Способ чистовой обработки детали

(51)з В 24 В 39/О 17 А ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССРМ 1242341, кл. В 24 В 39/04, 1984.(54) СПОСОБ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ(57) Изобретение относится к чистовой обработке деталей, в частности к способу беэабраэивной обработки поверхностейдеталей из конструкционных сталей и легких сплавов, в том числе тонкостенных, засчет использования энергии УЗК. Цельюизобретения является повышение производительности при обработке конструкционных сталей и легких сплавов эа один проходот исходной шероховатости В40 мкм дотребуемых параметров поверхности детали Изобретение относится к чистовой обработке деталей, в частности к способам безабразивной обработки поверхностей деталей из конструкционных сталей и легких сплавов, в том числе тонкостенных. за счет использования энергии УЗК,Известны способы беэабразивного полирования с помощью энергии УЗК (авт, св. М 1242341, кл. В 24 В 39/04; В 1243931, кл. В 24 В 7/04, 29/00; М 207073, кл. В 24 В 39/04; М 1426764, кл, В 24 В 39/00),Из приведенных авт. св, наиболее близким способом (прототипом) к предлагаемому является изобретение по авт, св. М 1242341. По этому способу ось инструмента со сферической рабочей частью наклоняют йв 5 0,16 мкм. Способ чистовой обработки деталей заключается в использовании энергии УЗК рабочего инструмента. который прижимают статическим давлением к полируемой поверхности детали, деталь вращают, а инструменту задают осевую подачу, Обработку деталей иэ конструкционных сталей и легких сплавов производят за один проход, причем значение углов установки инструмента выбирают для конструкционных сталей /)-15 - 25 и-75,для легких сплавов Р - 20-35 и у - 55-70, а инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебания, при этом тангенциальную и осевую составляющие амплитуды ультразвуковых колебаний назначают в пределах 2-5 мкм, а радиальную составляю щую амплитуды, результирующую амплитуду, а также подачу и скорость вра-, (Л щения детали определяют по математиче- С ским зависимостям. 2 ил. относительно нормали к поверхности дета- О ли в точке контакта с инструментом под уг- (ь) лами Р и уи прижимают с усилием к детали. ф которую вращают. Эта общая установка и определяет сходство прототипа с предлага- семым техническим решением.Недостатками прототипа является отсутствие расчета выбора оптимальных параметров углов ри у, подачи инструмента ф Яовк и линейной скорости заготовки Чмвке, позволяющие за один проход значительно изменить исходную шероховатость й до требуемых параметров йв.К аналогу следует отнести изобретение по авт, св. М 1243931, По этому способу инструмент прижимают к полируемой по 1703417верхности с усилием 0,05-0,8 от пределатекучести материала обрабатываемого изделия с осевыми колебаниями в пределах0,25,0 мкм, а скорость относительногопродольного перемещения инструмента и 5заготовки составляет 0,010,8 м/с,Недостатками аналога является воэможность полирования только плоских поверхностей, что ограничивает номенклатуруобрабатываемых заготовок, Способ имеет 10источник постоянной силы для созданияпластически деформированного состоянияповерхностного слоя, которая в зависимости от материала и режима полированияможет изменяться от 0,05 до 0,8 от предела 15текучести.При данном способе параметры настройки ф, 50(мкм/об, Ч(м/с) колебательной системы находятся экспериментально ипоэтому требуются предварительные исследования по каждому материалу и по каждому режиму полирования,Эти же недостатки относятся и к способу полирования по авт. св, М 207073. Поэтому способу обрабатывающая поверхность прижата к обрабатываемой с удельным давлением, равным пределу текучестиполируемого материала. Это требует больших усилий, а следовательно, и энергозатрат. В целом способ требует металлоемкой 30установки, малопроиэводителен, пригодендля деталей с достаточно большей жесткостью,Оба способа имеют низкую производительность, поскольку не обеспечивают полирование за один проход, число которыхбудет существенно зависеть от соотношения Й,а,/В.Целью изобретения является повышение производительности при обработке 40конструкционных сталей и легких сплавов заОдин проод от исходной шероховатости й,с:40 мкм до требуемых параметров поверхности детали Ра0,16 мкм.45Для достижения поставленной цели обработку конструкционных сталей и легких сплавов производят за один проход от исходной В40 мкм до требуемых параметров шероховатости поверхности детали йа0,16 мкм, значения углов установки выбирают для конструкционных сталей ф= =15-25 и у= 65-750, для легкихсплавовф - 35 и у=55-70, а инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебания (УЗК), при этом танген циональную и осевую составляющие амплитуды УЗК назначают в пределах 2-5 мкм, радиальную составляющую амплитуды находят иэ соотношений зп созсозу+ з 1 пу зи 2 фЦмин0 5 ЕзаГ + Едет,а результирующую амплитуду находят повыражениюпричем подачу Яоак, и скорость вращениядетали Чмакс определяют из соотношения5 амакс =к 1 - к -- би 10 (мкм/06); Н гдет 1 Г, з дзаг Чмакс = 0.026 Яомакс ( м/с),где фх, Ь, 4 г - соответствующие равнодействующей амплитуды по координатным осям;Вд- высотный параметр шероховатости поверхности детали после обработки;В 73 а( исходная шероховатость заготовки:би - диаметр инструмента, мм;К 1 - коэффициент уточнения, К 1 - 1,25, На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 - схема образования шероховатости.Предлагаемый способ реализуется следующим образом.Полируемая деталь 1 (фиг. 1) устанавливается в патроне шпинделя 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 приспособления продольную ось колебательной системы (фиг. 1) устанавливают подуглами Риу соответственно к координатным осям ОХ в плоскости ХОУ (угол а), ОУ в плоскости ХОУ (угол Р), при этом а + Р - 900, и 02 в плоскости ЕОЙ, перпендикулярной в ХОУ (угол у)В результате амплитуда УЗК рабочего инструмента, возбуждаемая колебательной системой в направлении ее продольной оси будет раскладываться на составляющие 4 х, Вч М 2, определяемые из сооношений35 х- у+.2 у иР В предлагаемой схеме беэабразивногополирования обязательной является радиальная составляющая фу, определяющаяглубину пластически деформируемого поверхностного слоя, а также тангенциальнаясоставляющая Яг или осевая фх, или их равнодействующая 4 х,г, осуществляющиераэглаживание поверхностного слоя для заполнения впадин микропрофиля шероховатости эа счет его выступов,Экспериментально установлены значения углов д И У:для конструкционных сталейРопт - 15.25 о; Уопт - 6575;для легких сплавов/опт - 20".35 о: Уопт = 5570 оСтатическое давление в рассматриваемой схеме имеет задачу обеспечить контактв процессе полирования рабочего инструмента с полируемой поверхностью и составляет всего 5-10 кг.Основной технологической задачейрассматриваемого способа безабразивногополирования является достижение полируемой поверхностью параметра шероховатости йа0,16 мкм эа один проход приисходной шероховатости поверхности отйа,- 2 мкм до йа - 40 мкм.Решение этой главной технологической задачи зависит от таких факторов, как величинысоставляющих амплитуд 4 у, х . 4 г, 4 х, г, атакже от параметров режимов полированияподачи Я(мм/об), Ч(м/с).Что касается амплитуд х иг или ихравнодействующей фх,г, то они являютсяразглаживающими профиль шероховатостиполируемой поверхности, и главное требование, которое может быть предъявлено ких величинам, состоит в том, чтобы не допускать иэносовых процессов. Это условие определяет малые величины указанныхамплитуд, составляющих по результатампроведенных исследований от 2 до 6 мкм,Установлено, что оптимальная величина Й,(йа) профиля шероховатости полирувмой поверхности при всех прочих равныхусловиях достигается при условии, что исходный профиль шероховатости поверхности заготовки будет разглаживаться до средней, линии профиля фиг,2, здесь кривая 5 - прориль шероховатости заготовки, кри еая 6 - профиль шероховатости после полировки). На этом основании определено минимальное значение составляющей у,В данном способе чистовой обработкиглавное движение, непосредственно осуществляющее процесс полирования, соверша ет инструмент-шарик под воздействиемУЗК. Скорость этого главного движения определяется выражением Ч =2 д 110 (м/с) и находится в диапазоне 1-4 м/с,где 1 - частота колебаний УЗК, Гц;ф - результирующая амплитуда, мкм.Движение подачи складывается из круговой подачи Чар, обеспечиваемое вращением обрабатываемой детали с частотой п(об/мин) и осевой (продольной) подачи репрод.30 Зтрод ( м/С ),1060где О - диаметр обрабатываемой детали,мм;Зо - подача, мкм/об.40 Высотный параметр шероховатости обработанной поверхности Йадвт ( йадет )осевом направлении будет определяться величиной подачи Зо, диаметром отпечатка бои глубиной лунки Ь, образованных рабочим45 инструментом в процессе обработки, а также параметром шероховатости обрабатываемой заготовки й,аг,Для расчета Яоа обеспечивающейрешение главной технологической задачи,50 рекомендуется соотношение Яоккк = К 1Он10 (мкмlОб)Йкааг 55где би - диаметр инструмента-шарика, мм;К 1 - коэффициент, учитывающий упрощения при выводе уравнения, К = 1,25.Для обеспечения одинакового значенияЙад, в осевом направлении и в направле, ОЗ Чмакс 0,024 Яома 30 где х,Ь,ф. - сос вующей амплитудыЙлдет шерохов 35 тали после обработЙаа, - исходная а, мм. нии образуемого винтовой канавкой принято равенство Яомакс мкм/Обф Яо мкм/дв.хОд,5 где Яо - путь, проходимый в направлении винтовой канавки за один двойной ход инструментом, совершающим УЗК,Яо =-10 мкм/дв.ход, Ч в Принимая 1 - 20 кГц и внося необходимые поправки, получим уравнения для расчета параметров круговой подачи15 смаке - 4,6 - о - " 1 О об/мин Чмакс 0,026Яомакс м/с.Для ориентирования в таблице данырасчетные величины Яомакс, пмакс, Чмакс дляразличных Йгаа, и Йаопри полировании заодин проход поверхности О -70 мм рабочим 25инструментом ди - 12 мм. Формула изобретения Способ чистовой обработки детали, при котором инструменту собщают продольную подачу, а его ось устанавливают под углами ф Ик нормали соответственно в плоскости, проходящей через ось вращения детали и точку контакта поверхности детали с инструментом, и в плоскости, проходящей через указанную точку, перпендикулярно оси вращения детали, и инструмент с усилием прижимают к детали, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности при обработке конструкционных сталей и легких сплавов за один проход от исходной шероховатости В40 мкм до требуемых параметров поверхности детали Й,0,16 мкм, значения углов установки выбирают для конструкционных сталейф = 15- 25 и у - 65-75, для легких сплавов ф- "20-35 и у-70, а инструменту сообщают продольные ультразвуковые колебания, при этом тангенциалъную составляющую амплитуды ультразвуковых колебаний назначают в пределах 2 - 5 мкм, радиальную составляющую находят иэ соотношения соз у+ з 1 п 2 у з 1 п р а результирующую амплитуду находят из выражения причем подачу 3 и скорость вращенияли Ч отпределяют из соотношений тавляющие равнодейстпо координатным осям; атость поверхности деки;шероховатость заготови; би - диаметр инструм17034 17 Составитель Л,КарповТехред М,Моргентал бкова орректор Н,Король едакт водственно-издательский комбинат "Патент од. ул. Гагарина, 1 аз 21 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5