SU1703417A1 - Способ чистовой обработки детали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к чистовой обработке деталей, в частности к способу без- абраэивной обработки поверхностей деталей из конструкционных сталей и легких сплавов, в том числе тонкостенных, за счет использовани  энергии УЗК. Целью изобретени   вл етс  повышение производительности при обработке конструкционных сталей и легких сплавов за один проход от исходной шероховатости RZ Ј 40 мкм до требуемых параметров поверхности детали Ra S 0,16 мкм. Способ чистовой обработки деталей заключаетс  в использовании энергии УЗК рабочего инструмента, который прижимают статическим давлением к полируемой поверхности детали, деталь вращают , а инструменту задают осевую подачу. Обработку деталей из конструкционных сталей и легких сплавов производ т за один проход, причем значение углов установки инструмента выбирают дл  конструкционных сталей / 15-25° и у 65-75°, дл  легких сплавов ft - 20-35 и у - 55-70°, а инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебани , при этом тангенциальную и осевую составл ющие амплитуды ультразвуковых колебаний назначают в пределах 2-5 мкм, а радиальную составл ющую амплитуды, результирующую амплитуду, а также подачу и скорость вращени  детали определ ют по математическим зависимост м. 2 ил. (/) С

Description

Изобретение относитс  к чистовой обработке деталей, в частности к способам безабразивной обработки поверхностей деталей из конструкционных сталей и легких сплавов, в том числе тонкостенных, за счет использовани  энергии УЗК.

Известны способы безабразивного полировани  с помощью энергии УЗК (авт. св. Ns 1242341, кл. В 24 В 39/04; 1st 1243931, кл. В 24 В 7/04. 29/00; № 207073, кл. В 24 В 39/04; № 1426764, кл. В 24 В 39/00).

Из приведенных авт. св. наиболее близким способом (прототипом) к предлагаемому  вл етс  изобретение по авт. св. № 1242341. По этому способу ось инструмента со сферической рабочей частью наклон ют

относительно нормали к поверхности детали в точке контакта с инструментом под углами / и уи прижимают с усилием к детали, которую вращают. Эта обща  установка и определ ет сходство прототипа с предлагаемым техническим решением.

Недостатками прототипа  вл етс  отсутствие расчета выбора оптимальных параметров углов р и у , подачи инструмента Зомакси линейной скорости заготовки VMBKC. позвол ющие за один проход значительно изменить исходную шероховатость Rz до требуемых параметров Ra.

К аналогу следует отнести изобретение по авт. св. ISb 1243931. По этому способу инструмент прижимают к полируемой поVJ

О

Ј

верхности с усилием 0,05-0,8 от предела текучести материала обрабатываемого издели  с осевыми колебани ми в пределах 0,2 ... 5,0 мкм, а скорость относительного продольного перемещени  инструмента и 5 заготовки составл ет 0,01 ... 0,8 м/с.

Недостатками аналога  вл етс  возможность полировани  только плоских поверхностей , что ограничивает номенклатуру обрабатываемых заготовок. Способ имеет 10 источник посто нной силы дл  создани  пластически деформированного состо ни  поверхностного сло , котора  в зависимости от материала и режима полировани  может измен тьс  от 0,05 до 0,8 от предела 15 текучести.

При данном способе параметры настройки Ј . 5о(мкм/об), V(M/C) колебательной системы наход тс  экспериментально и поэтому требуютс  предварительные иссле- 20 довани  по каждому материалу и по каждому режиму полировани .

Эти же недостатки относ тс  и к способу полировани  по авт. св. № 207073. По этому способу обрабатывающа  поверх- 25 ность прижата к обрабатываемой с удельным давлением, равным пределу текучести полируемого материала. Это требует больших усилий, а следовательно, и энергозатрат . В целом способ требует металлоемкой 30 установки, малопроизводителен, пригоден дл  деталей с достаточно большей жесткостью .

Оба способа имеют низкую производительность , поскольку не обеспечивают пол- 35 ирование за один проход, число которых будет существенно зависеть от соотношени  Rzaar/RznonЦелью изобретени   вл етс  повышение производительности при обработке 40 конструкционных сталей и легких сплавов за один проход от исходной шероховатости Ri 40 мкм до требуемых параметров поверхности детали Ra 0,16 мкм.

45

Дл  достижени  поставленной цели обработку конструкционных сталей и легких сплавов производ т за один проход от исходной Rz 40 мкм до требуемых параметров шероховатости поверхности детали 50 Ra 0,16 мкм. значени  углов установки выбирают дл  конструкционных сталей в 15-25° и у 65-75°, дл  легких сплавов р - «20-35° и у 55-70°, а инструменту сообща- ют продольные ультразвуковые колебани  (УЗК), при этом тангенциональную и осевую составл ющие амплитуды УЗК назначают в пределах 2-5 мкм, радиальную составл ющую амплитуды наход т из соотношений

X.Z

соз/

Ycos 2 у -I- sin 2 у

Јумин 0,5 RZsar + 2двт ,/

а результирующую амплитуду наход т выражению

,

причем подачу Зомвкс и скорость вращени  детали VMSKC определ ют из соотношени 

5о„акс 1 ИьЯгД6Т 10 3 ( мкм/об ) , заг

VMaKC 0,026 SoMai(c ( М/С) ,

где Јх , ЈY , Јz - соответствующие равнодействующей амплитуды по координатным ос м:

высотный параметр шероховатости поверхности детали после обработки;

Rz3ar исходна  шероховатость заготовки:

JH - диаметр инструмента, мм;

Ki - коэффициент уточнени . Ki - 1,25.

На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа: на фиг. 2 - схема образовани  шероховатости.

Предлагаемый способ реализуетс  следующим образом.

Полируема  деталь 1 (фиг. 1) устанавливаетс  в патроне шпиндел  или в центре станка и имеет вращательное движение с частотой п. Рабочий инструмент 2, присоединенный к торцевой части концентратора 3 колебательной системы 4, установлен на токарном станке.

С помощью специального приспособлени  продольную ось колебательной системы (фиг. 1) устанавливают под углами соответственно к координатным ос м ОХ в плоскости XOY (угол о), OY в плоскости XOY (угол /3), при этом а + р - 90°, и OZ в плоскости ZOR. перпендикул рной в XOY (угол

У).

В результате амплитуда УЗК рабочего

инструмента, возбуждаема  колебательной системой в направлении ее продольной оси будет раскладыватьс  на составл ющие Јх . Јv . Јz. определ емые из сооношений

$-Y$i+ +li-4.

Јx.Y X+fz;

ЈY |slny |x | sin у Јz Ј cos у;

Јv ... sin у-cos/ & z cos2y +

ходный профиль шероховатости поверхности заготовки будет разглаживатьс  до средней , линии профил  (фиг.2, здесь крива  5 - профиль шероховатости заготовки, кри- ва  б - профиль шероховатости после полировки ). На этом основании определено минимальное значение составл ющей Јумин

,

мин

, р « Л + Rz3ar

В предлагаемой схеме безабразивного полировани  об зательной  вл етс  радиальна  составл юща  Јv . определ юща  глубину пластически деформируемого поверхностного сло , а также тангенциальна  составл юща  Јz или осева  Јх. или их равнодействующа  Јx.z. осуществл ющие разглаживание поверхностного сло  дл  за- полнени  впадин микропрофил  шероховатости за счет его выступов.

Экспериментально установлены значени  углов #иу:

дл  конструкционных сталей

уЗопт 15...25°; уот 65...75°;

дл  легких сплавов

Д)пт-20...35°;уопт 55...70°.

Статическое давление в рассматриваемой схеме имеет задачу обеспечить контакт в процессе полировани  рабочего инструмента с полируемой поверхностью и составл ет всего 5-10 кг.

Основной технологической задачей рассматриваемого способа безэбразивного полировани   вл етс  достижение полируемой поверхностью параметра шероховатости RB 0,16 мкм за один проход при исходной шероховатости поверхности от исх 2 мкм до RZ 40 мкм.

Решение этой главной технологической задачи зависит от таких факторов, как величины составл ющих амплитуд Јv , Јх , Јz , Јх . z . a также от параметров режимов полировани  подачи 5(мм/об), V(M/C).

Что касаетс  амплитуд Јх и Јz или их равнодействующей Јx.z. то они  вл ютс  разглаживающими профиль шероховатости полируемой поверхности, и главное требование , которое может быть предъ влено к их величинам, состоит в том, чтобы не допускать износовых процессов. Это условие определ ет малые величины указанных амплитуд, составл ющих по результатам проведенных исследований от 2 до 6 мкм.

Установлено, что оптимальна  величина Rz(R«) профил  шероховатости полируемой поверхности при всех прочих равных услови х достигаетс  при условии, что ис

В данном способе чистовой обработки главное движение, непосредственно осуществл ющее процесс полировани , соверша- ет инструмент-шарик под воздействием УЗК. Скорость этого главного движени  определ етс  выражением

V 2jr-f Ј 10 Ч м/с)

и находитс  в диапазоне 1-4 м/с, где f - частота колебаний УЗК, Гц;

Ј- результирующа  амплитуда, мкм. Движение подачи складываетс  из круговой подачи Укр, обеспечиваемое вращением обрабатываемой детали с частотой п(об/мин) и осевой (продольной) подачи Зпрод:

..   D п f , -.. v P TrwrrRn(M/c),

1000 60

SlDOA

юб 60

(М/С).

где О - диаметр обрабатываемой детали, мм;

So - подача, мкм/об.

Высотный параметр шероховатости обработанной поверхности Кадет ( Кхдет ) в осевом направлении будет определ тьс  величиной подачи So. диаметром отпечатка do и глубиной лунки h, образованных рабочим

инструментом в процессе обработки, а также параметром шероховатости обрабатываемой заготовки Rz3arДл  расчета 5ОМако обеспечивающей решение главной технологической задачи, рекомендуетс  соотношение

Зомакс Ki 4 рКгдет С1и-103( мкм/об )

R,

где dn - диаметр инструмента-шарика, мм;

Ki - коэффициент, учитывающий упрощени  при выводе уравнени , Ki 1,25.

Дл  обеспечени  одинакового значени  Яадет в осевом направлении и в направлении образуемого винтовой канавкой прин то равенство

SOMBICC MKM/0& So МКМ/ДВ.ХОД, I

где So - путь, проходимый в направлении винтовой канавки за один двойной ход инструментом , совершающим УЗ К.

Vp

10е мкм/дв.ход

Принима  f - 20 кГц и внос  необходимые поправки, получим уравнени  дл  расчета параметров круговой подачи

Пмакс - 4,6

5омакс

10 об/мин

VMaxc ° 0.026 Зомакс М/С

Дл  ориентировани  в таблице даны расчетные величины Зомакс- мак, V/макс дл  различных Rzaar и RznoA ПРИ полировании за один проход поверхности D - 70 мм рабочим инструментом dM ™ 12 мм.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ чистовой обработки детали, при котором инструменту собщают продольную подачу, а его ось устанавливают под углами ft иук нормали соответственно в плоскости, проход щей через ось вращени  детали и точку контакта поверхности детали с инструментом , и в плоскости, проход щей через указанную точку, перпендикул рно оси вращени  детали, и инструмент с усилием прижимают к детали, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительно0

   сти при обработке конструкционных сталей и легких сплавов за один проход от исходной шероховатости Rz 5 40 мкм до требуемых параметров поверхности детали Ra 0,16 мкм, значени  углов установки выбирают дл  конструкционных сталей/ 15- 25° ИХ 65-75°, дл  легких сплавов / 20-35° и у 55-70°, 8 инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебани , при этом тангенциальную составл ющую амплитуды ультразвуковых колебаний назначают в пределах 2-5 мкм, радиальную составл ющую наход т из соотношени 

   sin у cos/

   20

   4os2y + sln2y sin2/

   а результирующую амплитуду наход т из выражени 

   Ј Va.z+a

   25

   причем подачу S и скорость вращени  детали V отпредел ют из соотношений

   К.1

   4 -R

   Двт

   zsar

   dM 10

   Умакс - 0,024 5ома««

   где |х , ЈY , Јz - составл ющие равнодействующей амплитуды по координатным ос м;

   Ргдвт - шероховатость поверхности детали после обработки;

   Rzaar исх°Дна  шероховатость заготовки;

   4и - диаметр инструмента, мм.

   Продольна  ось колебательной, системы

   2

   i

   1 5г-

   Фм.1

   Фм.2