RU2543025C2 - Method for flat grinding with application of ultrasonic vibrations - Google Patents

Method for flat grinding with application of ultrasonic vibrations Download PDF

Info

Publication number
RU2543025C2
RU2543025C2 RU2013131888/02A RU2013131888A RU2543025C2 RU 2543025 C2 RU2543025 C2 RU 2543025C2 RU 2013131888/02 A RU2013131888/02 A RU 2013131888/02A RU 2013131888 A RU2013131888 A RU 2013131888A RU 2543025 C2 RU2543025 C2 RU 2543025C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpiece
grinding
emitter
screw
machine
Prior art date
Application number
RU2013131888/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013131888A (en
Inventor
Александр Николаевич Унянин
Ярослав Алексеевич Арзамасцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2013131888/02A priority Critical patent/RU2543025C2/en
Publication of RU2013131888A publication Critical patent/RU2013131888A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2543025C2 publication Critical patent/RU2543025C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: prior to grinding, a workpiece is installed and clamped in an ultrasonic vibration (UT) application device between a UT emitter and a screw. Dimensions of the emitter and the screw are chosen based on the equality of the total length of the emitter, the workpiece and the screw to the UT wave length so that the maximum vibration amplitude of the workpiece is provided. After the grinding process is completed, the above device together with the workpiece is removed from the machine and ultrasonic vibrations are continued to be applied onto it beyond the processing zone. At the same time, the next workpiece is being processed by the machine.
EFFECT: increasing the efficiency of removal of residual stresses from surface layers of a workpiece, improving the stability of a grinding wheel and the processing efficiency at providing the specified quality of the workpiece.
2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке плоским шлифованием заготовок из различных материалов.The invention relates to mechanical engineering, namely to processing by flat grinding of blanks from various materials.

Известен способ ультразвуковой стабилизации остаточных напряжений (см. Бабенко М.Г. Совершенствование технологии обеспечения размерной точности прецизионных деталей типа колец подшипников на основе использования ультразвуковой стабилизации внутренних напряжений. Автореф. дис.… канд. техн. наук: 05.02.08 / Саратовский гос. техн. унив. - Саратов, 2002. - 16 с.), при котором после шлифования детали через шлифованную поверхность сообщают ультразвуковые колебания (УЗК) определенной амплитуды и частоты. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится отсутствие влияния энергии ультразвука на процесс шлифования заготовок. В процессе шлифования и снятия остаточных напряжений для установки и закрепления заготовки используются различные устройства, поэтому требуется дополнительное время для установки заготовки в различные приспособления.A known method of ultrasonic stabilization of residual stresses (see. Babenko MG. Improving the technology to ensure dimensional accuracy of precision parts such as bearing rings based on the use of ultrasonic stabilization of internal stresses. Abstract of thesis ... Candidate of Technical Sciences: 05.02.08 / Saratov State. technical university - Saratov, 2002. - 16 p.), in which after grinding the parts through the polished surface, ultrasonic vibrations (ultrasonic vibrations) of a certain amplitude and frequency are reported. The reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method include the absence of the influence of ultrasound energy on the grinding process of the workpieces. In the process of grinding and relieving residual stresses, various devices are used to install and fix the workpiece, therefore, additional time is required to install the workpiece in various devices.

Известен также способ шлифования, заключающийся в непрерывном наложении ультразвуковых колебаний на заготовку в процессе шлифования (см. пат. RU №2276004 C1, опубл. 2006.05.10. Бюл. №13, осн. индекс МПК B24B 1/04 (2006.01) «Способ шлифования»). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что в известном способе ультразвуковые колебания не оказывают заметного влияния на процесс шлифования, так как имеет место локальный участок контакта инструмента для снятия остаточных напряжений и заготовки и ультразвуковые колебания распространяются по ограниченному объему заготовки.There is also a method of grinding, which consists in the continuous application of ultrasonic vibrations to the workpiece during grinding (see US Pat. RU No. 2276004 C1, publ. 2006.05.10. Bull. No. 13, main index MPK B24B 1/04 (2006.01) "Method grinding ”). The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include the fact that in the known method, ultrasonic vibrations do not have a noticeable effect on the grinding process, since there is a local contact area of the tool to relieve residual stresses and the workpiece, and ultrasonic vibrations propagate over the limited volume of the workpiece.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является выбранный в качестве прототипа способ плоского шлифования, заключающийся в установке заготовки в устройство для наложения УЗК, шлифовании заготовки на станке и снятии заготовки с упомянутым устройством со станка при непрерывном наложении УЗК на заготовку в процессе шлифования и после его окончания и снятия заготовки с устройством для наложения УЗК со станка (см. пат. RU №2418671 C2, опубл. 2011. 20.05. Бюл. №14, осн. индекс МПК B24B 1/04 (2006.01) «Способ шлифования»).The closest to the claimed invention in terms of features is the method of flat grinding selected as a prototype, which consists in installing the workpiece in a device for applying ultrasonic testing, grinding the workpiece on the machine and removing the workpiece with the said device from the machine during continuous application of ultrasonic testing on the workpiece during grinding and after its completion and removal of the workpiece with a device for applying ultrasonic testing from the machine (see US Pat. RU No. 2418671 C2, publ. 2011. 05.20. Bull. No. 14, basic index MPK B24B 1/04 (2006.01) “Method of grinding”).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится невозможность обеспечения максимальной амплитуды колебания заготовки, поскольку размеры элементов устройства для наложения УЗК не являются оптимальными. Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе шлифования режущая способность шлифовального круга постепенно снижается, что приводит к необходимости соответствующего снижения производительности бездефектного шлифования или(и) к ухудшению качества шлифованных деталей. Одним из путей повышения эффективности шлифования заготовок из различных материалов является наложение УЗК в процессе шлифования, в данном случае на заготовку. Наложение УЗК позволяет снизить коэффициент трения в зоне контакта круг-заготовка силы шлифования, контактные и локальные температуры, что приводит к сохранению режущей способности шлифовального круга, а следовательно, обеспечивается возможность увеличения производительности обработки и периода стойкости инструмента. Кроме того, в процессе шлифования в поверхностном слое заготовки формируются в большинстве случаев растягивающие остаточные напряжения, негативно влияющие на эксплуатационные характеристики шлифованной детали. Одним из способов релаксации (снятия) остаточных напряжений является наложение УЗК. В данном случае наложение УЗК на заготовку происходит как в процессе шлифования, так и после его окончания и снятия заготовки вместе с устройством для осуществления данного способа со станка. На станке появляется возможность обработки следующей заготовки. Отпадает необходимость установки-снятия заготовки во второе приспособление, поскольку используется одно приспособление. Это обеспечивает увеличение производительности обработки и эффективность снятия остаточных напряжений.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method include the impossibility of maximizing the oscillation amplitude of the workpiece, since the dimensions of the elements of the device for applying ultrasonic testing are not optimal. The invention consists in the following. In the grinding process, the cutting ability of the grinding wheel is gradually reduced, which leads to the need for a corresponding decrease in the performance of defect-free grinding or (and) to a deterioration in the quality of the polished parts. One way to improve the grinding efficiency of workpieces from various materials is to apply ultrasonic testing in the grinding process, in this case, to the workpiece. The application of ultrasonic testing allows to reduce the coefficient of friction in the contact zone of the circle-workpiece grinding forces, contact and local temperatures, which leads to the preservation of the cutting ability of the grinding wheel, and therefore, it is possible to increase the processing performance and tool life. In addition, during grinding in the surface layer of the workpiece in most cases tensile residual stresses are formed that adversely affect the performance of the polished part. One of the methods of relaxation (removal) of residual stresses is the application of ultrasonic testing. In this case, the application of ultrasonic testing on the workpiece occurs both in the grinding process, and after its completion and removal of the workpiece together with a device for implementing this method from the machine. On the machine it becomes possible to process the next workpiece. There is no need to install-remove the workpiece in the second device, since one device is used. This provides an increase in processing productivity and the efficiency of removing residual stresses.

Технический результат - увеличение периода стойкости шлифовального круга и производительности обработки при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.The technical result is an increase in the durability of the grinding wheel and processing performance while ensuring the specified quality of the polished parts.

Указанный технический результат при осуществлении способа плоского шлифования с наложением УЗК включает непрерывное наложение ультразвуковых колебаний в процессе шлифования и после его окончания на заготовку, закрепленную между излучателем ультразвуковых колебаний и винтом, причем размеры излучателя и винта выбирают такими, чтобы суммарная длина излучателя, заготовки и винта была равна длине волны УЗК, т.е. lи+lз+lв=λ, где lи, lз, lв - размер излучателя, заготовки, винта соответственно; λ - длина волны УЗК (при использовании частотно-модулированного колебания λ - длина волны несущего колебания), а заготовка имела максимальную амплитуду колебаний.The specified technical result when implementing the method of flat grinding with the application of ultrasonic testing includes the continuous application of ultrasonic vibrations during grinding and after it is finished on a workpiece fixed between the ultrasonic oscillator and the screw, the dimensions of the emitter and screw being chosen so that the total length of the emitter, workpiece and screw was equal to the ultrasonic ultrasound wavelength, i.e. l and + l z + l in = λ, where l and , l z , l in - the size of the emitter, workpiece, screw, respectively; λ is the ultrasonic ultrasound wavelength (when using frequency-modulated oscillation, λ is the wavelength of the carrier oscillation), and the workpiece had a maximum oscillation amplitude.

Благодаря ультразвуковым колебаниям, сообщаемым заготовке в процессе шлифования с максимальной амплитудой, уменьшаются силы шлифования, контактные и локальные температуры в зоне контакта шлифовального круга с заготовкой. Уменьшение локальных температур в зоне контакта круга с заготовкой позволяет улучшить качество шлифованных деталей и уменьшить массу налипов металла на зерна круга, благодаря чему увеличивается период стойкости шлифовального круга и производительность шлифования. При наложении на заготовку частотно-модулированных ультразвуковых колебаний обеспечивается колебание всех сечений поверхностного слоя заготовки с максимальной амплитудой. Увеличенный период наложения на заготовку ультразвуковых колебаний позволяет в максимальной степени снять остаточные напряжения с заготовки и улучшить эксплуатационные характеристики обработанной детали. Это обеспечивается за счет того, что после обработки шлифованием заготовка вместе с устройством для наложения ультразвуковых колебаний снимается со станка и на нее продолжают накладывать ультразвуковые колебаниями вне зоны обработки, за счет чего увеличивается производительность, так как в это время на станке появляется возможность обработки следующей заготовки. Также отпадает необходимость устанавливать и снимать заготовку в различные приспособления. Для сообщения шлифованной детали ультразвуковых колебаний частотно-модулированной формы необходим электрический сигнал, модулированный по частоте, который может быть получен с помощью специального генератора.Due to the ultrasonic vibrations reported to the workpiece during grinding with maximum amplitude, grinding forces, contact and local temperatures in the contact zone of the grinding wheel with the workpiece are reduced. Reducing local temperatures in the contact zone of the wheel with the workpiece allows you to improve the quality of the polished parts and to reduce the mass of metal deposits on the grain of the wheel, thereby increasing the durability of the grinding wheel and grinding performance. When frequency-modulated ultrasonic vibrations are superimposed on the workpiece, all sections of the surface layer of the workpiece oscillate with a maximum amplitude. The extended period of application of ultrasonic vibrations to the workpiece allows maximum removal of residual stresses from the workpiece and improves the operational characteristics of the machined part. This is ensured by the fact that after processing by grinding, the workpiece, together with the device for applying ultrasonic vibrations, is removed from the machine and ultrasound vibrations are continued to be applied to it outside the processing zone, thereby increasing productivity, since at this time it becomes possible to process the next workpiece on the machine . There is also no need to install and remove the workpiece in various devices. To communicate the polished part of ultrasonic vibrations of a frequency-modulated shape, an electric signal, modulated in frequency, is required, which can be obtained using a special generator.

На чертежах представлены: фиг.1 - схема способа плоского шлифования с наложением УЗК, фиг.2 - распределение амплитуд смещений A излучателя, заготовки и винта.The drawings show: FIG. 1 is a diagram of a method of flat grinding with superimposed ultrasonic testing, FIG. 2 is a distribution of the displacement amplitudes A of the emitter, workpiece and screw.

Заготовку 1 устанавливают в рамку 2, поджимают винтом 3 к торцу излучателя колебаний 4. Рамку 2 устанавливают на магнитную плиту 5 плоскошлифовального станка. Ультразвуковые колебания, генерируемые с помощью излучателя 4, сообщаются заготовке 1. Излучатель 4 установлен в корпусе 6, который установлен в кронштейне 7, жестко связанным с рамкой 2. Закрепленная заготовка 1 обрабатывается шлифовальным кругом 8. Размеры излучателя и винта выбирают такими, чтобы суммарная длина излучателя, заготовки и винта была равна длине волны УЗК, т.е. lи+lз+lв=λ, где lи, lз, lв - размер излучателя, заготовки, винта соответственно; λ - длина волны УЗК, а заготовка имела максимальную амплитуду колебаний. Минимальная амплитуда, равная нулю, имеет место в сечениях излучателя 4 и винта 3, где они контактируют с корпусом 6 и рамкой 2 соответственно, благодаря чему сведены к минимальной величине потери, связанные с распространением УЗК за пределы колебательной системы. Таким образом, заготовке сообщаются ультразвуковые колебания, в том числе частотно-модулированные, с максимальной амплитудой, что приводит к уменьшению коэффициента трения АЗ с заготовкой, сил шлифования, локальных температур, повышает работоспособность шлифовального круга и улучшает качество обработанных деталей.The workpiece 1 is installed in the frame 2, tighten the screw 3 to the end of the oscillation emitter 4. Frame 2 is installed on the magnetic plate 5 of the surface grinding machine. Ultrasonic vibrations generated by the emitter 4 are communicated to the workpiece 1. The emitter 4 is installed in the housing 6, which is installed in the bracket 7, rigidly connected to the frame 2. The fixed workpiece 1 is processed by the grinding wheel 8. The dimensions of the emitter and screw are chosen so that the total length emitter, workpiece and screw was equal to the wavelength of the ultrasonic testing, i.e. l and + l z + l in = λ, where l and , l z , l in - the size of the emitter, workpiece, screw, respectively; λ is the ultrasonic ultrasound wavelength, and the workpiece had a maximum oscillation amplitude. The minimum amplitude equal to zero occurs in the sections of the emitter 4 and screw 3, where they are in contact with the housing 6 and frame 2, respectively, due to which the losses associated with the propagation of ultrasonic testing beyond the limits of the oscillatory system are minimized. Thus, ultrasonic vibrations, including frequency-modulated ones, with a maximum amplitude are communicated to the workpiece, which leads to a decrease in the friction coefficient of the AZ with the workpiece, grinding forces, local temperatures, increases the efficiency of the grinding wheel and improves the quality of the machined parts.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа плоского шлифования с наложением УЗК следующей совокупности условий:The above information indicates that when using the claimed method of flat grinding with the imposition of ultrasonic testing of the following set of conditions:

- способ плоского шлифования с наложением УЗК, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в машиностроении, а именно на операциях плоского шлифования заготовок из различных материалов;- a method of flat grinding with the imposition of ultrasonic testing, embodying the claimed invention in its implementation, is intended for use in mechanical engineering, namely in the operations of flat grinding of workpieces from various materials;

- для заявленного способа плоского шлифования с наложением УЗК в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;- for the claimed method of flat grinding with the imposition of ultrasonic testing in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed;

- способ плоского шлифования с наложением УЗК, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем результата.- a method of flat grinding with the imposition of ultrasonic testing, embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the criterion of "industrial applicability".

Claims (1)

Способ плоского шлифования заготовки с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК), включающий установку заготовки в устройство для наложения УЗК, шлифование заготовки на станке, снятие упомянутого устройства с заготовкой со станка, непрерывное наложение УЗК на заготовку в процессе шлифования и после его окончания, отличающийся тем, что заготовку в устройстве для наложения УЗК прижимают к излучателю УЗК винтом, при этом обеспечивают максимальную амплитуду колебаний заготовки, а размеры излучателя и винта выбирают из условия равенства суммарной длины излучателя
Figure 00000001
, заготовки
Figure 00000002
и винта
Figure 00000003
длине волны
Figure 00000004
УЗК. The method of flat grinding a workpiece with superimposed ultrasonic vibrations (ultrasonic testing), including installing the workpiece in a device for applying ultrasonic testing, grinding the workpiece on the machine, removing the aforementioned device with the workpiece from the machine, continuously applying ultrasonic testing to the workpiece during grinding and after it, characterized in that the workpiece in the device for applying ultrasonic testing is pressed against the emitter of the ultrasonic testing device with a screw, while ensuring the maximum amplitude of oscillations of the workpiece, and the dimensions of the emitter and screw are selected from the condition of equality mm length of the emitter
Figure 00000001
blanks
Figure 00000002
and screw
Figure 00000003
wavelength
Figure 00000004
UZK.
RU2013131888/02A 2013-07-09 2013-07-09 Method for flat grinding with application of ultrasonic vibrations RU2543025C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013131888/02A RU2543025C2 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Method for flat grinding with application of ultrasonic vibrations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013131888/02A RU2543025C2 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Method for flat grinding with application of ultrasonic vibrations

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013131888A RU2013131888A (en) 2015-01-20
RU2543025C2 true RU2543025C2 (en) 2015-02-27

Family

ID=53280633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013131888/02A RU2543025C2 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Method for flat grinding with application of ultrasonic vibrations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2543025C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1087307A1 (en) * 1983-01-10 1984-04-23 Северо-Западный Заочный Политехнический Институт Grinding method
DE4203434A1 (en) * 1992-02-06 1993-08-12 Ppv Verwaltungs Ag METHOD AND DEVICE FOR GRINDING WORKPIECES
RU2276004C1 (en) * 2004-10-01 2006-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Grinding method
RU2293012C2 (en) * 2005-04-21 2007-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Combination method for working openings and apparatus for performing the same
RU2418671C2 (en) * 2008-10-24 2011-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of flat grinding with application of ultrasound oscillations

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1087307A1 (en) * 1983-01-10 1984-04-23 Северо-Западный Заочный Политехнический Институт Grinding method
DE4203434A1 (en) * 1992-02-06 1993-08-12 Ppv Verwaltungs Ag METHOD AND DEVICE FOR GRINDING WORKPIECES
RU2276004C1 (en) * 2004-10-01 2006-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Grinding method
RU2293012C2 (en) * 2005-04-21 2007-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Combination method for working openings and apparatus for performing the same
RU2418671C2 (en) * 2008-10-24 2011-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of flat grinding with application of ultrasound oscillations

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013131888A (en) 2015-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liang et al. Experimental study on brittle–ductile transition in elliptical ultrasonic assisted grinding (EUAG) of monocrystal sapphire using single diamond abrasive grain
JP6373935B2 (en) Method and system for locally adjusting residual stress in metal parts
WO2017065263A1 (en) Oscillation excitation method for langevin ultrasonic transducer, ultrasonic machining method, and ultrasonic transmission method
Akbari et al. Study on ultrasonic vibration effects on grinding process of alumina ceramic (Al2O3)
KR101889237B1 (en) Composite substrate and thicknesstendency estimating method for piezoelectric substrate
RU2543025C2 (en) Method for flat grinding with application of ultrasonic vibrations
RU2542209C1 (en) Method for flat grinding with application of ultrasonic vibrations
RU2418671C2 (en) Method of flat grinding with application of ultrasound oscillations
JP2011183510A (en) Ultrasonic-vibration-assisted grinding method and device therefor
RU2418670C2 (en) Method of round grinding with application of ultrasound oscillations
WO2017082350A1 (en) Method for exciting longitudinal/torsional vibration of langevin-type ultrasonic vibrator
RU2569865C1 (en) Method of round external polishing with ultrasound oscillations imposition
RU2529327C2 (en) Method of combined surface hardening
Liang et al. A feasibility study on elliptical ultrasonic assisted grinding of sapphire substrate
CN209970284U (en) Ultrasonic vibration destressing grinding and polishing equipment for weak rigid member
JP6010827B2 (en) Dicing apparatus and dicing method
RU2293012C2 (en) Combination method for working openings and apparatus for performing the same
RU2685323C1 (en) Grinding by the circle periphery method with longitudinal feed for several working strokes with the spark-out and with the ultrasonic vibrations imposition on the workpiece
JP2020028873A (en) Langevin type ultrasonic vibrator and method of supporting the same
CN110125735A (en) A kind of weak rigid member ultrasonic vibration destressing polishing grinding equipment and method
JP2015080847A (en) Ultrasonic working device
RU85390U1 (en) DEVICE FOR PRECISION POSITIONING WHEN PROCESSING A SURFACE OF A METAL PRODUCT
RU2617073C2 (en) Method of parts geometric parameters stabilization
JP2004351605A (en) Ultrasonic vibrating table
Liang et al. Two-dimensional ultrasonically assisted grinding of monocrystal silicon

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150710