close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 04060

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4060
(13)
C1
(51)
(12)
7
B 23B 35/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ПРЕЦИЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ДЛИННЫХ ОТВЕРСТИЙ
МАЛОГО ДИАМЕТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: 950289
(22) 1995.06.09
(46) 2001.09.30
(71) Заявитель: Белорусский
государственный
университет информатики и радиоэлектроники
(BY)
(72) Автор: Горохов В.А. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники (BY)
BY 4060 C1
(57)
1. Способ прецизионной обработки длинных отверстий малого диаметра путем вибрационного резания с
вращением заготовки и вибрацией в направлении подачи вибросверла, отличающийся тем, что процесс
осуществляют при следующих параметрах режима виброрезания:
подаче s на оборот заготовки, определяемой из соотношения:
s ≤ 42-1 (d2 / l0,5)3,
где d - диаметр режущей части инструмента,
l - длина отверстия детали;
скорости v резания, определяемой из соотношения:
v = 5,7.10-5 (s 0,1 / ∆d0,3)4,
где ∆ - допускаемое отклонение оси отверстия от прямолинейности на длине l,
частоте n вращения заготовки, определяемой из соотношения:
n ≤ 1000 v / πd;
амплитуде Ав и частоте fв вибрации инструмента, выбранных из соотношений:
Ав = (1,5…2) s, fв = n (iп + io) / 60,
где iп - число целых периодов колебаний на оборот заготовки, выбираемое из значений iп = 3…7,
io - дробный остаток на оборот, принимаемый по выражению
io = (0,05…0,11) iп;
при этом контролируют осевую силу на вибросверле по предельно допустимой величине
Po = 5 Е Jmin / l2,
где E - модуль продольной упругости,
Jmin - момент инерции сечения корпуса вибросверла в плоскости, делящей пополам его продольные канавки для выхода стружки и СОЖ.
Фиг. 1
2. Устройство для прецизионной обработки длинных отверстий малого диаметра, содержащее установленные на станине переднюю бабку и виброголовку, отключающий механизм с первичным датчиком, непод-
BY 4060 C1
вижную и подвижную стенки с расположенными в них кондукторной и поддерживающей втулками, в которых размещен инструмент в виде вибросверла с впаянной твердосплавной пластиной, отличающееся тем,
что втулки выполнены с отверстиями по форме поперечного сечения корпуса вибросверла, на внутренней
цилиндрической поверхности которых выполнены две радиально расположенные на одной оси продольные
канавки шириной, равной ширине твердосплавной пластины, и глубиной 0,1…0,15 мм, причем длина втулок
определена из соотношения:
lв = 2,2d,
где d - диаметр режущей части инструмента;
односторонний зазор между вибросверлом и втулками по периметру отверстия выбран из соотношения:
S ≤ 0,85 ∆ (lв + А + lз) / l,
где А - расстояние между торцами кондукторной втулки и заготовки,
∆ - допускаемое отклонение оси отверстия от прямолинейности на длине l отверстия,
lз - длина засверленного в заготовке перед обработкой отверстия диаметром dз = d + 0,2 мм, принимаемая
из соотношения lз = (1,5…2) d;
отключающий механизм настроен на отключение станка при достижении осевой силы на инструменте
предельного значения:
Po = 5 Е Jmin / l2,
где E - модуль продольной упругости,
Jmin - момент инерции сечения корпуса вибросверла в плоскости, делящей пополам его продольные канавки для выхода стружки и СОЖ,
а поддерживающая втулка установлена на подвижной стенке с возможностью вращения и последующей
фиксации в круговом направлении по вибросверлу центрирующим зажимом.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отверстия во втулках выполнены в виде сочетания цилиндрической поверхности диаметром d1 = d - (0,1…0,15) мм и двух цилиндрических выступов радиусом r = d.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отверстия во втулках выполнены диаметром d1 = d (0,1…0,15) мм и имеют на внутренней поверхности два радиально расположенных на одной оси резьбовых
отверстия, в которых установлены винты со сферическими торцовыми поверхностями радиусом r = d.
(56)
SU 844157, 1981.
Горохов В.А. Химическое и нефтяное машиностроение. - 1992. - № 2. - С. 36-39.
SU 1071376 А, 1984.
SU 1172651 A, 1985.
SU 1197788 A, 1985.
SU 1202738 A, 1986.
SU 1230752 A1, 1986.
Изобретение относится к механической обработке вязкопластичных металлов вибрационным резанием и
может быть использовано при сверлении точных отверстий малого диаметра (d = 2,5…12мм) и большой
длины (l ≥ 10d), например на токарных станках, по схеме: заготовка вращается, инструмент в виде вибросверла не вращается и вибрирует.
Наиболее близким по технической сущности и обеспечиваемому эффекту является вибросверление отверстий
малого диаметра и большой длины при одновременном использовании кондукторной и поддерживающей втулок,
установленных соответственно в неподвижной стойке и подвижной стенке устройства и имеющих гладкие цилиндрические отверстия для размещения вибросверл [1].
Но и при этом способе вибросверления диаметр гладких рабочих отверстий втулок равен диаметру режущей части
инструмента, а направление инструмента обеспечивается по поверхности корпуса вибросверла, диаметр которого по
сравнению с диаметром режущей части занижен (уменьшен) на 0,1…0,15 мм. Это снижает точность положения инструмента относительно оси вращения заготовки; не препятствует его продольному изгибу, поскольку наименьшая жесткость вибросверла наблюдается в плоскости, делящей пополам его продольные канавки (ось Уо), именно в направлении оси Уо инструмент имеет максимальное смещение за счет зазора и не имеет опор, препятствующих его изгибу;
не повышает сопротивления вибросверла кручению под действием момента резания, так как этой деформации корпус
инструмента подвержен на всей длине от режущих кромок до патрона виброголовки, а втулки с гладкими отверстиями не препятствуют скручиванию корпуса, при этом наибольший угол закручивания наблюдается в зоне режущих
кромок вибросверла. Кроме того, в существующем устройстве не контролируется и не ограничивается осевая сила на
инструменте, что вместе с увеличенным зазором в соединениях вибросверло-втулка, неточным положением инструмента, его продольным изгибом и закручиванием в процессе виброрезания за счет изменения геометрических и силовых факторов обработки, неравномерного износа режущих кромок приводит к уводу инструмента и искривлению оси
обрабатываемого отверстия. Следует отметить также малый ресурс работы существующего устройства, так как из-за
2
BY 4060 C1
заведомо увеличенного зазора между втулкой и инструментом остается очень малый запас на изнашивание направляющих элементов.
Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, который выражается в повышении
точности обработки и положения инструмента, его жесткости и ресурса работы устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что способ обработки длинных отверстий малого диаметра с
вращением заготовки и вибрацией в направлении подачи вибросверла отличается тем, что процесс осуществляют при следующих параметрах режима виброрезания: подаче s на оборот заготовки, определяемой из соотношения s ≤ 42-1 (d2 / l0,5)3, где d - диаметр режущей части инструмента, l - длина отверстия детали; скорости v резания, определяемой из соотношения v = 5,7 . 10-5 (s0,1 / ∆ d0,3)4, где ∆ - допускаемое отклонение от
прямолинейности оси отверстия на длине l; частоте n вращения заготовки, определяемой из соотношения n =
=1000 v / (πd); амплитуде Ав и частоте fв вибрации инструмента, выбранных из соотношений Ав = (1,5…2) s,
fв = n (iп + io) / 60, где iп - число целых периодов колебаний на оборот заготовки, выбираемое из значений
iп = 3…7, io - дробный остаток на оборот, принимаемый по выражению io = (0,05…0,11) iп; при этом контролируют осевую силу на вибросверле по предельно допустимой величине Po = 5 Е Jmin / l2, где E - модуль продольной упругости, Jmin - момент инерции сечения корпуса вибросверла в плоскости, делящей пополам его
продольные канавки для выхода стружки и СОЖ.
При этом используют устройство для прецизионной обработки длинных отверстий малого диаметра, содержащее установленные на станине переднюю бабку и виброголовку, отключающий механизм с первичным
датчиком, неподвижную и подвижную стенки с расположенными в них кондукторной и поддерживающей
втулками, в которых размещен инструмент в виде вибросверла с впаянной твердосплавной пластиной, отличающееся тем, что втулки выполнены с отверстиями по форме поперечного сечения вибросверла, на внутренней цилиндрической поверхности которых выполнены две радиально расположенные на одной оси продольные канавки шириной, равной ширине твердосплавной пластины, и глубиной 0,1…0,15 мм, причем
длина втулок определена из соотношения lв = 2,2d, где d - диаметр режущей части инструмента; односторонний зазор между вибросверлом и втулками по периметру отверстия выбран из соотношения
S ≤ 0,85 ∆ (lв + А + lз)/l, где А - расстояние между торцами кондукторной втулки и заготовки, ∆ - допускаемое отклонение оси отверстия от прямолинейности на длине l отверстия, lз - длина засверленного в заготовке
перед обработкой отверстия диаметром dз = d + 0,2 мм, принимаемая из соотношения lз = (1,5…2) d; отключающий механизм настроен на отключение станка при достижении осевой силы на инструменте предельного
значения Po = 5 Е Jmin / l2, где E - модуль продольной упругости, Jmin - момент инерции сечения корпуса вибросверла в плоскости, делящей пополам его продольные канавки для выхода стружки и СОЖ, а поддерживающая втулка установлена на подвижной стенке с возможностью вращения и последующей фиксации в
круговом направлении по вибросверлу центрирующим зажимом.
Для повышения ресурса работы устройства за счет компенсации износа отверстия во втулках могут быть выполнены в виде сочетания цилиндрической поверхности диаметром d1 = d - (0,1…0,15) мм и двух цилиндрических выступов радиусом r = d. Отверстия могут быть выполнены также диаметром d1 = d - (0,1…0,15) мм и иметь на внутренней поверхности втулки два радиально расположенных на одной оси резьбовых отверстия, в которых
установлены винты со сферическими торцовыми поверхностями радиусом r = d.
Сущность отличия предложенного способа заключается в том, что заданием параметров режима обработки и
ограничений осевой силы на вибросверле обеспечиваются наилучшие условия виброрезания, равномерный и минимальный износ режущих кромок инструмента, исключение его продольного изгиба, уменьшение скручивания
корпуса и поворота передней и задней поверхностей режущих кромок вибросверла, что приводит к стабилизации
процесса резания, исключению увода инструмента и уменьшению искривления оси обрабатываемого отверстия.
Сущность предложенного устройства заключается в использовании кондукторной и направляющей втулок: а) с
отверстием, копирующим форму поперечного сечения корпуса вибросверла; б) с отверстием в виде сочетания цилиндрической поверхности диаметром d1 = d - (0,1…0,15) мм и двух цилиндрических выступов радиусом r = d; в) с
отверстием диаметром d1 = d - (0,1…0,15) мм, имеющим на внутренней поверхности втулки два радиально расположенных на одной оси резьбовых отверстия, в которых установлены винты со сферическими торцовыми поверхностями радиусом r = d; в обеспечении строго определенного минимального зазора между инструментом и втулкой (элементами втулки); в задании расстояния между торцами кондукторной втулки и заготовки; в настраивании
отключающего механизма на отключение станка при достижении максимально допустимой из условий продольного изгиба осевой нагрузки, в повышении жесткости инструмента, что и приводит к обеспечению предложенного
способа обработки. Варианты б и в конструкции втулок также дают все изложенные выше преимущества предложенного устройства, но обеспечивают повышенный ресурс его работы за счет возможности компенсации износа
путем изменения положения или замены цилиндрических выступов и регулирования положения винтов со сферическими торцовыми поверхностями радиусом, равным радиусу канавок вибросверла.
Изобретение поясняется фиг. 1, иллюстрирующей схемы виброобработки отверстий предложенным способом и предложенное устройство, фиг. 2, поясняющей сечение корпуса вибросверла и вид с торца втулки и
3
BY 4060 C1
центрирующего зажима, фиг. 3 и 4, показывающими вариант втулки с гладким цилиндрическим отверстием
и упорами в виде винтов со сферическими торцами, фиг. 5, отражающей вид Д на вибросверло.
Устройство содержит закрепленную неподвижную стойку 1, в которой установлена кондукторная втулка 2 и
закреплена неподвижная стенка 3. На стенке 3 неподвижно установлены штанги 4, несущие отжимаемую пружинами 5 подвижную стенку 6, в которой размешена поддерживающая втулка 7. Сверло 8 закрепляется в патроне 9
виброголовки. Заготовка 10 устанавливается в патроне передней бабки, например, токарного станка, центрируется
и зажимается кулачками 11. Фиксация поддерживающей втулки 7 в положении по корпусу 8 вибросверла осуществляется центрирующим зажимом (цангой в виде конической втулки, надрезанной тремя пазами с одной и другой
сторон) 12 (фиг. 2). Режущая часть 13 вибросверла выполнена в виде впаиваемой в паз корпуса 8 инструмента
твердосплавной пластины диаметром d и толщиной b (фиг. 5).
Упоры 14 в виде винтов стопорятся в требуемом положении винтами 15 (фиг. 3, 4). Управление центрирующим зажимом 12 осуществляется вкручиванием (закрепление втулки) или откручиванием (открепление) гайки 1 в
резьбовом отверстии стенки 6. Вибросверло на всей выступающей из патрона 9 длине снабжено продольными канавками. В процессе вибросверления длинных отверстий патрон 9 при достаточном перемещении к заготовке 10
начинает контактировать своим торцом с подвижной стенкой 6 и перемещает последнюю по штангам 4, сжимая
пружины 5, вплоть до полного сближения со стойкой 1. В этом случае станок отключается, а вибросверло отводится в исходное положение. С точки зрения сохранения точности сверления и исключения отрицательного воздействия на кондукторную втулку вымываемой дробленой стружки предпочтение следует отдать конструкции с отверстием варианта а (фиг. 1, 2). Такие втулки можно изготавливать из твердых сплавов марок ВК8, ВК6М и других
путем прошивания отверстий на электроэрозионном станке электродом-инструментом с поперечным сечением копирующим сечение корпуса вибросверла с учетом обеспечения требуемого зазора. В качестве поддерживающей
втулки целесообразно использование втулок вариантов конструкции б и в. Для выполнения назначения втулок этих
вариантов при наладке цилиндрические выступы устанавливаются с использованием подкладок (фольги) и закрепляются винтами, а упоры в виде винтов 14 равномерно выкручиваются до упора сферическими торцами в поверхности продольных канавок вибросверла радиусом r = d, а затем вкручиваются на часть оборота для обеспечения зазора S и в этом положении фиксируются винтами 15. Отверстия Б этих втулок используются для поворота их
вилчатым ключом в нужное угловое положение по вибросверлу. Центрирование и выставление параллельности
втулок относительно оси вращения заготовки осуществляются с точностью S/4 на длине lв.
Заготовка 10 устанавливается в кулачках 11 патрона станка с обеспечением расстояния А = 0,38d между ее торцом и кондукторной втулкой 2; режущая часть 13 инструмента вводится в предварительно засверленное в заготовке отверстие диаметром dз и длиной lз, корпусом 8 вибросверло размещается в кондукторной 2 и поддерживающей
7 втулках, перемешается в них с подачей s и вибрирует с частотой fв в осевом направлении. Смазочноохлаждающая жидкость (СОЖ) подается через каналы Л и Т инструмента, охлаждает зону резания, смазывает режущие кромки и вымывает дробленую стружку по каналам, образуемым поверхностями продольных канавок вибросверла и обрабатываемого отверстия, а затем через зазор шириной А попадает в поддон станка. Параметры режима виброрезания определяются по предложенным зависимостям, а сила Po контролируется первичным
датчиком отключающего механизма станка и при достижении максимально допустимого ее значения процесс обработки прерывается, а инструмент отводится в исходное положение, что говорит о необходимости замены (заточки) вибросверла.
Пример.
Изготовлен образец устройства с использованием втулок с цилиндрическими отверстиями и упорами в
виде винтов со сферическими торцами. Испытание способа и устройства для его осуществления выполнено в
лабораторных условиях на установке ВУ-2 (в качестве базы принят токарно-винторезный станок мод.
1Е61МТ). Сверлилось отверстие ∅ 3Н вибросверлом с рабочей частью ∅ 3-0,01 и толщиной твердосплавной
пластины b = 0,7 мм, расположенной под углом β = 60°. Длина отверстия l = 36 мм.
Параметры режима обработки определены по соотношениям (зависимостям):
подача на оборот заготовки s ≤ 42-1 (d2 / l0,5)3, принято значение s = 0,03 мм/об;
скорость резания v = 5,7 . 10-5 (s0,1 / ∆ d0,3)4, при допускаемом отклонении оси отверстия от прямолинейности ∆ = 0,02 мм, v = 23,375 м/мин;
частота вращения заготовки n = 1000 v / πd, по расчету n = 2481 мин-1, по паспорту виброустановки ВУ-2
принято ближайшее меньшее значение n = 2000 мин-1, при этом фактическая скорость резания
v = πdn / 1000 = 3,14 . 3 . 2000/1000 = 18,84 м/мин;
амплитуда вибрации инструмента Ав = (1,5...2) s, принята Ав = 0,06 мм;
частота вибрации инструмента fв = n (iп + io) / 60, при принятых iп = 3, io = 0,05iп = 0,15 значение fв = 105
Гц;
предельно допустимая осевая сила на вибросверле из условий его жесткости Po = 5 Е Jmin / l2 при Е = 5 . 105
МПа, Jmin = 0,05 dн4(1-α4) = 0,05 . 2,54 (1-0,244) = 1,947 мм4 (здесь dн - усредненный наружный диаметр, dн = 2,5
мм; α = dо/dн = 0,6/2,5 = 0,24; do - диаметр канала подачи СОЖ, dо = 0,6 мм), значение Ро = 751,16 Н (по условиям обработки при сверлении незатупленным сверлом Po' = 240…310 Н).
4
BY 4060 C1
Использованы кондукторные и направляющие втулки диаметром d1 = d - 0,1 = 3 - 0,1 = 2,9 мм, длиной
lв = 2,2 d = 2,2 . 3 = 6,6 мм с канавками шириной b = 0,7 мм и глубиной h = 0,12 мм, расположенными под углом
β = 68° к оси упоров в виде винтов со сферическими головками. Односторонний зазор при А = 0,38d = 0,38 . 3 = 1,14
мм,
∆ = 0,02
мм,
lв = 6,6
мм,
lз = 1,5d = 1,5 . 3 = 4,5
мм
определен
по
соотношению
.
S ≤ 0,85 ∆ (lв + А + lз) / l = 0,85 0,02 (6,6 + 1,14 + 4,5) /36 = 0,00575 мм и принят 0,004 мм.
Обрабатывались образцы из титанового сплава ВТ3-1 сверлением спиральным сверлом ∅ 3-0,01 и вибросверлением вибросверлом по схеме: заготовка вращается, инструмент не вращается и подается. В качестве СОЖ применен 7 % раствор состава Аквол-10.
В результате испытания установлено, что отклонение оси отверстия от прямолинейности при вибросверлении с приведенными выше параметрами режима уменьшилось с 0,17 мм при обычном сверлении до 0,01
мм. При этом достигнуто снижение шероховатости отверстия с Ra = 1,7…2,7 мкм до Ra = 0,6…0,9 мкм, а
точность отверстия по диаметру оказалась в пределах 7 квалитета.
Источники информации:
1. SU 844157, 1981.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
207 Кб
Теги
04060, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа