Способ шлифования

(50 4 В 24 В 1 00 САНИЕ ИЗОбРЕТЕНИ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Северо-Западный заочный политехнический институт и Всесоюзный научноисследовательски й институт абразивов ишлифования(57) Изобретение относится к шлифованиюдеталей кругом, работающим своей периферийной поверхностью. С целью повьциенияпроизводительности путем управления устойчивостью процесса на поверхность деталив местах контакта с вершинами абразивныхзерен круга со стороны их врезания в плоскости сдвига материала воздействуют с ультразвуковой частотой лучом лазера. Интенсивность излучения луча лазера распределяют по линии контакта круга с деталью и разогревают тонкий слой металла, например толщиной 1 - 1,5 мкм, в плоскости сдвига до температуры плавления металла. При этом уменьшаются силы трения и сдвига, снижается эффективная мощность резания, что позволяет увеличить режимы и производительность обработки без опасения роста автоколебаний. Для полного подавления автоколебаний возникающих в процессе шлифования, воздействие лазерного луча при ультразвуковой частоте следования импульсов прерывают с частотой, превышающей в 1,1 - 1,4 раза низшую собственную частоту изгибных колебаний элементов , пругой системы СПИД. Скважность прерывистого воздействия луча лазера монотонно изменяют нечетное число раз в течение одного оборота круга. 2 3. п. ф-лы, 3 ил.51 О К; т К;и 1Изобретение относится к обработке металлов шлифованием, в частности к обработке металлов шлифованием с предварительным подогревом обрабатываемой детали.Целью изобретения является повышение производительности обработки за счет управления устойчивостью процесса путем воздействия с ультразвуковой частотой лучом лазера на поверхность детали в местах контакта с вершинами абразивных зерен круга со стороны их врезания в плоскости сдвига материала.На фиг. 1 показана схема лазерно- абразивного шлифования; на фиг, 2 - схема образования стружки при резании единичным абразивным зерном; на фиг. 3 - периодичность воздействия луча лазера на металл.На схеме показан шлифовальный круг 1, установленный на шпинделе 2 шлифовальной головки 3, обрабатываемая деталь 4, излучатель 5 лазера, система 6 преобразования луча, содержащая телескопическую систему, цилиндрическую линзу и поворотное зеркало, размещенное вблизи шлифовальной головки 3, и лазерный луч 7 с распределенной интенсивностью излучения по ширине шлифуемого участка детали 4. В процессе шлифования кругу 1 сообщают вращение с окружной скоростью Р.р, например, равной 35 м/с, а детали вращения - с окружной скоростью К, равной 35 - 50 м/мин. Абразивные зерна 8 (фиг. 2) на периферии рабочей поверхности круга 1 вводят в контакт с обрабатываемой поверхностью детали 4, которой сообщают подачу, например, на врезание со скоростью 10 - 20 мкм/на оборот детали. В месте контакта вершины абразивных зерен 8 круга 1 на металл воздействуют с ультразвуковой частотой лучом 7 лазера под углом р сдвига металла к плоскости резания по линии контакта зерен круга 1 с деталью на слой Л 5 металла толщиной, равной минимальной ширине луча 7 лазера, например 1 мкм. Угол р наклона луча 7 лазера к плоскости резания выбирают в диапазоне угла сдвига материала р:6 - 20, возникающего в процессе срезания металла абразивными зернами 8 круга 1, например= 15. При этом лучом 7 лазера с распределенной интенсивностью изучения по ширине шлифуемого участка детали разогревают тончайший слой Л 5 металла на участке контакта вершин абразивных зерен 8 круга 1 по линии его контакта до температуры плавления поверхностного слоя металла. Длительность воздействия М (фиг. 3) луча 7 лазера и интенсивность его энергии выбирают из условия разогрева поверхностного слоя Л 5 металла в плоскости его сдвига до температуры плавления металла. Например, лучом лазера воздействуют с ультразвуковой частотой 20 кГц при длительности излучения Л 1 = 0,0003/с. Ультразвуковое воздействие луча лазера прерывают с частотой, превышающей в 1,1 - 1,4 раза низшую 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 2собственную частоту изгибных колебаний детали, установленной в приспособлении или шпинделе 2 с кругом 1, например с частотой 500 Гц. При этом скважность К=Т- (фиг. 3) прерывистого ультразвукового воздействия луча выбирают равной 1,05 - 1,3. В другом варианте скважность прерывистого ультразвукового воздействия луча лазера монотонно изменяют нечетное число раз в течение одного оборота круга по зависимости где т и п - натуральные числа.Например, при монотонно увеличиваю- шейся скважности (т = 14, и = 15) ультразвуковое воздействие луча лазера прерывают в зависимости от скорости резания и диаметра шлифовального круга 5, 7, 9 или 11 и т. д, раз за один оборот круга. При этом скважность при Т= 0,002 с и ЛТ = 1,9; ЛТ = 1,77; ЛТз = 1,66; ЛТ 4 = = 1,55 с составляет К = 1,05; К = 1,125; Кз = 1,205 и К 4 = 1,29. В процессе тонкого шлифования и режима выхаживания воздействие луча лазера на металл прекращают. Воздействие лазерного луча на металл изменяет характеристики силы трения в контакте круга с деталью и повышает устойчивость процесса. Кроме того, кратковременное случайное воздействие лазерного луча на вершины абразивных зерен устраняет налипание металла на зерна и способствует улучшению самозатачиваемости кромок абразивных зерен, а также повышает режущие свойства зерен с металлическими включениями. Малая длительность Л 1 луча обеспечивает максимальную концентрацию тепловой энергии лазерного луча при минимальном ее расходе на разогрев металла до температуры плавления и снижает расход энергии лазерного луча. Прерывание воздействия лазерного луча с частотой, превышающей в 1,1 - 1,4 раза низшую собственную частоту элементов упругой системы, обес печивает периодическое изменение силы резания с этой же частотой и полностью подавляет автоколебания, т. е. повышается виброустойчивость процесса. Изменение скважности прерывистого воздействия луча лазера по предлагаемому закону расширяет технологические возможности предлагаемого способа шлифования деталей разной массы и жесткости. Воздействие луча лазера на металл по любому желаемому закону по заданной программе позволяет управлять процессом шлифования и подавлением авто- колебаний и повышать производительность обработки. Прерывание воздействия лазерного луча с частотой, превышающей более чем в 1,4 раза низшую собственную частоту упругой системы, например в 1,5 раза, оказывает более слабое влияние на подавлениезера на металл по любому желаемому закону позволяет управлять автоколебаниями и устойчивостью процесса шлифования.При воздействии лазерного луча 7 со стороны врезания абразивных зерен на тонкий слой Л 5 металла в месте контакта с вершинами абразивных зерен 8 круга 1 в плоскости сдвига металла и разогреве этого слоя до температуры плавления ослабляются внутренние связи в металле между основным материалом детали и срезаемым поверхностным слоем, а также уменьшается пластическая деформация металла, окружающего слой Л 5 металла. За счет этого уменьшается сила внешнего трения между абразивными зернами и металлом и сила внутреннего трения в металле, а следовательно, уменьшается работа на трение и срезание материала. При этом уменьшается износ абразивных зерен круга, увеличивается количество активно работающих абразивных 40 45 50 55 автоколебаний. Если в последнем случае скважность К воздействия лазерного луча более 1,3, то положительный эффект от прерывания воздействия лазерного луча может не проявляться. В случае, когда прерывание воздействия лазерного луча осуществляют с частотой, равной или ниже собственной частоты упругой системы, переменные силы резания способствуют развитию самовозбуждающихся вибраций и эффективность процесса ниже, чем шлифование без пре О рывания воздействия лазерного луча. В связи с возможным изменением собственной частоты в процессе износа круга и изменением натяга и динамической податливости системы полное подавление автоколебаний, максимальный эффект и надежность способа проявляются при прерывании воздействия лазерного луча с частотой, превышающей в 1,1 раза низшую собственную частоту упругой системы. Прерывание воздействия луча лазера с изменением скважности по предлагаемому периодическому закону нечетное число раз за один оборот круга вызывает изменение силы резания, не кратной частоте вращения круга с широким спектром частот, которые превышают собственную частоту упругой системы. При этом расширяются 25 технологические возможности предлагаемого способа шлифования деталей равной массы и жесткости, т. е. появляется возможность использования его на станках, имеющих различную величину собственных колебаний, без перестройки частоты следования импульсов лазера (ультразвуковой) в пределах пакета импульсов, В результате использования изменения ультразвуковой частоты следования импульсов лазера повышается стойкость круга между двумя правками и появляется дополнительно возможность увеличивать . режимы и производительность обработки без опасения самовозбуждения вибраций и ухудшения качества обрабатываемой поверхности. Воздействие луча лазерен, которые срезают материал в разупрочненном-расплавленном слое, уменьшается расход энергии на шлифование, повышается скорость съема материала и производительность обработки. Совместное воздействие лазерного луча 7 и вершин абразивных зерен 8 круга 1 на поверхностный слой шлифуемой детали повышает микротвердость поверхностного слоя, т. е. улучшается качество обрабатываемой поверхности и повышается износоустойчивость поверхности детали. В момент случайного воздействия лазерного луча на быстро перемещающееся абразивное зерно 8 луч частично рассеивается на окружающий его металл. В случае воздействия луча лазера на абразивные зерна, содержащие металлические включения, облегчается процесс их самозатачивания. Частотное воздействие лазерного луча на вершины абразивных зерен исключает налипание на них металла и засаливание круга. Предлагаемый способ лазерно-абразивного шлифования труднообрабатываемых высокотвердых материалов может осуществляться шлифовальными кругами с абразивным материалом нормальной твердости, например с электрокорундовым зерном. Поэтому при использовании способа возможна замена алмазных и эльборных шлифовальных кругов на обычные электрокорундовые.Формула изобретения1. Способ шлифования, при котором обрабатываемую поверхность детали нагревают и обрабатывают вращающимся шлифовальным кругом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности обработки за счет управления устойчивостью процесса, нагрев осуществляют в месте контакта шлифовал ьного круга и детали со стороны врезания абразивных зерен круга лучом лазера с ультразвуковой частотой следования импульсов, при этом интенсивность его излучения распределяют по линии контакта круга с деталью, а разогрев слоя металла производят в плоскости сдвига материала до температуры его плавления.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие лазерного луча с ультразвуковой частотой следования импульсов прерывают с частотой, превышающей в 1,1 - 1,4 раза низшую собственную частоту изгибных колебаний элементов упругой системы СПИД.3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что скважность К прерывистого воздействия лазерного луча монотонно изменяют нечетное число раз в течение одного оборота круга по зависимостиЩ К и где т и д - натуральные числа.ель А. Шерес Р по дел аушская иятие, г. Состави Тсхред И. В Тираж 712 комитета ССС ж - 35, Р ческое пречпр