Способ обработки деталей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 178775 24 С 1/00 РЕТЕ стеи спо ость час воздейс спечивая абатыва ока, при ьзуют ко сами аб орых ме Сть ЭТОГ- 1)й 9, где ц, м/с; рж- средняя й - радиус рхности м ия, м/с, 2 согласно формуле Чна ф -Рч. Ччаст - скорость плывущих части- плотность жидкости, кг/м; рц3,плотность твердых частиц, кг/мкривизны обрабатываемой пове9 - ускорение свободного падеил;, 2 табл. поверхности деталей. Недостатками известного способа являются низкое качество обработки и нестабильность качественных характеристик на обработанной поверхности, а также невозможность качественной обработки тонкостенных и хрупких деталей сложного профиля.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ абразивной обработки наружной поверхности. Сущность данного способа заключается в том, что щелевым соплом формируют поток рабочего агента и подают параллельно образующей обрабатываемой поверхности, которую приводят во вращение относительно продольной оси.в направлении подачи рабочего агента, причем с целью повышения качества ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Физико-технический институт АН БССР(56) Авторское свидетельство СССР(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ. именно при отделочной и эачистной обработках для выполнения финишно-отделочных операций, особенно для деталейбольшого размера, сложного профиля, тонкостенных и хрупких, а также острых кромокс достижением высокого качества обработанных поверхностей, Сущность изобретения состоит в том, что с целью улучшениякачества обработки и расширения технолоИзобретение относится к машиностроению, а именно к.способам отделочной и . зачистной обработки, и может быть использовано для выполнения финишно-отделочных операций, особенно для тонкостенных и хрупких деталей больших размеров, сложного профиля, а также острых кромок с достижением высокого качества обработанных поверхностей,Известен такой способ отделочной обработки, как гидроабразивный метод. Сущность данного способа заключается в комплексном физико-химическом воздействии на поверхность детали твердыми телами и жидкостной средой, подаваемыми струей сжатого воздуха под большим давлением. Смесь жидкости и твердых тел в виде суспензии под действием сжатого воздуха подается через сопло на обрабатываемые ГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНО тываемую поверхн ную в жидкость твердых тел, обе перемещение обр сти и данного пот твердых тел испол зивных частиц или цы, плотность кот жидкости, а скоро саба, на обрабатично погружентвуют потокомотносительное емой поверхноэтом в качестве нгломерат абраразивные частиньше плотности о потока задаютобработки поршневых колец путем исключения наклепа обработанной поверхности, щелевое сопло устанавливают. горизонтально и совмещают нижнюю кромку отверстия сопла с плоскостью, касательной к направ.ляющей обрабатываемой поверхности, а йоверхность детали экранируют отражателем потока рабочего агента, который устанавливают науровне верхней кромки отверстия-сопла.Недостатками данного способа являются низкое качество обработки и нестабиль 10 костенных и хрупких деталей сложного профиля и стабильной равномерной обработки деталей больших размеров.Указанные недостатки обусловлены тем, что для хрупких, тонкостенных и слож 20 нопрофильных деталей часто неприемлемы как ударнодинамические силовые нагрузки, создаваемые подаваемой под большим давлением струей суспензии(так как при малом давлении последней не будет происходить эффективно процесс зачистки), так и нерав номерность усилий микрореэания по криволинейной обрабатываемой поверхности. Указанные недостатки способа-прототипа характерны для большинства струйных ме 30 тодов обработки. Надо также отметить, что хотя способ-прототип и предусматривает подачу потока рабочего агента параллельно образующей обрабатываемой поверхности, но реальные движения абразивных частиц внутри потока во время обработки остаются хаотичными и разнонаправленными, особенно в зоне вблизи геометрической образующей, а анализ прототипа позволяет сделать выводо том, что микросьем металла с поверхности заготовки абразивные частицы осуществляют не касательно образующей, а под некоторым, хотя и малым углом к ней, При этом интенсивность обработки неравномерна как в самом сечении подаваемой струи, так и при ее перемещенйи отно 40 45 сительно обрабатываемой поверхности, что наиболее отрицательно сказывается тогда, когда требуется получить минимальную шероховатость и равномерную на поверхности больших размеров. Микроцарапание или 50 микродеформации, осуществляемые твердыми телами, происходит в различных, хаа тически избранных направлениях, а усилия для микрорезания находятся в широком диапазоне и сильно зависят от размеров частиц, их массы, давления подачи жидкости,что также сних 4 ает качество обработанной поверхности и не обеспечивает ее равномерного, стабильного и упорядоченного ность качественных характеристик наобработанной поверхности, кроме того, невозможность качественной обработки тон микрорельефа. Также к числу недостатковпрототипа можно отнести то обстоятельство, что шероховатость обработанной по способу-прототипу поверхности в большейстепени определяется зернистостью используемого абразива, чем временем обработки, и в прототипе возможно ухудшениекачества. поверхности неправильным подбором зернистости частиц;Целью настоящего изобретения является улучшение качества обработки.На фиг,1 представлена принципиальная схема осуществления способа; на фиг.2- вид А на фиг.1.Предлагаемый способ обработки осуществляется следующим образом,Обрабатываемую поверхность детали 1частично погружают в текущий в потоке сжидкостью слой плывущих частиц 2, плотность которых меньше плотности несущейжидкости 3. С помощью гидронасоса 4 частицам сообщают скорость Ччаст, при этомдля равномерной и полной зачистки обрабатываемую поверхность перемещают относительно потока частиц, Форму этогопотока плывущих частиц можно задавать используя экраны 5, установленные в ванне 6,хотя могут быть и другие приспособлениядля формирования течений в ванне, особенно в тех случаях, когда обрабатываемая поверхность криволинейна как вдиаметральном, так и в продольном или поперечном направлениях.Сущность заявляемого способа заключается в следующем. На находящуюся наповерхности жидкости плавающую частицудействуют сила тяжести Р = вчзс)9 (фиг.1) Йархимедова сила Рд, которая уравновешивает ее в случае покоя частицы или ее равномерного прямолинейного движения соскоростью Чувст. При движении потока наобрабатываемую поверхность приблизившиеся частицы заталкиваются под нее последующими, притапливаясь при этом.Притопленная на некоторую глубину частица находится в неуравновешенном состоянии - архимедова сила РА = Ржидк.Ччаст 9обпревышает силу тяжестй Р эа счет меньшейплотности частицы, с возникновением силыРвыталкивания Рвыт = РА -Р. При действиисилы Рвцт на частицу; обладающую массойвч и скоростью Ччаст расчетная траекториядвижения последней должна составлять окружность с некоторым радиусом г, согласно. Рвытизвестным законам физики ( ы - ап 1 чг), Однако, на нрактике, очевидно,Ччастчто при сохранении постоянной скоростичастиц, при их всплытии выталкивающая сила уменьшается, соответственно радиус кривизны траектории г - .увеличивается и реальная траектория представляет некоторую спиралевидную кривую. Естественно, что для создания условий притопления частиц, существенным является необходимость частичного погружения детали ц жидкость. Но основной интерес при рассмотрении процессов микрорезания представляет само соотношение радиуса кривизны обрабатываемой поверхности й и радиуса кривизны траектории движущейся частицы г в точке обработки. Очевидно, что для обеспечения микроцарапания не точечного, а на некотором отрезке пути, радиус г должен быть меньше радиуса В (фиг.1), для обеспечения врезания абразивной частицы в тело детали, а регулированием скорости частиц можно заведомо создать такие условия, Из ранее приведенных формул следует, т.е гп част гк 2 Рвы г ( РА - Р ,г Ччаст Глчаст Т 3 частоб , об Ччаст фд аст Ччаст д фгобЪаст Ччаст или Ччаст = г 9 ( 1 ) гРч Отсюда следует, что внедрение твердой частицы на траектории ее движения в обрабатываемый материал б ет и оисходить при скорости Ччаст ф --- 1)д, что подтверРч ждает существенность данного признака, Здесь необходимо подчеркнуть, что в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, обработка производится не за счет удара и абразии несомых струей твердых частиц, а за счет протяженного полирующего микроцарапания протекающих под обрабатываемой поверхностью частиц,Для обработки всей поверхности детали необходимо вращать или поворачивать ее относительно зоны обработки, но в отличие от прототипа, в направлении, противоположном достикению потока частиц. Данное условие носит рекомендательный характер и имеет вид: ЧдатЧчаст, считая положительной скорость детали в случае совпадения ее направления со скоростью потока частиц в зоне контакта,Жидкая среда в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, рассматривается не только как носитель твердых частиц, но и как субстанция, способная самостоятельно,без внешних воздействий создавать направленное полезное силовое действие на отдельные присутствующие в ней тела, - такое действие. которое используется при 5 обработке. Данное действие обеспечивается требованием в соотношении плотностей твердых частиц и жидкости.. Улучшение качества обработки по предлагаемому способу объясняется следующи ми факторами, Во-первых, значительноуменьшенные силовые нагрузки на обрабатываемую поверхность позволяют качественно обработать хрупкие и тонкостенные детали, острые кромки. Во-вторых, диапа зонусилий микрорезания гораздоужеи стабильнее, чем у прототипа, поскольку примерно равны архимедовы силы выталкивания на равноразмерные твердые тела, В- третьих, по этой же причине равномерна 20 интенсивность обработки по всей длине обрабатываемой поверхности (что особенно важно для поверхностей сложного профиля). В-четвертых, микрорезание происходит не в хаотических направлениях с различны ми усилиями, а в одном задаваемом направлении. В-пятых, усилия микрорезания направлены на вершины микронеровностей и не царапают базовую поверхность.Предлагаемый способ был реализован 30 следующим образом (фиг.2). Обработку ведут в ванне 6, заполненной водным раствором 3 хозяйственного мыла 25 гlл при температуре 2225 С. Емкость ванны - 120.;,150 л, В ванне 6 поверхность которой 35 закрыта плавающими абразивными частицами 2, установлен гидронасос 4 для подачи жидкости 3 с регулируемой производительностью так, чтобы поток жидкости подавался параллельно ее поверхности; уровень 40 которой находится немногим выше сопланасоса 4, При этом объем жидкости в ванне 6 остается постоянным, т.к. жидкость циркулирует без дополнительного притока. Предварительно проводят тарировку установки, 45 определяя скорости частиц в потоке соответствующие конкретным значениям производительности насоса. Зная радиус обрабатываемой поверхности (для криволинейной поверхности выбирают минималь ный радиус), рассчитывают необходимуюскорость потока частиц, которую затем устанавливают регулированием расхода насоса 4. Обрабатываемую поверхность детали 1 погружают в жидкость, по поверхности ко торой плывут частицы 2, и вращают со скоростью меньшей скорОсти частиц (аффект усиливается если направление скорости детали противоположно направлению движения частиц), В качестве твердых тел использовали гранулы пенопласта, покры1787753 ной абразивно-жидкостной обработке воз-можно ухудшение обработанной поверхности, увеличение .ее шероховатости. Из приведенной таблицы видно, что в случае 5 струйной обработки по прототипу без учетасоотношения плотностей абразива и жидкости, происходит ухудшение качества поверхности. Если учитывается соотношение плотностей, но не учитывается соотноше-.10 ние скоростей, то качество также ухудшается. Очевидно, для способа-прототипа определяющими качества являются внешние атрибуты, такие как зернистость и материал абразива, давление и угол подачи 15 струи, в то время как в предлагаемом способе решающее значейие имеет сам принцип обработки и время обработки, Использование предлагаемого способа позволяет зна. чительно (на 2030 ) снизить 20 шероховатость обработанной поверхностипо сравнению с прототипом.Формула изобретения Способ обработки деталей, при которомна нее воздействуют твердыми частицами, 25 которые разгоняют с помощью жидкости,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества, деталь частично погружают в жидкость, а в качестве твердых частиц берут" частицы, плотность которых 30 меньше плотности жидкости, и сообщаютим скорость, которую выбирают по формуле с абли Время обработки,мин Шероховатость до обрабо 1 ки йа,мкм Использу емые час- тицы Шероховатость обработанной поверхности, Ва,мкм Скорост частиц расчетная, м/с ыт М Скорость астиц ре альная,м/с Скороь дета, Чдатм/с 0,50,320,25.0,160,250,160,250,160,250,16 1,00,5 Гранулы пенопласта, покрытые зернамикарбида к емния 0,300,20 0,1250,0 0,1250,00,1250,0 0.200,16 0,125,0,0 0 0 М 1, - 0,5 - 0,5 - 0,5 - 0,5 2 0,8 1,0 2,0 4540 тые (шаржированием) зернами карбидакремния зеленого, Размер гранул - 23 мм,Опытные данные приведены в табл 1,Были проведены сравнительные испытания предлагаемого способа и способапрототипа, Способ-прототип осуществлялиизвестным образом, с использованием модернизированной установки гидроабразивной доводки на базе модели УГА (однафорсунка с давлением подачи до 4 кгс/см ).2В качестве абразивных частиц использовали специальные гранулы пенопласта, покрытые зернами карбида кремния зеленого.Размер частиц - 1.2 мм, Нижнюю кромкуотверстия сопла, имеющего размер 4 х 500мм совмещали с плоскостью, касательной кнаправляющей обрабатываемой поверхности и подавали струю параллельно образующей обрабатываемой цилиндрическойповерхности, которую вращали со скоростью Чдет относительно продольной оси внаправлении подачи рабочего агента. Отражатель потока рабочего агентаустайавливали на уровне верхней кромки отверстиясопла между деталью и соплом так, как показано в чертежах описания прототипа, Вкачестве абразивных частицпо сйособуйрототипу были использованы кактяжелые. (карбид кремния зеленый), так и легкие(гранулы пенопласта, покрытые карбидом кремния зеленого той же зернистости),Обработку попредлагаемому способу проводили проведением описэнйых выше опытов, но использовали гранулы размером12 мм, , . 3Результаты сравнительных испытанийпредлагаемого способа и способа-прототипа приведены в табл 2,Анализируя результаты сравнительныхиспытаний, авторы пришли к тому же выводу, что и Билик Ш.М. в своей книге(Абразивно-жидкостная обработка материалов. М.:Машгиз, 1960, с,25 - 39), а именно; при струйЧчастгде Ччаст - скорость плывущих частицз, м/с; 5 рж - плотность жидкости, кг/м;- средняя плотность твердых частиц, кг/м;В - радиус кривизны обрабатываемой поверхности,м;р - ускорение свободного падения,- цилиндр б = 200 мм,=500 мм. м и е. Обрабатываемый мате Детали - цилиндр б = 200 При скорости частиц 1,0 иал - Д 16 ГОСТ 2148 мм, = 500 мм,м/с давление струи с н и е. Используемые частицы: А- зерна кар Б - гранулы пеноп Обрабатываемый материал - Д 16, детали