RU2366546C1 - Hardening milling cutter to machine screws with semi-open surface - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: milling cutter represents a form end milling cutter that comprises a body. Cutting tools are arranged in slots made along the body periphery. Aforesaid cutting tools represents sets of wire-type frieze and hardening elements consisting of shaped wire-spring coils consecutively arranged in aforesaid slots.

EFFECT: expanded performances.

6 dwg

Description

Изобретение относится к металлообработке, к технологии машиностроения, в частности к конструкциям металлорежущих инструментов, и может быть использовано при проектировании и изготовлении фрез, например, для чистовой и упрочняющей обработки винтов с полуоткрытой поверхностью.The invention relates to metalworking, to mechanical engineering technology, in particular to the designs of metal-cutting tools, and can be used in the design and manufacture of mills, for example, for finishing and hardening processing of screws with a half-open surface.

Известны конструкции фрез для фрезерования винтов и червяков в виде дисковых или пальцевых фрез, профиль которых определяют для каждого конкретного типа винта, с помощью которых ведется обработка на резьбофрезерных и специально-фрезерных станках [1].Known designs of mills for milling screws and worms in the form of disk or finger mills, the profile of which is determined for each specific type of screw, with which the processing is carried out on thread milling and specially milling machines [1].

Недостатками известных фрез являются ограниченность технологических возможностей, так как они не позволяют фрезерование винтов с полуоткрытой поверхностью, а для упрочнения и повышения износостойкости рабочей полуоткрытой поверхности необходимо вводить дополнительную операцию - все это делает фрезерование дорогим и малопроизводительным.The disadvantages of the known milling cutters are the limited technological capabilities, since they do not allow milling of screws with a half-open surface, and to strengthen and increase the wear resistance of the working half-open surface, an additional operation must be introduced - all this makes milling expensive and inefficient.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей по чистовой и упрочняющей обработке тел вращения и поверхностей сложной формы, в том числе обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, например винтов счетчиков жидкости с использованием универсальных токарных станков и комбинированного отделочно-упрочняющего инструмента, сборки и настройки его, повышение производительности, качества обработки и стойкости инструмента.The objective of the invention is the expansion of technological capabilities for the finishing and hardening of bodies of revolution and surfaces of complex shape, including the processing of screws with a half-open surface, for example, screws for liquid meters using universal lathes and a combined finishing and strengthening tool, assembling and tuning it, increasing productivity , processing quality and tool life.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой фрезы для обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, которая выполнена в виде концевой фасонной фрезы и содержащая корпус, по периферии которого в пазах размещены обрабатывающие элементы, включающие режущие элементы в виде пучков проволочного ворса и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины, поочередно размещенные в упомянутых пазах корпуса.The problem is solved using the proposed milling cutter for processing screws with a half-open surface, which is made in the form of an end shaped milling cutter and containing a housing, on the periphery of which machining elements are placed in the grooves, including cutting elements in the form of bundles of wire pile and reinforcing elements in the form of shaped coils of wire springs alternately placed in said grooves of the housing.

Сущность предлагаемой конструкции игло-упрочняющей фрезы поясняется чертежами.The essence of the proposed design of a needle-reinforcing mill is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена схема чистовой упрочняющей обработки винта с полуоткрытой поверхностью предлагаемой концевой фрезой на токарном станке; на фиг.2 - поперечное сечение А-А фрезы на фиг.1; на фиг.3 - общий вид концевой игло-упрочняющей фрезы; на фиг.4 - частичное продольное сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - элемент В на фиг.4, вариант крепления фасонных витков проволочной пружины; на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.5.Figure 1 shows a diagram of the final hardening treatment of a screw with a half-open surface of the proposed end mill on a lathe; figure 2 is a cross section aa of the cutter in figure 1; figure 3 is a General view of the end needle-reinforcing mill; figure 4 is a partial longitudinal section bB in figure 2; figure 5 - element In figure 4, an option for mounting shaped coils of a wire spring; in Fig.6 is a section GG in Fig.5.

Предлагаемая фреза относится к комбинированному инструменту, так как снабжена поочередно расположенными режущими и упрочняющими зубьями. Фреза предназначена для чистового фрезерования винтов 1 с полуоткрытой поверхностью, при этом она выполнена концевой 2 с коническим хвостовиком, работающей торцом и периферией. Фреза 2 установлена так, что ее центральная продольная ось расположена перпендикулярно образующей периферийной поверхности обрабатываемого витка винта 1. Предлагаемая фреза используется после черновой обработки заготовки винта 1 с полуоткрытой поверхностью, когда спрофилированы витки заготовки и оставлен припуск под чистовую обработку.The proposed cutter refers to a combination tool, as it is equipped with alternately arranged cutting and reinforcing teeth. The mill is designed for fine milling of screws 1 with a half-open surface, while it is made end 2 with a tapered shank, working end and periphery. Milling cutter 2 is installed so that its central longitudinal axis is perpendicular to the peripheral surface of the machined turn of screw 1. The proposed milling cutter is used after roughing a workpiece of screw 1 with a half-open surface when the turns of the workpiece are profiled and an allowance for finishing is left.

Фреза 2 выполнена концевой фасонной, по периферии корпуса которой в пазах поочередно размещены режущие элементы в виде пучков проволочного ворса 3 и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины 4.The cutter 2 is made end shaped, on the periphery of the housing of which the cutting elements in the form of bundles of wire pile 3 and the reinforcing elements in the form of shaped coils of the wire spring 4 are alternately placed in the grooves.

Фрезе 2 сообщают независимое вращение относительно собственной оси с частотой V_Ф, а заготовке 1 винта вращательное движение V_З, согласованное с продольной подачей фрезы S_ПР, равной шагу Т обрабатываемого винта, и подачу врезания S_ВР на каждый продольный проход фрезы.The milling cutter 2 is informed of independent rotation about its own axis with a frequency of V _Ф , and the rotor movement V _З is coordinated with the longitudinal feed of the cutter S _PR equal to the pitch T of the screw being machined, and the cut-in feed S _BP for each longitudinal passage of the cutter.

Работа предлагаемой фрезой осуществляется следующим образом.The work of the proposed mill is as follows.

Инструмент устанавливается на шпиндель фрезерной головки (не показана), которая устанавливается, например, на поперечном суппорте токарного станка, при этом фрезе сообщается вращательное движение и продольная подача. Концы проволочного ворса, взаимодействуя с обрабатываемой поверхностью, осуществляют микрорезание. При небольшом вылете ворса (15…20 мм) инструмент работает как иглофреза.The tool is mounted on the spindle of the milling head (not shown), which is mounted, for example, on the transverse support of the lathe, while the milling rotational movement and longitudinal feed are communicated. The ends of the wire pile, interacting with the treated surface, carry out micro-cutting. With a small overhang of the pile (15 ... 20 mm), the tool works like a needle cutter.

Вслед за обработкой поверхности иглофрезерованием ведется фрикционное поверхностное упрочнение элементами в виде фасонных витков проволочной пружины 4. Инструмент вращается с окружной скоростью V=60…70 м/мин и прижимается с постоянным усилием 600…1000 H к обрабатываемой детали.Following the surface treatment by needle milling, friction surface hardening is carried out by elements in the form of shaped coils of wire spring 4. The tool rotates with a peripheral speed of V = 60 ... 70 m / min and is pressed with a constant force of 600 ... 1000 N to the workpiece.

Деформирующие элементы 4 являются витками из стали круглого сечения винтовой фасонной пружины, отрезки которой установлены в пазах корпуса. Витки 4 закреплены в пазах корпуса, например, с помощью планок 5 винтами 6. Жесткое закрепление витков в пазах корпуса, например, с помощью сварки предпочтительнее и позволяет получать стабильное качество обработки. Винтовая фасонная пружина 4 установлена на одном наружном диаметре с иглофрезерными участками 3.The deforming elements 4 are turns of steel of circular cross-section of a helical shaped spring, the segments of which are installed in the grooves of the housing. The coils 4 are fixed in the grooves of the body, for example, using the straps 5 with screws 6. Rigid fastening of the coils in the grooves of the body, for example, by welding, is preferable and allows to obtain a stable processing quality. The coil shaped spring 4 is mounted on the same outer diameter with the needle-cutting sections 3.

Сущность процесса заключается в том, что при обработке комбинированной фрезой она устанавливается так, что иглофрезерные участки 3 снимают припуск, оставленный под чистовую обработку, одновременно с этим деформирующие элементы 4 оказываются установленными с некоторым натягом относительно обрабатываемой заготовки. Благодаря натягу наружная часть витков пружины, контактирующая с заготовкой, смещается в радиальном направлении к центру фрезы и эффективно упрочняет обрабатываемую поверхность. Деформирующие элементы 4 при этом оказывают выглаживающее действие по поверхности заготовки, пластически деформируя ее.The essence of the process lies in the fact that when machining with a combined mill, it is set so that the needle-milling sections 3 remove the allowance left for finishing, while at the same time the deforming elements 4 are installed with some interference with respect to the workpiece being machined. Thanks to the interference, the outer part of the spring coils in contact with the workpiece is radially shifted to the center of the cutter and effectively hardens the surface to be machined. The deforming elements 4 in this case have a smoothing effect on the surface of the workpiece, plastically deforming it.

В результате пластической деформации микронеровностей и поверхностного слоя параметр шероховатости поверхности повышается до Ra=0,1…0,4 мкм при исходном значении Ra=0,8…3,2 мкм. Твердость поверхности увеличивается на 30…80% при глубине наклепанного слоя 0,3…3 мм. Остаточные напряжения сжатия достигают на поверхности 400…800 МПа.As a result of plastic deformation of microroughnesses and the surface layer, the surface roughness parameter increases to Ra = 0.1 ... 0.4 μm with the initial value Ra = 0.8 ... 3.2 μm. The surface hardness increases by 30 ... 80% with a riveted layer depth of 0.3 ... 3 mm. Residual compressive stresses reach 400 ... 800 MPa on the surface.

Иглофрезерную упрочняющую обработку применяют при изготовлении заготовок из цветных металлов и сплавов, чугуна и стали твердостью до HRC 58…64.Needle-milling hardening treatment is used in the manufacture of blanks from non-ferrous metals and alloys, cast iron and steel with hardness up to HRC 58 ... 64.

Деформирующие элементы 4 инструмента, т.е. витки пружины, изготовливают из сталей: легированных ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, углеродистых инструментальных У10А, У12А, быстрорежущих Р6М5, Р9. Твердость рабочей поверхности витков из сталей HRC 62…65. Параметр шероховатости рабочего профиля витков пружины Ra=0,32 мкм.The deforming elements 4 of the tool, i.e. spring coils are made of steel: alloyed ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, carbon tool U10A, U12A, high-speed R6M5, P9. Hardness of the working surface of coils made of HRC 62 ... 65 steel. The roughness parameter of the working profile of the coil of the spring Ra = 0.32 μm.

Условия обработки, такие как: твердость поверхностного слоя, глубина наклепа и шероховатость поверхности зависят от силы упрочнения и числа упрочняюще-деформирующих элементов, приходящихся на 1 мм² поверхности. Эти параметры, в свою очередь, зависят от окружной скорости инструмента, натяга, размера витков, их числа в корпусе, частоты вращения заготовки, величины подачи на один оборот заготовки и числа проходов.Processing conditions, such as: hardness of the surface layer, hardening depth and surface roughness depend on the strength of hardening and the number of hardening-deforming elements per 1 mm ² surface. These parameters, in turn, depend on the peripheral speed of the tool, the interference fit, the size of the turns, their number in the housing, the rotation frequency of the workpiece, the feed rate per revolution of the workpiece and the number of passes.

В зону обработки подают смазывающе-охлаждающую среду (СОС), например масло минеральное И-12А, которое обеспечивает быстрое охлаждение упрочняемой поверхности. В результате упрочнения на поверхности детали возникают структуры слоев толщиной 100…150 мкм с повышенной микротвердостью (7…10 ГПа).A lubricating-cooling medium (SOS), for example, mineral oil I-12A, which provides quick cooling of the hardened surface, is fed into the treatment zone. As a result of hardening, layer structures with a thickness of 100 ... 150 microns with increased microhardness (7 ... 10 GPa) arise on the surface of the part.

Использование предлагаемого комбинированного инструмента позволяет повысить эффективность использования инструмента в целом, а также части его - иглофрезы с надежным креплением проволочного ворса за счет повышения набивки ворса и жесткости иглофрезы. Надежность крепления ворса позволяет высокопроизводительно и качественно удалять значительные припуски, т.е. работать в тяжелых условиях. Что касается упрочняющей части инструмента, то она проста по конструкции и надежна в эксплуатации. Получаемые на поверхности упрочняемой детали структуры слоев обладают повышенной твердостью, а соответственно износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению.Using the proposed combined tool allows you to increase the efficiency of use of the tool as a whole, as well as parts of it - the needle cutter with reliable fastening of the wire pile by increasing the packing of the pile and the rigidity of the needle cutter. Reliability of fixing the pile allows high-performance and high-quality removal of significant allowances, i.e. work in difficult conditions. As for the hardening part of the tool, it is simple in design and reliable in operation. The layer structures obtained on the surface of the hardened part have increased hardness and, accordingly, wear resistance and resistance to fatigue failure.

Комбинированный способ расширяет технологические возможности обработки благодаря совмещению иглофрезерования и упрочнения, сокращает вспомогательное время, повышает в 2…2,5 раза производительность обработки, улучшает качество и шероховатость обрабатываемой поверхности.The combined method extends the technological capabilities of processing by combining needle milling and hardening, reduces the auxiliary time, increases the processing productivity by 2 ... 2.5 times, and improves the quality and roughness of the processed surface.

Пример. На модернизированном токарном станке мод. 16К20Т1 обрабатывались винты с полуоткрытой поверхностью счетчика жидкости ППВ-100, которые имели следующие размеры: общая длина - 342,5 мм; длина винтовой части - 292 мм; наружный радиус сечения винта - 60f 8 мм; внутренний радиус сечения винта - 24f 8 мм; шаг винтовой линии - Т=140 мм; количество витков - 2; угол наклона оси фрезы к плоскости, перпендикулярной продольной оси заготовки, - 14° (фиг.1). Заготовки винтов изготовлены из силумина АЛ2, НВ 50. Модернизация станка заключалась в установлении на поперечном суппорте фрезерной головки с индивидуальным приводом. Перед обработкой на данной операции в заготовках были изготовлены базовые поверхности: с одной стороны подрезан торец и просверлено центровочное коническое отверстие, а с другой стороны - технологическая шейка определенной длины, позволяющая свободный выход фрезы после очередного прохода. Технологическая шейка удалялась после полного изготовления винта. Заготовка винта на предыдущей операции подвергалась черновой обработке фрезерованием витков с оставлением припуска 0,5…1 мм под чистовую обработку. На данной чистовой операции заготовка закреплялась в патроне 7 шпинделя 8 передней бабки 9 и поджималась центром 10 задней бабки 11.Example. On a modernized lathe mod. 16K20T1 processed screws with a half-open surface of the PPV-100 liquid meter, which had the following dimensions: total length - 342.5 mm; screw length - 292 mm; outer radius of the screw section - 60f 8 mm; the internal radius of the screw section is 24f 8 mm; helix pitch - T = 140 mm; the number of turns - 2; the angle of inclination of the axis of the cutter to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the workpiece is 14 ° (figure 1). The screw blanks are made of silumin AL2, HB 50. The modernization of the machine consisted in the installation of a milling head with an individual drive on the transverse support. Before machining in this operation, the base surfaces were made in the blanks: on the one hand, the end face was cut and a centering conical hole was drilled, and on the other hand, a technological neck of a certain length, allowing the free exit of the cutter after the next pass. The technological neck was removed after the complete manufacture of the screw. Procurement of the screw in the previous operation was subjected to roughing by milling of turns with an allowance of 0.5 ... 1 mm for finishing. In this finishing operation, the workpiece was fixed in the chuck 7 of the spindle 8 of the front headstock 9 and was compressed by the center 10 of the tailstock 11.

Испытаниями установлено, что при условии одинаковой производительности (в сравнении с технологическим процессом, действующим на ОАО «Ливгидромаш») стойкость предлагаемого инструмента возросла в 2,2…2,6 раза по сравнению с обработкой фасонными резцами, улучшилась шероховатость обработанной поверхности, повысилась производительность благодаря уменьшению количества проходов и повысилась виброустойчивость процесса.The tests established that, provided the productivity was the same (in comparison with the technological process operating at Livhydromash OJSC), the tool life of the proposed tool increased 2.2 ... 2.6 times compared to machining with shaped cutters, the surface roughness improved, and productivity increased due to reducing the number of passes and increased vibration resistance of the process.

Предлагаемый инструмент расширяет технологические возможности, обеспечивает иглофрезерование как перед поверхностным пластическим деформированием, так и после него, повышает параметры шероховатости обработанной поверхности, увеличивает ее твердость на значительную глубину благодаря выглаживающему действию за счет периодического, совмещенного и последовательного воздействия на обрабатываемую поверхность иглофрезерных и деформирующих элементов, увеличивает производительность за счет увеличения пятна контакта деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью, длительность работы и срок службы инструмента, а также сокращает расходы на изготовление инструмента и снижает себестоимость процесса иглофрезерной и упрочняющей обработки.The proposed tool expands the technological capabilities, provides needle milling both before and after surface plastic deformation, increases the roughness parameters of the treated surface, increases its hardness to a considerable depth due to the smoothing effect due to the periodic, combined and consistent exposure of the needle-milling and deforming elements to the treated surface, increases productivity by increasing the contact spot of deforming ele cops with the processed surface, the duration of the work and the service life of the tool, and also reduces the cost of manufacturing the tool and reduces the cost of the process of needle-milling and hardening processing.

Источники информацииInformation sources

1. Справочник технолога-мишиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерикова. - 4-е изд., перераб. и доб. - М.: Машиностроение, 1980. С.371-373.1. Reference technologist-mishinostroitel. In 2 vols. T.1 / Ed. A.G. Kosilova and R.K. Mescherikova. - 4th ed., Revised. and ext. - M.: Mechanical Engineering, 1980. S. 371-373.

2. Гавриленко И.Г. Способ совмещения предварительной и окончательной иглофрезерной зачистки цилиндрических деталей // Автоматизация и современные технологии. - 1992. - №9. - С.27-30.2. Gavrilenko I.G. A method of combining preliminary and final needle-milling stripping of cylindrical parts // Automation and modern technology. - 1992. - No. 9. - S.27-30.

Claims (1)

Фреза для обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, выполненная в виде концевой фасонной фрезы и содержащая корпус, по периферии которого в пазах размещены обрабатывающие элементы, включающие режущие элементы в виде пучков проволочного ворса, и упрочняющие элементы в виде фасонных витков проволочной пружины, поочередно размещенные в упомянутых пазах корпуса. A mill for machining screws with a half-open surface, made in the form of an end shaped cutter and containing a housing, on the periphery of which processing elements are located in the grooves, including cutting elements in the form of bundles of wire pile, and reinforcing elements in the form of shaped coils of a spring wire, alternately placed in the aforementioned grooves of the body.

Images