способ финишной обработки упругим инструментом
Классы МПК: | B24B39/02 для обработки внутренних поверхностей вращения |
Автор(ы): | Степанов Юрий Сергеевич (RU), Киричек Андрей Викторович (RU), Афанасьев Борис Иванович (RU), Фомин Дмитрий Сергеевич (RU), Корнеев Юрий Степанович (RU), Василенко Юрий Валерьевич (RU), Подзолков Максим Геннадиевич (RU), Шакулин Олег Петрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-03-07 публикация патента:
27.12.2007 |
Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к механической обработке отверстий гильз и цилиндров двигателей. Способ включает сообщение вращательного движения, возвратно-поступательного перемещения вдоль оси заготовки и радиальной подачи инструменту. Используют инструмент, содержащий корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток и рабочие деформирующие и антифрикционные элементы. Деформирующие элементы выполнены в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины, а рабочие антифрикционные элементы - в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины. Упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием. Концы винтовых цилиндрических пружин закреплены в корпусе. При этом радиальную подачу инструмента осуществляют возвратно-поступательными и вращательными движениями штока относительно продольной оси корпуса посредством выполненного на штоке винтового паза, в который входит шпонка, закрепленная в корпусе. В результате улучшается качество обработки и повышается производительность. 7 ил.
Формула изобретения
Способ финишной обработки отверстий гильз и цилиндров двигателей, включающий сообщение вращательного движения, возвратно-поступательного перемещения вдоль оси заготовки и радиальной подачи инструменту, отличающийся тем, что используют инструмент, содержащий корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток, рабочие деформирующие элементы в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины и рабочие антифрикционные элементы в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины, упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием, концы винтовых цилиндрических пружин закреплены в корпусе, при этом радиальную подачу инструмента осуществляют возвратно-поступательными и вращательными движениями штока относительно продольной оси корпуса посредством выполненного на штоке винтового паза, в который входит шпонка, закрепленная в корпусе.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии машиностроения, к механической обработке отверстий в металлических деталях машин и может быть использовано при изготовлении гильз и цилиндров компрессоров и двигателей внутреннего сгорания.
Известен способ и инструмент с чередующимися в окружном направлении антифрикционными брусками и деформирующими элементами, которым сообщают вращательное и возвратно-поступательное перемещение вдоль оси заготовки, при этом в качестве деформирующих элементов используют ролики в виде эллипсоидов вращения, оси которых устанавливают под углом к оси инструмента с возможностью свободного вращения, причем угол наклона роликов и скорости выбирают из приведенных соотношений [1].
Недостатками известного инструмента и способа являются сложность конструкции и дороговизна изготовления инструмента, причем небольшая рабочая площадь инструмента снижает интенсивность обработки больших внутренних поверхностей и производительность обработки.
Задача изобретения - улучшение качества обработки путем повышения задиростойкости обработанной поверхности, увеличение износостойкости поверхности заготовки при снижении коэффициента трения, повышение производительности, точности и эффективности обработки за счет увеличения рабочей площади инструмента благодаря винтовому расположению рабочей обрабатывающей поверхности и высокой упругости инструмента, а также возможности управление обработкой и упрощение конструкции инструмента.
Поставленная задача решается предлагаемым способом финишной обработки отверстий гильз и цилиндров двигателей, включающим сообщение вращательного движения, возвратно-поступательного перемещения вдоль оси заготовки и радиальной подачи инструменту, при этом используют инструмент, содержащий корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток, рабочие деформирующие элементы в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины и рабочие антифрикционные элементы в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины, упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием, концы винтовых цилиндрических пружин закреплены в корпусе, при этом радиальную подачу инструмента осуществляют возвратно-поступательными и вращательными движениями штока относительно продольной оси корпуса посредством выполненного на штоке винтового паза, в который входит шпонка, закрепленная в корпусе.
На фиг.1 изображена схема обработки отверстия предлагаемым способом и частичный продольный разрез инструмента, реализующий способ; на фиг.2 - общий вид инструмента и его положение при вводе в обрабатываемое отверстие; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, крепление концов упругого инструмента в корпусе; на фиг.4-7 - поперечное сечение упругого металлического элемента, изготовленного из проволоки из стали, соответственно, круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного сечения с антифрикционным слоем.
Предлагаемый способ финишной обработки, осуществляемый с помощью упругого инструмента, служит для повышения качества отверстий при изготовлении гильз и цилиндров двигателей внутреннего сгорания и компрессоров.
Инструмент, реализуемый предлагаемый способ, содержит корпус 1 в виде втулки, в центральном отверстии которого расположен шток 2, имеющий возможность возвратно-вращательного движения относительно корпуса и продольной оси благодаря имеющемуся винтовому пазу 3 и шпонки 4, входящей в паз 3 и закрепленной в корпусе 1.
Инструмент имеет чередующиеся в продольном направлении антифрикционные 5 и деформирующие 6 элементы, которые выполнены в виде упругой металлической проволоки, свернутой в витки двухзаходной винтовой цилиндрической пружины. Одним заходом является пружина с витками 5 с антифрикционным покрытием, а другим заходом - вторая пружина с деформирующими витками 6. Антифрикционное покрытие, применяемое при противозадирной обработке, содержит, например, медь, олово, цинк, дисульфид молибдена, графит и другие компоненты и представляет собой композиционный материал конструкционного характера, который наносится известными способами на наружную поверхность витков одной из пружин 5. Изготовляют пружины 5 и 6 путем навивки с удвоенным шагом 2Р, чтобы в собранном инструменте получить двухзаходную винтовую цилиндрическую пружину с шагом Р и чередующимися в продольном направлении антифрикционными 5 и деформирующими 6 элементами. С каждого торца такой сборной пружины имеются по два конца, которые закреплены в корпусе 1 с помощью винтов 7, а на штоке 2 - с помощью фланца 8, который неподвижно установлен на конце штока 2, и винтов 9.
Радиальная подача осуществляется за счет дополнительного возвратно-поступательного движения штока 2 в корпусе 1, а благодаря имеющемуся винтовому пазу 3 и шпонки 4, входящей в паз и закрепленной в корпусе, шток совершает возвратно-вращательные движения относительно корпуса и продольной оси.
В качестве упругого металлического элемента пружины применяется проволока из стали круглого, полукруглого, прямоугольного, эллипсного сечения с антифрикционным слоем на гибкой связке.
Рабочий режущий элемент, выполненный в виде упругой металлической проволоки, свернут в витки винтовой цилиндрической пружины растяжения. Упругий рабочий режущий элемент - пружина выполнена из проволоки, например, по ГОСТ 9389-75, обладающей высокой разрывной прочностью. В качестве материала проволоки используют сталь 65Г, 50ХФА, 60С2А, 65С2 ВА по ГОСТ 14595-79. Стальную углеродистую холоднотянутую проволоку, применяемую для изготовления рабочих элемента инструмента, навивают в холодном состоянии и не подвергают закалке.
Диметр проволоки зависит от диаметра обрабатываемого отверстия (диапазона отверстий) от нескольких десятков микрометров и толще. Упругая металлическая проволока свита в витки винтовых пружин диаметром несколько больше диаметра обрабатываемого отверстия Dз, количество антифрикционных и деформирующих витков не менее двух, шириной впадины Bz между витками не менее одной трети шага пружины: т.е. Bz>1/3Р, где Р - шаг винтовой пружины.
Ввод упругого винтового инструмента в обрабатываемое отверстие заготовки диаметром D з производят в растянутом положении пружины, при максимальной ее длине Lmax, которая, вытягиваясь, уменьшается в диаметре до значения Dmin, меньшего D з. Кроме того, уменьшению диметра пружины способствует вращение штока при выдвижении его (движение вниз, согласно фиг.1-2) из корпуса. Вращение штока в этом направлении закручивает пружину, уменьшая ее диаметр до значения Dmin, и инструмент свободно вводится в необработанное отверстие заготовки, т.к. Dз>Dmin.
При обработке отверстий по предлагаемому способу инструменту сообщают вращательное Vp относительно продольной оси и возвратно-поступательное Sпр движения. Кроме того, шток 2 вращают относительно корпуса 1 и втягивают в корпус, тем самым сближают концы пружины, раскручивая ее. При этом наружный диаметр пружины увеличивается, а благодаря упругим свойствам проволоки и пружины в целом обеспечивается радиальная подача, необходимая для противозадирной обработки элементами из мягкого материала и для поверхностного пластического деформирования (ППД).
Рабочая поверхность инструмента, полученная таким образом, является винтовой цилиндрической поверхностью с аксиально-смещенным в продольном направлении рабочим слоем, способствующей снижению температуры обработки благодаря впадине Вz между витками и свободному проникновению смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки, если это требуется по технологическому процессу.
Кроме того, аксиально-смещенный рабочий слой винтовой пружины позволяет интенсифицировать процесс обработки. Равномерное действие упругих сил металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, повышает точность и производительность обработки, а также снижает теплонапряженность процесса за счет прерывистой в продольном направлении зоны обработки.
Биение корпуса 1 штока 2 не влияет на биение металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, так как этот инструмент свободно размещается и ориентируется в обрабатываемом отверстии.
Предлагаемый способ, реализуемый с помощью рассмотренного инструмента, обработки гильз и цилиндров двигателей включает алмазно-абразивную обработку известной хонинговальной головкой или подобным рассмотренному инструментом, но оснащенным винтовой пружиной с алмазно-абразивным слоем, с получением требуемого микрорельефа и последующую противозадирную обработку элементами из мягкого материала инструментом описанной конструкции.
В процессе противозадирной обработки шток (находясь в верхнем положении, согласно фиг.1) освобождает упругие силы пружин, которые, раскручиваясь, увеличиваются в диаметре и соприкасаются витками с антифрикционным покрытием с обрабатываемой поверхностью и заполняют впадины микропрофиля. Деформирующие витки также соприкасаются с обрабатываемой поверхностью.
Вращение и возвратно-поступательное перемещение инструмента относительно обрабатываемой заготовки приводят к обкатыванию поверхности деформирующими витками и улучшают степень заполнения микропрофиля антифрикционными материалами.
После завершения обработки шток 2 выдвигается из корпуса (на фиг.2, движение вниз), пружина растягивается и уменьшается в диаметре и антифрикционные и деформирующие слои отходят от обрабатываемой поверхности.
Пример. Обработку осуществляют на хонинговальном станке мод. ОФ-38а для гильз цилиндров двигателей ЗМЗ-53 - 92 мм. Предварительный микрорельеф поверхности формируют методом алмазного хонингования подобным рассмотренному инструментом с алмазным слоем АБХ 100×10×5×3 АС 32 100/80 М08-4 - 100%. В качестве деформирующих элементов используют витки пружины 100 мм, свитой из проволоки 10 мм из стали 65Г.
Противозадирную обработку осуществляют антифрикционными элементами в виде витков пружины 100 мм, свитой из проволоки 10 мм из стали 65Г, в поперечном сечении - полукруг. Антифрикционный слой БХА 100×10×5 KM 2/10-М08-1Ц из композиционного материала конструкционного характера, содержащего медь, олово, цинк, дисульфид молибдена, графит и другие компоненты. Режимы обработки следующие: скорость вращения инструмента V p=1,1 м/с; скорость возвратно-поступательного движения Sпр=0,35 м/с; давление разжима антифрикционных и деформирующих витков (силы упругости пружины) - 0,2...0,3 МПа; время обработки - 42 с. В качестве контролируемых параметров исследований, проводимых на машине трения СМЦ-2, принимались задиростойкость и износ обработанной поверхности. Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемый способ, реализуемый рассмотренным инструментом, для обработки гильз и цилиндров двигателей позволяет по сравнению с известным способом улучшить качество обработки путем повышения задиростойкости обработанной поверхности в 1,8 раза, увеличения износостойкости поверхности заготовки при снижении коэффициента трения на 35%.
Предлагаемый способ позволяет повысить точность и производительность обработки за счет уменьшения величины биения инструмента при простоте конструкции и снижении металлоемкости последнего, снизить теплонапряженность процесса за счет прерывистой в продольном направлении и аксиально-смещенной зоны резания благодаря винтовому расположению режущей поверхности, управлять величиной радиальной подачи за счет поворота штока относительно корпуса, а также упростить управление обработкой и конструкцию инструмента.
Источники информации
1. А.с. СССР №1583262, МПК5 В24В 1/00, 33/08. И.X.Чеповецкий, С.А.Ющенко, С.И.Будник. Способ финишной обработки гильз и цилиндров двигателей. Заявка №4387441/31-08; 21.12.87; 07.08.90; Бюл. №29 - прототип.
Класс B24B39/02 для обработки внутренних поверхностей вращения