RU2171170C1 - Method of grinding surfaces of workpieces - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: workpiece is ground with a flexible tool. The working surface of the tool is covered with an abrasive and not working surface is rigid. The chamber of the tool is filled up with a cutting fluid in a solid state. Ultrasonic vibrations are imparted to the workpiece in the direction of the tool intensifying contact between the tool and the workpiece and making the cutting fluid to be in a liquid state supplying it to the cutting zone through passages provided in the working surface of the tool. EFFECT: improved conditions of micro-cutting and contact between interacting surfaces, enhanced quality of grinding. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шлифованию поверхностей деталей машин. The invention relates to the field of engineering, in particular to grinding the surfaces of machine parts.

Известен способ абразивной обработки, в котором в полость инструмента под давлением помещают упругий агент и вводят инструмент в контакт с поверхностью детали (см. авт. свид. СССР N 650797, кл. B 24 D 13/00, 1979 г.). A known method of abrasive treatment, in which an elastic agent is placed in a tool cavity under pressure and the tool is brought into contact with the surface of the part (see ed. Certificate of the USSR N 650797, class B 24 D 13/00, 1979).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе управления формированием качества поверхности детали осуществляется лишь варьированием давления упругого агента. При этом условия контакта с обрабатываемой поверхности ухудшаются за счет интенсификации физико-химических реакций в ходе обработки между взаимодействующими поверхностями. Таким образом в процессе резания участвует ограниченное количество рабочих кромок зерен инструмента, интенсивный износ которых и засаливание приводит к прекращению съема материала. The reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method include the fact that in the known method of controlling the formation of the surface quality of the part is carried out only by varying the pressure of the elastic agent. In this case, the conditions of contact with the treated surface are worsened due to the intensification of physico-chemical reactions during processing between interacting surfaces. Thus, a limited number of working edges of the tool grains are involved in the cutting process, the intensive wear of which and greasing leads to the termination of material removal.

Известен способ шлифования поверхностей деталей инструментом, выполненным в виде баллона из эластичного материала, заполненного жидкостью или газом, рабочая поверхность которого покрыта абразивом, осуществляемым в условиях постоянного прижима инструмента к детали (см. авт. свид. СССР N 244146, кл. B 24 D 17/00, 1967 г.). A known method of grinding the surfaces of parts with a tool made in the form of a container of elastic material filled with liquid or gas, the working surface of which is coated with an abrasive, carried out under constant pressure of the tool to the part (see ed. Certificate of the USSR N 244146, class B 24 D 17/00, 1967).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе реализуется необходимость точного изменения давления в соответствии с изменением скорости вращения или прижима инструмента, что является трудной инженерной задачей. Условия контакта в зоне обработки в ходе процесса ухудшаются в результате интенсификации физико-химических реакций. For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method, the known method implements the need for an exact change in pressure in accordance with a change in the rotation speed or clamp of the tool, which is a difficult engineering task. Contact conditions in the treatment zone during the process deteriorate as a result of intensification of physicochemical reactions.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ шлифования поверхностей деталей инструментом, выполненным в виде баллона из эластичного материала, заполненного технологической средой, рабочая поверхность которого покрыта абразивом (см. авт. свид. СССР N 534351, кл. B 24 D 13/00, B 24 D 31/10, 1976 г.), принятый за прототип. The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a method of grinding the surfaces of parts with a tool made in the form of a balloon made of an elastic material filled with a process medium, the working surface of which is coated with an abrasive (see ed. Certificate of the USSR N 534351, class B 24 D 13/00, B 24 D 31/10, 1976), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе реализация процесса резания осуществляется с наложением магнитного поля и необходимостью его управления в ходе шлифования. При этом условия контакта в ходе обработки неизбежно ухудшаются за счет интенсификации физико-химического взаимодействия контактирующих поверхностей. Таким образом, в процессе резания участвует убывающее количество рабочих кромок зерен инструмента, интенсивный износ которых и засаливание приводит к прекращению съема материала. For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method adopted as a prototype, the known method implements the cutting process with the application of a magnetic field and the need to control it during grinding. In this case, the contact conditions during processing inevitably worsen due to the intensification of the physicochemical interaction of the contacting surfaces. Thus, a decreasing number of working edges of the tool grains is involved in the cutting process, the intensive wear of which and greasing leads to the termination of material removal.

Сущность изобретения заключается в следующем. Решается задача улучшения условий микрорезания и благоприятных условий контакта взаимодействующих поверхностей в ходе обработки путем подвода смазочно-охлаждающей технологической среды, интенсификация которого пропорциональна времени взаимодействия инструмента и детали. The invention consists in the following. The problem is solved of improving the conditions of micro cutting and favorable contact conditions of interacting surfaces during processing by supplying a lubricating-cooling technological medium, the intensification of which is proportional to the time of interaction of the tool and the part.

Технический результат - улучшение качества обрабатываемой поверхности детали. The technical result is an improvement in the quality of the workpiece surface.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе шлифования поверхностей деталей обработку осуществляют инструментом, выполненным в виде баллона из эластичного материала, рабочая поверхность которого покрыта абразивом, в условиях постоянного прижима инструмента к детали. Баллон заполняют рабочей средой. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method of grinding the surfaces of the parts, the processing is carried out by a tool made in the form of a cylinder of elastic material, the working surface of which is coated with an abrasive, under constant pressure of the tool against the part. The cylinder is filled with a working medium.

Особенность заключается в том, что нерабочую поверхность инструмента выполняют жесткой, в качестве рабочей среды используют смазочно-охлаждающее технологическое средство (СОТС), а в эластичном материале выполняют каналы. Детали сообщают ультразвуковые колебания в направлении инструмента для обеспечения подвода СОТС через каналы в инструменте в зону обработки и интенсификации процесса резания. The peculiarity lies in the fact that the non-working surface of the tool is made rigid, a lubricating-cooling technological agent (COTS) is used as the working medium, and channels are made in the elastic material. Details communicate ultrasonic vibrations in the direction of the tool to ensure the supply of SOTS through the channels in the tool in the processing zone and the intensification of the cutting process.

Ультразвуковые колебания детали в направлении инструмента приводят к интенсификации контактных взаимодействий абразивных зерен рабочей эластичной поверхности инструмента и микронеровностей обрабатываемой поверхности заготовки, а также к изменению состояния СОТС, а именно к снижению вязкости и кинематическим перемещениям в СОТС, что способствует преодолению сопротивления течению среды через каналы в инструменте и обеспечивает подвод СОТС в зону обработки. Энергия колебательных перемещений детали переносится на абразивные зерна инструмента, закрепленные на эластичной основе и способные к колебательным перемещениям, что обуславливает дополнительные взаимодействия поверхностей в процессе шлифования. Равномерный прижим абразивных зерен эластичной поверхности инструмента к микронеровностям заготовки создается благодаря высокой однородности распределения давления в СОТС, воспринимающей энергию колебаний и изменяющий свое состояние, в плане снижения вязкости и повышения проникающей способности, что в совокупности с поступлением СОТС в зону контакта обеспечивает благоприятные условия микрорезания и стабильную интенсивность обработки. В целом достигается улучшение качества поверхности детали, подвергаемой шлифованию. Ultrasonic vibrations of the part in the direction of the tool lead to an intensification of contact interactions of abrasive grains of the working elastic surface of the tool and microroughnesses of the workpiece’s work surface, as well as to a change in the state of the SOTS, namely, a decrease in viscosity and kinematic movements in the SOTS, which helps to overcome resistance to the flow of the medium through the channels tool and provides the supply of COTS to the processing zone. The energy of vibrational movements of the part is transferred to the abrasive grains of the tool, mounted on an elastic basis and capable of vibrational movements, which leads to additional surface interactions during grinding. The uniform pressure of the abrasive grains of the elastic surface of the tool to the microroughness of the workpiece is created due to the high uniformity of the pressure distribution in the COTS, which perceives vibrational energy and changes its state, in terms of reducing viscosity and increasing penetrating ability, which, together with the arrival of COTS in the contact zone, provides favorable conditions for microcuts and stable processing intensity. In general, an improvement in the quality of the surface of the part to be ground is achieved.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by signs that are identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed us to establish a set of significant distinctive features in relation to the applicant’s perceived technical result in the claimed method set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна". Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента, действия) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности, сокращение продолжительности процесса и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов, действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed method from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention is not revealed from the prior art determined by the applicant to achieve a technical result. In particular, the claimed invention does not provide for the following transformations:
- addition of a known product by any known part (s) attached to it (by) according to known rules, in order to achieve a technical result in respect of which the effect of such an addition is established;
- replacement of any part (s) of a known product with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
- the exclusion of any part (element, action) of the product with the simultaneous exclusion of its function and the achievement of the usual result for such exclusion (simplification, reduction of mass, dimensions, material consumption, increased reliability, reduced process time, etc.);
- an increase in the number of elements of the same type, actions to enhance the technical result, due to the presence in the tool of just such elements, actions;
- the implementation of a known tool or part (s) of a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;
the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, recommendations and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the relationships between them.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), предоставлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. The described invention is not based on a change in the quantitative characteristic (s), the provision of such signs in relationship, or a change in its form. This refers to the case when the fact of the influence of each of these characteristics on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies and patterns.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На чертеже изображена принципиальная схема реализации способа шлифования поверхностей деталей. The drawing shows a schematic diagram of the implementation of the method of grinding surfaces of parts.

Шлифовальный эластичный инструмент 1 выполняют с жесткой нерабочей поверхностью 2, а полость заполняют смазочно-охлаждающей технологической средой 3. На рабочей поверхности инструмента выполняют каналы 4, направленные в сторону поверхности детали 5. The grinding elastic tool 1 is performed with a rigid non-working surface 2, and the cavity is filled with a lubricating-cooling technological medium 3. On the working surface of the tool, channels 4 are directed towards the surface of the part 5.

Инструмент приводят во вращение и вводят в контакт с поверхностью детали. Детали сообщают ультразвуковые колебательные перемещения в направлении инструмента, что обуславливает изменение состояния СОТС, снижение ее вязкости и повышение проникающей способности, интенсификацию контактных взаимодействий рабочей поверхности инструмента и поверхности детали и подвод СОТС через каналы в зону обработки, что обеспечивает улучшенные условия микрорезания материала и повышенное качество детали. The tool is rotated and brought into contact with the surface of the part. Parts communicate ultrasonic vibrational movements in the direction of the tool, which leads to a change in the state of the SOTS, a decrease in its viscosity and an increase in penetrating ability, intensification of contact interactions of the working surface of the tool and the surface of the part, and the supply of SOTS through channels into the processing zone, which provides improved conditions for micro-cutting of the material and improved quality the details.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата. Так, например, эластичный инструмент с рабочей поверхностью из шлифовальной шкурки 14А 25П СФЖА (ГОСТ 13344-79) закрепляли на жестком основании с нерабочей стороны. На рабочей поверхности выполняли каналы: отверстия диаметром 1 мм с шагом 5 мм. В полости инструмента размещали СОТС - технический воск (ГОСТ 23683-79) в вязко-пластичном состоянии с охлаждением в инструменте до твердого состояния. Инструмент приводили во вращение частотой 3000 об/мин и вводили в контакт с поверхностью заготовки из сплава ОТ 4-1. Заготовке сообщали ультразвуковые колебания с частотой 19 кГц с использованием генератора УЗУ 0,25 в направлении инструмента, что обеспечивало перевод воска в жидкое состояние, интенсивный контакт инструмента с поверхностью детали и проникновение жидкого воска в зону обработки. В результате достигнуто улучшение качества поверхностей деталей машин в 1,4-1,6 раза по сравнению с прототипом. Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the above technical result. So, for example, an elastic tool with a working surface of grinding sandpaper 14A 25P SFZhA (GOST 13344-79) was fixed on a rigid base from the non-working side. The channels were made on the working surface: holes with a diameter of 1 mm in increments of 5 mm. In the cavity of the tool was placed SOTS - technical wax (GOST 23683-79) in a viscous-plastic state with cooling in the tool to a solid state. The tool was brought into rotation at a frequency of 3000 rpm and was brought into contact with the surface of the workpiece from alloy OT 4-1. The workpiece was informed of ultrasonic vibrations with a frequency of 19 kHz using a 0.25 ultrasonic generator in the direction of the tool, which ensured the transfer of wax into a liquid state, intensive contact of the tool with the surface of the part, and penetration of liquid wax into the treatment zone. As a result, an improvement in the quality of the surfaces of machine parts by 1.4-1.6 times in comparison with the prototype.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения (способа) следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в машиностроении, при шлифовании поверхностей деталей машин;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.Thus, the above information indicates the fulfillment when using the claimed invention (method) of the following set of conditions:
- a tool embodying the claimed method in its implementation, is intended for use in industry, namely in engineering, when grinding the surfaces of machine parts;
- for the claimed method in the form described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (2)

1. Способ шлифования поверхностей деталей, включающий постоянный прижим к детали выполненного из эластичного материала инструмента с полостью, заполненной рабочей средой, и с рабочей поверхностью, покрытой абразивом, отличающийся тем, что используют инструмент с жесткой нерабочей поверхностью, с каналами в его рабочей поверхности и со смазочно-охлаждающим технологическим средством (СОТС) в качестве рабочей среды, при этом изменяют состояние СОТС и осуществляют его подачу в зону обработки через упомянутые каналы, для чего детали сообщают ультразвуковые колебания в направлении инструмента. 1. The method of grinding the surfaces of the parts, including a constant clamp to the part made of an elastic material of a tool with a cavity filled with a working medium, and with a working surface coated with an abrasive, characterized in that they use a tool with a rigid non-working surface, with channels in its working surface and with a lubricant-cooling technological agent (COTS) as the working medium, at the same time the condition of the COTS is changed and it is supplied to the treatment zone through the mentioned channels, for which I inform the details Ultrasonic vibrations in the tool direction. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют инструмент в виде баллона. 2. The method according to claim 1, characterized in that the tool is used in the form of a balloon.