Способ доводки цилиндрических отверстий во втулках

(19) (11) 4 В 23 В 1 00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ иуг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Авторское свидетельство СССРР 431967, кл. В 23 В 100, 1972.(54) СПОСОБ ДОВОДКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХОТВЕРСТИИ ВО ВТУЛКАХ(57) Изобретение относится к технологии машиностроения, предназначенодля прецизионной, обработки цилиндрических отверстий в металлах, кристаллах, органических твердых материалахособенно перспективно для изделий большой длины и с малыми диаметрами. Цельизобретения - повышение точностикачества за счет уменьшения некр лости, перекоса и конусности отверстия, улучшения микрогеометрии и упрочнения поверхности отверстия, снятие остаточных напряжений в объеме втулки, повышение виброустойчивости и вибропрочности обработки, улучшение центрирования инструмента, уменьшение нелинейных искажений и акустического шума. Для этого возбуждают ультразвуковое поле во втулке на частотах акустического волнового резонанса, на которых оси симметрии поля и втулки совпадают. При амплитуде упругих смешений, равной или большей минимального радиального зазора, концентрично деформируемая поверх-ность отверстия контактирует с инструментом, в результате чего происходит обработка отверстия. 1 з.п.ф-лы, С 5 ил., 1 табл.Изобретение относится к технологиимашиностроения и приборостроения иможет найти применение при прецизионной обработке отверстий в изделияхиз металлов, кристаллов и органических твердых материалов,Цель изобретения - повьппение точности и качества эа счет уменьшениянекруглости, перекоса и кокусностиотверстия, улучшения микрогеаметриии,упрочнения поверхности отверстия,снятия остаточных напряжений в объеме втулки, повышения виброустойчивости и вибропрачности обработки улучщения центрирования обрабатывающегоинструмента и снижения нелинейныхискажений и шума при обработке.Пространственное распределениеультразвукового поля на частотах радиального волнового резонанса имеетцилиндрическую симметрию с осями симметрии о , 2-го, 4-го, 8-га порядков и т,д. и идеально согласовано сцилиндрической геометрией отверстия, 25Этим обеспечивается цектрировакиеинструмента относительно оси симметрии втулки и устраняются геометрические погрешности отверстия, обусловленные некруглостью, конусностью и 30перекосом. Наличие минимума потенциальной энергии ультразвукового поляна оси симметрии и равенства кулюнедиагональных компонент текзоровупругих напряжений и деформаций обеспечивает необходимые и достаточныеусловия виброустойчивости обработки.Непериодичностью значений резонансных частот на радиальных модахобеспечивается подавление высших гар- омоник ультразвукового поля в источнике ультразвуковых колебаний. Вследствие этого частотный спектр во втул"ке имеет непериодическое распределение Бесселя, которое рассогласованас периодическим спектром Фурье. Врезультате ультразвуковое поле начастотах радиального волнового резонанса имеет пренебрежимо малые нелинейные искажения, что является усла 5 Овиями отсутствия других типов колебании снижающих Вибрапрочность обрабатываемой детали и инструмента, и сохранения динамической устойчивости,В результате сагласовакия распределения и коэФфициента концентрации ультразвукового поля с диаметром отверстия достигается эффективное вибрационное взаимодействие поверхностей вала и инструмента,при котором происходит жесткое контактирование по всей образующей поверхности, в результате чего может быть реализован режим нелинейного закона Гука без снижения виброустойчивости, Этим достигается эффективный ударный наклеп, при котором улучшается микрогеаметрия поверхности отверстия и осуществляется упрочнекие поверхности и приповерхностного слоя, происходит снятие остаточных напряжений в объеме втулки.Ударное контактирование на частотах радиального акустического резонанса приводит к импульсной модуляции спектра шума, возникающего ори механической и вибрационной обработке, в результате чего уровень шума снижается обратно пропорциональновеличине ЬС/ТФ.Следовательно, в данном способе при наличии ультразвукового поля происходит импульсная модуляция спектра шума, создаваемая дискретным контактированием поверхностей вала и отверстия, Следовательно, спектр шума практически данкен оставаться неиэмеи" кым, а уровень шума определяется постоянной составляющей периодической последовательности импульсов с периодом Т, и длительностью ЬС, т.е. уровень шума обусловленный относительным движением поверхностей икстЬумента и отверстия, должен снижаться пропорциональна величине С/Т,На фиг. 1 показано пространственное распределение ультразвукового поля на частотах акустического волново". го резонанса; на фиг. 2 - временная форма сигнала ультразвукового поля во втулке с периодом колебаний Т, с помощью которого осуществляется процесс обработки отверстия в моменты времени С; на фиг. 3 - спектральная диаграмма последовательности импульсов длительностьюС и периодом Т спектральная диаграмма показывает чта уровень и спектр шумов зависят от периода ультразвукавьи колебаний); на фиг. 4 - временнач диаграмма последовательности импульсов длительностью С и периодом Т временная диаграмма показывает зависимость постоянной составляющей от длительности импульсов д,С) на фиг. 5 - схема устройства для реализации способа.Устройство содержит источник 1 электрических колебаний, ультразвуковой преобразователь 2, втулку 3, устройство 4 контроля, которое может5 быть, например, оптическим (фиг.5), а также акустическим или тензометрическим устройством 4 регистрации упругих напряжений и деформаций, источник 5 света, 10В качестве источника электрических колебаний могут использоваться приборы мощностью 1-50 Вт, диапазоном частот 20-2000 кГц и амплитудным значением напряжения не менее 30 В. В 15 зависимости от внешнего диаметра втулки в качестве источника электрических колебаний при обработке втулок больших размеров можно использовать генератор сигналов ГЗс диапазоном 20 частот 20-200 10 Гц, а для втулок малых размеров генератор Г 4-42 с диапазоном частот 100-10000 кГц. совместно с широкополосным или перестраиваемым усилителями мощности. 25Среди устройств контроля распределения ультразвукового поля наиболее оптимальным являютсяполяризационнооптические устройства, которые в отли.- чие отакустических итензометрических ЗО измерительных приборов способны конт-, ролировать как динамические, так и ста-,. тические упругие напряжения и деформации в объеме изделия. Оптическая прозрачность изделий в диапазоне час тот Ы электромагнитного излучения зависит от электрических параметров материала изделия, которая определяется отношением проводимости к диг электрической проницаемости с 40При --- ) 1 среда считается проон 1Ьзрачной для частоты Ю . Например,= 910" ф/м возникает на частотеЫ109 Гц (рентгенооптический диапазон),Способ осуществляют следующим образом.50Жестко закрепляют обрабатываемуюдеталь и присоединяют к ее образующеч поверхности ультразвуковой преобразователь 2. Этот преобразовательэлектрически соединяют с источником1 электрических колебаний, на которомустанавливают частоту, вычисленнуюв соответствии с параметрами обрабатываемой втул.и. Устанавливают и сопрягают с втулкой устройство 4, контролирующее в ней распределение ультразвукового поля, и вводят инструмент в отверстие обрабатываемой втулки. Затем включают источник электрических колебаний и плавно или дискретно увег;ичивают амплитуду напряжения электрических колебанФ, прн которой амплитуда упругих смещений во втулке становится лостаточнои цля регистрации напряжений ультразвукового поля во втулке, одновременно контролируя распределение ультразвукового поля во втулке с помощью устройства контроля, Если ультразвуковое поле не соответствует заданному, то осуществляют подстройку частоты источника электрических колебаний до голучения рабочей частоты радиального волнового резонанса с цилиндрическим распределением ультразвукового поля, При получении заданного распределения приводят в движение (во вращение или возвратно-поступательное,перемещение) инструмент и начинают увеличивать амплитуду электрических колебаний да уровня. когда амплитуда радиальных упругих смещений станет равчой радиальному зазору. Этот момент можно регистрировать контрольно устройством, на котором в этом случае будет скачок изменения уровня контролируемого ультразвукового поля. Затем увеличивают амплитуду источника злектриче=ких колебаний до уровня, необходикога для устранения перекоса эксцентриситета и некруглости выключают источник электрических колебаний и контролируют остаточные напряжения в приповерхностном слое и в зависимости от допустимого уровня остаточных напряжений переходят к . одной из двух операций. При соответствич остаточных напряжений допустимьм значениям выводят инструмент из отверстия и контролируют его микро- геометрию и твердость, а при несоответствии остаточных напряжений допустимьм включают источник электрических колебаний и продолжают вибрационную обработку при остановленном инструменте.Нецилиндричность отверстия в способе будет зависеть от характера движения инструмента. Если инструмент совершает только вращение, то нецилиндричность отверстия будет зависеть от5 14 яецилиндричности продольного профиля Инструмента и цилиндричности распределения ультразвукового ноля вдоль оси втулки. Нецилиндричность ультраевукового поля зависит от нестабильности длины ультразвуковых колебаний Вдоль профиля втулки, которой соот" ветствует нестабиость частоты коебаний во втулке. Величины нестабиль ости длины волны и соответствующая й нестабильность частоты при уровне овременной технологии можно сделать остаточно малой. Кварцевые резонатоы имеют нестабильностьу меньшую О , При частоте колебаний 10 Гц истабильность длины волны по сечению езонатора составит6 ф 10 З мкм. встабильности частоты и длины волы во втулке зависят от обрабатываеого материала, распределения ультравукового поля и нагруженной добротости. Более дешевым средством уменьния нецилиндричности отверстия явяется возвратно-поступательное двиение инструмента, которое зфектив= о снимает выпуклости профиля отвертия. Некруглость отверстия в спосо-. е будет зависеть от отношения колеательной скорости упругих смещенийскорости вращения Ч инструмента я при ЧЧ может быть меньше, чем екруглость инструмента,Оценку шума в предлагаемом способе и прототипе оценивают через коэффициент Ьй/Т, который является отношением времени контактирования поверхностей инструмента и отверстияпериоду вибраций. Б прототипе конактирование образующих поверхностейнструмента и отверстия зависит от частоты вибрации изделия и инструмена в горизонтальной плоскости Гг период которой равен Тг = 1/Г,причем значение частоты вибрации й Иного меньше значений частоты ультраЗвуковых колебаний во втулке ТТ), которая лежит вне диапазона сльппимос- ФИ еСравнение основных характеристикпредлагаемого технического решения33 б 42 6 5 10 20 2 б ЗС ЗБ 40 и прототипа приведено н таблице.Характеристики предлагаемого решенияданы для частоты 10 Гц, для которойдостаточно просто получить усиленнуюна коэффициент концентрации амплитуду упругих смещений внутренней поверхности втулки порядка 1-10 мкм.Сравнение проведем для амплитудырадиальных упругих смещений О10 м. Формула изобретения 1. Способ доводки цилинцрическихотверстий во втулках, при котороминструмент вводят в обрабатываемоеотверстие и приводят инструмент вовращение или поступательное перемещение, воздействуют на втулку ультразвуковым полем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности и качества, до приведенияинструмента в движение воздействуютультразвуковыми колебаниями на внешнюю образующего поверхность втулкина частотах акустического волновогорадиального резонанса, на которыхпространственное распределение поляво втулке содержит только первыеварианты тензора упругих напряженийи деформаций, а радиальный коэффициент концентрации ультразвукового полясогласован с диаметром отверстия,устанавливают начальную амплитудурадиальных смещений, меньшую радиального зазора, образованного инстру- .ментом с поверхностью, затем .в процессе обработки при движении инструмента увеличивают амплитуду радиальньм смещений, одновременно отслеживаявыбранную частоту волнового радиального резонанса,2. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что повторно вводят инструмент в отверстие и при неподвижном инструменте воздействуют на поверхность втулки ультразвуковыми колебаниями.1433642 УвелиШеро" ховаСтепеньточно Де центр ир ование инстПарамет-. ры чение румента ДГ10 уменьшает остаточные напряжения дг ) 510 мкм Предлагаемыйспособ Частота, Ги период Тколебаний=10 1 цТ =10 с Время контактирования, Ьй, с Равно ра- диальному зазору ьг цля некруглости и нетостьповерхностиКс 1 мкм твердости поБринелюНВ, Х Уменьшениеостаточных напр я"кенийЬ бОсгЕецактор М,Бандур тор О.Кравц Подписноитета СССРткрытийнаб., д. изводственно-полиграфическое предприятие ВНИИПИ Госуд по делам 035, Иосква, ногоенийРаушс город, ул. Проектная, 4