RU2320459C1 - Method for static-pulse milling of spherical surface by means of needle milling cutter - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacturing processes in machine engineering, working metals and alloys by cutting.

SUBSTANCE: method comprises steps of imparting rotation to blank and to needle milling cutter; applying static lengthwise load and additional cyclic pulse load due to action of striker upon wave-guide supporting needle milling cutter having individual rotation drive unit and pile bundles arranged radially relative to center of worked spherical surface. Said striker and wave-guide are arranged in hydraulic cylinder joined with hydraulic pulse generator.

EFFECT: enlarged manufacturing possibilities due to controlling depth of cut-off layer and surface micro-relief, intensified working, strengthening of worked surface due to applying static and pulse load.

3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии машиностроения, к обработке материалов резанием, в частности к обработке наружных сферических поверхностей заготовок из металлов и сплавов.The invention relates to mechanical engineering technology, to the processing of materials by cutting, in particular to the processing of the outer spherical surfaces of workpieces made of metals and alloys.

Известен способ механической обработки и цилиндрическая щетка, реализующая его, содержащая установленную на корпусе обойму с цилиндрическими гнездами, в каждом из которых размещен стакан с пучком ворса, и упругий элемент, расположенный под стаканами и контактирующий с корпусом, при этом стаканы установлены в гнездах свободно, каждое гнездо на внутренней поверхности имеет кольцевую проточку, а на наружной поверхности стакана выполнен кольцевой выступ, ширина которого меньше ширины проточки гнезда, причем упругие элементы размещены в канавках корпуса, кроме того, на упругих элементах смонтированы отражатели [1].A known method of machining and a cylindrical brush that implements it, containing a clip mounted on the housing with cylindrical sockets, each of which contains a glass with a pile of pile, and an elastic element located under the glasses and in contact with the housing, the glasses are freely installed in the sockets, each nest on the inner surface has an annular groove, and on the outer surface of the glass an annular protrusion is made, the width of which is less than the width of the nest groove, and the elastic elements are placed in On the side of the case, in addition, reflectors are mounted on the elastic elements [1].

Известный способ обработки цилиндрической щеткой не позволяет производить резание неровностей значительной глубины, не позволяет управлять усилием прижатия пучков ворса к обрабатываемой поверхности, т.е. не позволяет управлять глубиной резания, что снижает производительность и качество обработки.The known method of processing with a cylindrical brush does not allow cutting irregularities of considerable depth, does not allow to control the force of pressing the tufts of pile to the surface to be treated, i.e. it does not allow to control the depth of cut, which reduces productivity and processing quality.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей за счет управления глубиной срезаемого слоя и микрорельефом наружных фасонных поверхностей, интенсификация процесса путем приложения постоянной статической нагрузки и переменной импульсной нагрузки, позволяющей повысить качество, производительность и добиться упрочнения обрабатываемой поверхности за счет использования инструмента специальной формы.The objective of the invention is the expansion of technological capabilities by controlling the depth of the cut layer and the microrelief of the outer shaped surfaces, the intensification of the process by applying a constant static load and a variable impulse load, which allows to improve the quality, productivity and to harden the processed surface by using a special form tool.

Поставленная задача решается предлагаемым способом. Способ статико-импульсного иглофрезерования сферических поверхностей, заключающийся в том, что обрабатываемой заготовке и иглофрезе сообщают вращательное движение, к иглофрезе прикладывают статическую продольную нагрузку и дополнительную периодическую импульсную нагрузку путем воздействия бойка на волновод, на котором установлена иглофреза, имеющая индивидуальный привод вращательного движения, и пучки ворса, расположенные радиально относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, при этом упомянутые боек и волновод располагают в гидроцилиндре, соединенном с гидравлическим генератором импульсов.The problem is solved by the proposed method. The method of static-pulse acupuncture of spherical surfaces, which consists in the fact that the workpiece and the acupuncture are given rotational motion, a static longitudinal load and an additional periodic impulse load are applied to the acupuncture by impacting the striker on a waveguide on which an acupuncture having an individual rotational drive is installed, and bundles of nap located radially relative to the center of the processed spherical surface, while the said firing pin and waveguide p poured in a hydraulic cylinder connected to a hydraulic pulse generator.

Особенности обработки сферических поверхностей по предлагаемому способу поясняются чертежами.Features of the processing of spherical surfaces by the proposed method are illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена схема иглофрезерования сферической поверхности автомобильного шарового пальца по предлагаемому способу и реализующая его иглофреза, общий вид, частичный продольный разрез; на фиг.2 - общий вид; на фиг.3 - вид А на фиг.2.Figure 1 presents a diagram of the acupuncture of the spherical surface of an automobile ball finger according to the proposed method and implementing its acupuncture, General view, a partial longitudinal section; figure 2 is a General view; figure 3 is a view a in figure 2.

Предлагаемый способ осуществляется инструментом в виде иглофрезы 1 и предназначен для обработки выпуклых сферических поверхностей 2 радиусом R в заготовках 3, например автомобильных шаровых пальцев, со статико-импульсным нагружением пучков ворса 4, при этом обрабатываемую выпуклую поверхность заготовки вводят в контакт с рабочей режущей вогнутой сферической поверхностью инструмента, сообщают вращательные движения обрабатываемой заготовке - V_з и инструменту - V_и и создают натяг i с помощью продольной подачи S_пр.The proposed method is carried out by a tool in the form of a needle cutter 1 and is intended for processing convex spherical surfaces 2 of radius R in the workpieces 3, for example, automobile spherical fingers, with static-pulse loading of the tufts of pile 4, while the machined convex surface of the workpiece is brought into contact with the working cutting concave spherical surface of the tool, according to the rotational motion of the workpiece - V _s and the tool - V _and i and create interference by longitudinal feed s _ave.

Иглофреза 1 содержит корпус, в котором размещен стакан 5 с пучками ворса 4, образующими рабочую режущую вогнутую сферическую поверхность радиусом (R-i), где i - натяг, мм; R - радиус обрабатываемой сферической поверхности заготовки, мм. Стакан 5 установлен в корпусе 1 на подшипниках (не показаны) с возможностью вращения со скоростью V_и относительно продольной оси инструмента с помощью индивидуального электропривода 6 (не показан), вмонтированного в корпус инструмента.Iglofreza 1 contains a housing in which a glass 5 is placed with tufts of pile 4 forming a working cutting concave spherical surface of radius (Ri), where i is the interference, mm; R is the radius of the processed spherical surface of the workpiece, mm The glass 5 is mounted in the housing 1 on bearings (not shown) rotatably with a speed V _and relative to the longitudinal axis of the tool using an individual electric drive 6 (not shown) mounted in the tool body.

Пучки ворса 4, образующие рабочую режущую вогнутую сферическую поверхность, в стакане 5 расположены радиально относительно центра вогнутой сферической поверхности инструмента, совпадающего с центром обрабатываемой сферической поверхности при обработке заготовки.The tufts of pile 4 forming a working cutting concave spherical surface in the glass 5 are located radially relative to the center of the concave spherical surface of the tool, which coincides with the center of the processed spherical surface when processing the workpiece.

При длительной работе иглофрезы пучки ворса будут изнашиваться неравномерно. Для правки с целью восстановления режущих свойств и необходимого размера (R-i) используют правящий алмазный инструмент, имеющий форму и размеры обрабатываемой сферической поверхности заготовки.With prolonged use of the needle cutter, the tufts of the pile will wear out unevenly. For dressing in order to restore the cutting properties and the required size (R-i) use the ruling diamond tool having the shape and dimensions of the processed spherical surface of the workpiece.

Корпус иглофрезы 1 установлен на волноводе 7 и подпирается винтовой пружиной сжатия 8, благодаря действию которой создается статическая нагрузка P_ст на пучки ворса, обрабатывающие сферическую поверхность заготовки. Изменением жесткости пружины 8 управляют глубиной резания.The case of the needle cutter 1 is mounted on the waveguide 7 and is supported by a compression screw spring 8, due to the action of which a static load P _{article is created} on the tufts of pile that process the spherical surface of the workpiece. Changing the stiffness of the spring 8 control the depth of cut.

На торец волновода 7 воздействует боек 9, соосно установленный в гидроцилиндре 10 и создающий импульсную нагрузку Р_имп через волновод на инструмент 1.7 at the waveguide end face affects the firing pin 9 mounted coaxially in the hydraulic cylinder 10 and generates the impulse load P _pulses through the waveguide to the tool 1.

В качестве механизма импульсного нагружения иглофрезы применяется гидравлический генератор импульсов (не показан) [2, З]. Заготовке и иглофрезе сообщают вращательные движения, а иглофрезе - еще и продольную подачу. Периодическую импульсную Р_имп нагрузку прикладывают в направлении продольной подачи и направляют ее радиально к центру обрабатываемой сферической поверхности.A hydraulic pulse generator (not shown) is used as a mechanism for impulse loading of a needle mill [2, Z]. Rotary movements are reported to the workpiece and the needle cutter, and the longitudinal feed is also given to the needle cutter. A periodic pulsed P _imp load is applied in the direction of the longitudinal feed and directed radially to the center of the spherical surface to be treated.

Периодическую импульсную нагрузку Р_имп осуществляют с помощью бойка 9, воздействующего на торец волновода 7, который плавно переходит в корпус иглофрезы. В результате удара бойка 9 по торцу волновода 7 в бойке и волноводе возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать на стакан 5, пучки ворса 4 и на обрабатываемую поверхность с цикличностью, равной двойной продолжительности импульсов. Дойдя до обрабатываемой поверхности, ударный импульс распределяется на проходящий и отражающий. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы деформации, которая интенсифицирует процесс резания и упрочняет поверхностный слой обрабатываемой сферической поверхности.The periodic impulse load P _{imp is} carried out using the striker 9, acting on the end of the waveguide 7, which smoothly passes into the case of the needle cutter. As a result of the impact of the striker 9 at the end of the waveguide 7, shock and oppositely directed pulses of the same amplitude and duration arise in the striker and waveguide, each of which will act on the glass 5, the tufts of pile 4 and on the treated surface with a cycle equal to double the duration of the pulses. Having reached the surface to be treated, the shock pulse is distributed on the passing and reflecting. The transmitted pulse forms a dynamic component of the deformation force, which intensifies the cutting process and strengthens the surface layer of the processed spherical surface.

Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами инструмента.The ability to rationally use the energy of shock waves is determined by the size of the instrument.

Глубина упрочненного слоя, обработанного по предлагаемому способу иглофрезой, достигает 0,5...1,5 мм. Наибольшая степень упрочнения составляет 15...30%.The depth of the hardened layer treated by the proposed method with a needle cutter reaches 0.5 ... 1.5 mm. The greatest degree of hardening is 15 ... 30%.

Пример. Для оценки параметров качества поверхностного слоя, обработанного и упрочненного по предлагаемому способу иглофрезой со статико-импульсным нагружением пучков ворса, проведены экспериментальные исследования при обработке заготовки пальца шарового верхнего 2101-2904187, установленной в специальном электромеханическом приспособлении 11 (фиг.1-2) на токарном станке мод. 16К20Т1. Заготовка изготовлена из стали 20Х ГОСТ 1050-74. Обрабатывали сферу диаметром 32,7±0,1; исходный параметр шероховатости Ra=3,2 мкм, достигнутый - Ra=0,63 мкм с использованием специального стенда. Значения технологических факторов (частоты ударов, радиус инструмента, величина подачи) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6...10. Дальнейшее увеличение кратности деформирующего воздействия ведет к разупрочнению.Example. To assess the quality parameters of the surface layer, processed and hardened according to the proposed method with a needle-mill with static-pulse loading of pile bundles, experimental studies were carried out when processing the workpiece of the ball upper finger 2101-2904187, installed in a special electromechanical device 11 (Fig.1-2) on a turning machine tool mod. 16K20T1. The blank is made of steel 20X GOST 1050-74. Processed a sphere with a diameter of 32.7 ± 0.1; the initial roughness parameter Ra = 3.2 μm, achieved - Ra = 0.63 μm using a special stand. The values of technological factors (impact frequency, tool radius, feed rate) were chosen in such a way as to ensure the multiplicity of impact on the elementary area of the treated surface in the range of 6 ... 10. A further increase in the multiplicity of the deforming effect leads to softening.

Величина силы статического поджатия инструмента к обрабатываемой поверхности составляла P_ст≥25...40 кН; Р_им=255...400 кН. Глубина упрочненного статико-импульсной обработкой слоя составила 0,9...1,2 мм.The value of the force of static preloading of the tool to the work surface was P _article ≥25 ... 40 kN; P _them = 255 ... 400 kN. The depth of the hardened by static-pulsed processing of the layer was 0.9 ... 1.2 mm.

Глубина упрочненного слоя достигается в результате кратковременного воздействия на очаг деформации пролонгированного импульса энергии.The depth of the hardened layer is achieved as a result of a short-term impact on the deformation zone of a prolonged energy pulse.

Исследования напряженного состояния упрочненного поверхностного слоя статико-импульсной обработкой показали, что максимальные остаточные напряжения находятся близко к поверхности, как при чеканке, что благоприятно для большинства сопрягаемых деталей механизмов и машин. Сравнение глубины напряженного и упрочненного слоя, градиента напряжений и градиента наклепа показывает, что глубина напряженного слоя в 1,1...1,3 раза больше, чем глубина наклепанного слоя, что согласуется с теорией поверхностного - пластического деформирования.Studies of the stress state of the hardened surface layer by static-pulse treatment showed that the maximum residual stresses are close to the surface, as when chasing, which is favorable for most of the mating parts of mechanisms and machines. A comparison of the depth of the stressed and hardened layer, the stress gradient and the hardening gradient shows that the depth of the stressed layer is 1.1 ... 1.3 times greater than the depth of the riveted layer, which is consistent with the theory of surface - plastic deformation.

Достигаемая в процессе обработки предлагаемым способом предельная величина шероховатости составляет Ra=0,63 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 2,5 раза.The ultimate roughness value achieved during processing by the proposed method is Ra = 0.63 μm, a decrease in the initial roughness by a factor of 2.5 is possible.

Микровибрации в процессе благоприятно сказываются на условиях работы инструмента. Наложение малого по амплитуде колебательного движения приводит к более равномерному распределению нагрузки на инструмент, вызывает дополнительные циклические перемещения контактных поверхностей инструмента и заготовки, облегчает срезание припуска и формирование упрочняемой поверхности. Колебания способствуют лучшему проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки. При наложении колебаний режущая поверхность инструмента периодически «отдыхает», что способствует увеличению ее стойкости. Обработка в условиях колебаний резко увеличивает эффективность охлаждающего, диспергирующего и пластифицирующего действия СОЖ вследствие облегчения ее доступа в зону контакта инструмента и заготовки.Microvibrations in the process favorably affect the working conditions of the instrument. The imposition of a small amplitude oscillatory motion leads to a more uniform distribution of the load on the tool, causes additional cyclic movements of the contact surfaces of the tool and the workpiece, facilitates cutting allowance and the formation of a hardened surface. Fluctuations contribute to a better penetration of the cutting fluid (coolant) into the treatment area. When vibration is applied, the cutting surface of the tool periodically “rests”, which contributes to an increase in its resistance. Processing under vibration conditions dramatically increases the efficiency of the cooling, dispersing and plasticizing action of the coolant due to the facilitation of its access to the contact zone of the tool and the workpiece.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить технологические возможности за счет управления глубиной срезаемого слоя и микрорельефом сферической поверхности, интенсифицировать процесс путем приложения постоянной статической нагрузки и переменной импульсной нагрузки, позволяющей повысить качество, производительность и добиться упрочнения обрабатываемой поверхности.Thus, the proposed method allows to expand technological capabilities by controlling the depth of the cut layer and the microrelief of the spherical surface, to intensify the process by applying a constant static load and a variable impulse load, which allows to improve the quality, productivity and to harden the processed surface.

Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account

1. А.с. СССР 824969, МКИ³ А46В 7/10. Цилиндрическая щетка. Берков Б.В. 2809273-12; 08.08.79; 30.04.81. Бюл. №16 - прототип.1. A.S. USSR 824969, MKI ³ A46V 7/10. Cylindrical brush. Berkov B.V. 2809273-12; 08/08/79; 04/30/81. Bull. No. 16 is a prototype.

2. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации. // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.2. Kirichek A.V., Lazutkin A.G., Soloviev D.L. Static-pulse processing and equipment for its implementation. // STIN, 1999, No. 6. - S.20-24.

3. Патент РФ 2090342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. 1997. Бюл. №34.3. RF patent 2090342. Lazutkin A.G., Kirichek A.V., Soloviev D.L. Water hammer device for processing parts by surface plastic deformation. 1997. Bull. Number 34.

Claims (1)

Способ статико-импульсного иглофрезерования сферических поверхностей, заключающийся в том, что обрабатываемой заготовке и иглофрезе сообщают вращательное движение, к иглофрезе прикладывают статическую продольную нагрузку и дополнительную периодическую импульсную нагрузку путем воздействия бойка на волновод, на котором установлена иглофреза, имеющая индивидуальный привод вращательного движения, и пучки ворса, расположенные радиально относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, при этом упомянутые боек и волновод располагают в гидроцилиндре, соединенном с гидравлическим генератором импульсов.The method of static-pulse acupuncture of spherical surfaces, which consists in the fact that the workpiece and the acupuncture are given a rotational movement, a static longitudinal load and an additional periodic impulse load are applied to the acupuncture by impacting the striker on a waveguide on which an acupuncture having an individual rotational drive is installed, and bundles of nap located radially relative to the center of the processed spherical surface, while the said firing pin and waveguide p poured in a hydraulic cylinder connected to a hydraulic pulse generator.

Images