening is carried out by elements in the form of shaped coils of wire spring 4. The tool rotates with a peripheral speed of V = 60 ... 70 m / min and is pressed with a constant force of 600 ... 1000 N to the workpiece.

Деформирующие элементы 4 являются витками из стали круглого сечения винтовой фасонной пружины, отрезки которой установлены в пазах корпуса. Витки 4 закреплены в пазах корпуса, например, с помощью планок 5 винтами 6 или другим известным способом. Жесткое закрепление витков в пазах корпуса, например, с помощью сварки предпочтительнее и позволяет получать стабильное качество обработки. Винтовая фасонная пружина 4 установлена на одном наружном диаметре с иглофрезерными участками 3.The deforming elements 4 are turns of steel of circular cross-section of a helical shaped spring, the segments of which are installed in the grooves of the housing. The coils 4 are fixed in the grooves of the housing, for example, by means of strips 5 with screws 6 or in another known manner. Rigid fastening of the turns in the grooves of the body, for example, by welding, is preferable and allows to obtain a stable processing quality. The coil shaped spring 4 is mounted on the same outer diameter with the needle-cutting sections 3.

Сущность процесса заключается в том, что при обработке комбинированной фрезой она устанавливаются так, что иглофрезерные участки 3 снимают припуск, оставленный под чистовую обработку, одновременно с этим деформирующие элементы оказываются установленными с некоторым натягом относительно обрабатываемой заготовки. Благодаря натягу наружная часть витков пружины, контактирующая с заготовкой, смещается в радиальном направлении к центру фрезы и эффективно упрочняет обрабатываемую поверхность. Деформирующие элементы 4 при этом оказывают выглаживающее действие по поверхности заготовки, пластически деформируя ее.The essence of the process lies in the fact that when machining with a combined mill, it is installed so that the needle-milling sections 3 remove the allowance left for finishing, while at the same time the deforming elements are installed with some interference with respect to the workpiece being machined. Thanks to the interference, the outer part of the spring coils in contact with the workpiece is radially shifted to the center of the cutter and effectively hardens the surface to be machined. The deforming elements 4 in this case have a smoothing effect on the surface of the workpiece, plastically deforming it.

В. результате пластической деформации микронеровностей и поверхностного слоя параметр шероховатости поверхности повышается до Ra=0,1…0,4 мкм при исходном значении Ra=0,8…3,2 мкм. Твердость поверхности увеличивается на 30…80% при глубине наклепанного слоя 0,3…3 мм. Остаточные напряжения сжатия достигают на поверхности 400…800 МПа.C. as a result of plastic deformation of microroughnesses and the surface layer, the surface roughness parameter increases to Ra = 0.1 ... 0.4 μm with the initial value Ra = 0.8 ... 3.2 μm. The surface hardness increases by 30 ... 80% with a riveted layer depth of 0.3 ... 3 mm. Residual compressive stresses reach 400 ... 800 MPa on the surface.

Иглофрезерную упрочняющую обработку применяют при изготовлении заготовок из цветных металлов и сплавов, чугуна и стали твердостью до HRC 58…64.Needle-milling hardening treatment is used in the manufacture of blanks from non-ferrous metals and alloys, cast iron and steel with hardness up to HRC 58 ... 64.

Деформирующие витки 4 пружины изготовляют из сталей: легированных ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, углеродистых инструментальных У10А, У12А, быстрорежущих Р6М5, Р9. Твердость рабочей поверхности витков из сталей HRC 62…65. Параметр шероховатости рабочего профиля витков пружины Ra=0,32 мкм.The deforming coils 4 springs are made of steel: alloyed ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, carbon tool U10A, U12A, high-speed R6M5, P9. Hardness of the working surface of coils made of HRC 62 ... 65 steel. The roughness parameter of the working profile of the coil of the spring Ra = 0.32 μm.

Условия обработки, такие как твердость поверхностного слоя, глубина наклепа и шероховатость поверхности, зависят от силы упрочнения и числа упрочняюще-деформирующих элементов, приходящихся на 1 мм² поверхности. Эти параметры, в свою очередь, зависят от окружной скорости инсфумента, натяга, размера витков, их числа в корпусе, частоты вращения заготовки, величины подачи на один оборот заготовки и числа проходов.Processing conditions, such as hardness of the surface layer, hardening depth and surface roughness, depend on the strength of the hardening and the number of hardening-deforming elements per 1 mm ² surface. These parameters, in turn, depend on the peripheral speed of the insfusion, the interference fit, the size of the turns, their number in the body, the rotation frequency of the workpiece, the feed rate per revolution of the workpiece and the number of passes.

В зону обработки подают смазывающе-охлаждающую среду (СОС), например масло минеральное И-12А, которое обеспечивает быстрое охлаждение упрочняемой поверхности. В результате упрочнения на поверхности детали возникают структуры слоев толщиной 100…150 мкм с повышенной микротвердостью (7…10 ГПа).A lubricating-cooling medium (SOS), for example, mineral oil I-12A, which provides quick cooling of the hardened surface, is fed into the treatment zone. As a result of hardening, layer structures with a thickness of 100 ... 150 microns with increased microhardness (7 ... 10 GPa) arise on the surface of the part.

Использование предлагаемого способа, реализуемого комбинированной иглофрезой, позволяет повысить эффективность использования инструмента в целом, а также части его - иглофрезы с надежным креплением проволочного ворса за счет повышения набивки ворса и жесткости иглофрезы. Надежность крепления ворса позволяет высокопроизводительно и качественно удалять значительные припуски, т.е. работать в тяжелых условиях. Что касается упрочняющей части инструмента, то она проста по конструкции и надежна в эксплуатации. Получаемые на поверхности упрочняемой детали структуры слоев обладают повышенной твердостью, а соответственно износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению.Using the proposed method, implemented by a combined needle mill, can improve the efficiency of using the tool as a whole, as well as parts of it - needle mill with reliable fastening of the wire pile by increasing the packing of the pile and the rigidity of the needle mill. Reliability of fixing the pile allows high-performance and high-quality removal of significant allowances, i.e. work in difficult conditions. As for the hardening part of the tool, it is simple in design and reliable in operation. The layer structures obtained on the surface of the hardened part have increased hardness and, accordingly, wear resistance and resistance to fatigue failure.

Комбинированный способ расширяет технологические возможности обработки, благодаря совмещению иглофрезерования и упрочнения сокращает вспомогательное время, повышает в 2…2,5 раза производительность обработки, улучшает качество и шероховатость обрабатываемой поверхности.The combined method extends the technological capabilities of processing, due to the combination of needle milling and hardening, it reduces auxiliary time, increases processing productivity by 2 ... 2.5 times, improves the quality and roughness of the processed surface.

Пример. На модернизированном токарном станке мод. 16К20Т1 обрабатывались винты с полуоткрытой поверхностью счетчика жидкости ППВ-100, которые имели следующие размеры: общая длина 342,5 мм; длина винтовой части 292 мм; наружный радиус сечения винта 60f 8 мм; внутренний радиус сечения винта 24ƒ8 мм; шаг винтовой линии - Т=140 мм; количество витков - 2; угол наклона оси фрезы к плоскости перпендикулярной продольной оси заготовки 14° (фиг.1). Заготовки винтов изготовлены из силумина АЛ2, НВ 50. Модернизация станка заключалась в установлении на поперечном суппорте иглофрезерной головки с индивидуальным приводом. Перед обработкой на данной операции в заготовках были изготовлены базовые поверхности: с одной стороны подрезан торец и просверлено центровочное коническое отверстие, а с другой стороны - технологическая шейка определенной длины, позволяющая свободный выход иглофрезы после очередного прохода. Технологическая шейка удалялась после полного изготовления винта. Заготовка винта на предыдущей операции подвергалась черновой обработке фрезерованием витков с оставлением припуска 0,5…1 мм под чистовую обработку. На данной чистовой операции заготовка закреплялась в патроне 7 шпинделя 8 передней бабки 9 и поджималась центром 10 задней бабки 11.Example. On a modernized lathe mod. 16K20T1 processed screws with a half-open surface of the liquid meter PPV-100, which had the following dimensions: total length 342.5 mm; screw length 292 mm; screw outer radius 60f 8 mm; the inner radius of the cross section of the screw is 24ƒ8 mm; helix pitch - T = 140 mm; the number of turns - 2; the angle of inclination of the axis of the cutter to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the workpiece 14 ° (figure 1). The screw blanks are made of silumin AL2, NV 50. The modernization of the machine consisted in the installation of a needle-milling head with an individual drive on the transverse support. Before machining in this operation, the base surfaces were made in the blanks: on the one hand, the end face was cut and a centering conical hole was drilled, and on the other hand, a technological neck of a certain length allowing the needle to exit freely after the next pass. The technological neck was removed after the complete manufacture of the screw. Procurement of the screw in the previous operation was subjected to roughing by milling of turns with an allowance of 0.5 ... 1 mm for finishing. In this finishing operation, the workpiece was fixed in the chuck 7 of the spindle 8 of the front headstock 9 and was compressed by the center 10 of the tailstock 11.

Испытаниями установлено, что при условии одинаковой производительности (в сравнении с технологическим процессом, действующим на ОАО «Ливгидромаш») стойкость иглофрезы возросла в 2,2…2,6 раза по сравнению с обработкой фасонными резцами (используемые на ОАО «Ливгидромаш»), улучшилась шероховатость обработанной поверхности, повысилась производительность благодаря уменьшению количества проходов и повысилась виброустойчивость процесса.The tests established that, with the same productivity (in comparison with the technological process operating at JSC Livhydromash), the resistance of the needle cutter increased 2.2 ... 2.6 times compared with the machining with shaped cutters (used at JSC Livhydromash), improved surface roughness, increased productivity due to a decrease in the number of passes and increased vibration resistance of the process.

Предлагаемый способ расширяет технологические возможности, обеспечивает иглофрезерование как перед поверхностным пластическим деформированием, так и после него, повышает параметры шероховатости обработанной поверхности, увеличивает ее твердость на значительную глубину благодаря выглаживающему действию за счет периодического, совмещенного и последовательного воздействия на обрабатываемую поверхность иглофрезерных и деформирующих элементов, увеличивает производительность за счет увеличения пятна контакта деформирующих элементов обрабатываемой поверхностью, длительность работы и срок службы инструмента, а также сокращает расходы на изготовление инструмента и снижает себестоимость процесса иглофрезерной и упрочняющей обработки.The proposed method extends technological capabilities, provides needle milling both before and after surface plastic deformation, increases the roughness of the treated surface, increases its hardness to a considerable depth due to the smoothing effect due to the periodic, combined and sequential exposure of the needle-milling and deforming elements to the treated surface, increases productivity by increasing the contact spot of the deforming element of the surface to be machined, the duration and life of the tool, and also reduces the cost of manufacturing the tool and reduces the cost of the process of needle-milling and hardening.

Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account

1. Справочник технолога-мининостроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерикова. - 4-е изд., перераб. и доб. - М.: Машиностроение, 1980. С.371-373.1. Reference technologist mini-builder. In 2 vols. T.1 / Ed. A.G. Kosilova and R.K. Mescherikova. - 4th ed., Revised. and ext. - M.: Mechanical Engineering, 1980. S. 371-373.

Claims

A combined method of needle-milling of screws with a half-open surface, in which an independent needle rotation with a central axis located perpendicular to the peripheral surface of the workpiece is reported to rotate independently about its own axis, and the screw workpiece is provided with a rotational movement consistent with the longitudinal feed of the needle cutter, equal to the pitch of the screw being machined, and the feed cutting into each longitudinal passage of the needle cutter, while using an end shaped needle cutter, in the grooves of the case of which they protect cutting elements in the form of bundles of wire pile and reinforcing elements in the form of shaped coils of a wire spring.