Спосіб оброблення зовнішніх поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитів на основі алюмінію алмазними брусками з використанням ультразвуку

Реферат: Спосіб оброблення зовнішніх поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитів на основі алюмінію алмазними брусами з використанням ультразвуку, в якому оброблювана деталь фіксується у обробляючому верстаті з горизонтальним розташуванням осі, а інструмент у вигляді прямокутного абразивного бруска розміщується у прецизійному пазу інструментальної головки так, що вона своєю віссю перпендикулярно пересікається з віссю поверхні деталі і міцно притискується з заданою силою до поверхні оброблення, яка обертається навколо своєї осі з нормованою швидкістю, та одночасно виконуючи плавні повздовжні переміщення вздовж осі деталі з розрахованою швидкістю. Разом з поздовжніми переміщеннями інструментальної головки з абразивними брусками вздовж осі деталі оброблення головці додатково надаються поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання з частотою коливань nч.к., у межах 40-60 кГц, а безпосередньо зрізання мікростружок з поверхні деталі відбувається дрібнозернистими (5-10 мкм) алмазними бруками з синтетичних алмазів (АС) на еластичній органічній зв'язці (В1-02) при 150 %-й концентрації алмазів - АСМ5/10 В1-02 150 %. UA 100129 U (12) UA 100129 U UA 100129 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі технології машинобудування, зокрема до способів високоточних оздоблювальних методів обробки поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитних матеріалів на основі алюмінію, що належать до класу важкооброблюваних сплавів зі спеціальними властивостями, наприклад високоточних зносостійких валів машин офсетного друку, що працюють в умовах тертя при жорстких режимах експлуатації (високі температури до 400 °C, та тиски до 2,0-5 МПа або швидкостях обертання до 800 об./хв. з тисками 1,5-5,4 МПа). Високоточне фінішно-оздоблювальне оброблення вказаних важкооброблюваних високолегованих сплавів відомими технологічними методами не забезпечує виконання необхідних технічних вимог до якості поверхонь таких деталей, які піддаються при роботі інтенсивним експлуатаційним навантаженням, що впливає на техніко-економічні показники спеціальної техніки, зокрема на параметри надійності (зносостійкість, довговічність, ремонтоздатність). Ці показники залежать від параметрів якості поверхонь оброблення деталей друкарської техніки (шорсткість, величина та глибина наклепу, величина та знак залишкових напружень поверхневої зони). Відомий спосіб тонкого абразивного оброблення важкооброблюваних зносостійких високолегованих матеріалів алфенолового класу типу Ю16, "Alfo", 16ЮИХ системи "алюміній – іридій – залізо – хром", при застосуванні якого використовують дрібнозернисті інструменти з карбіду кремнію зеленого (63С) зернистістю 10-14 мкм на еластичній гліфталевій зв'язці (Гл), а обробку поверхонь здійснюють, призначаючи надтонкі оздоблювальні режими різання [1]. Недоліком цього способу є те, що при обробленні сплавів з підвищеним складом алюмінію у матеріалі під час зрізання з поверхні деталі тонких стружок з невеликим їх перерізом (а саме такими є композитні сплави на основі алюмінію АК12М2МгН, АК8М3ч, АК12ММгН +(9-12) % MoS2), відбувається миттєве окислення субмікронних часток елементів стружки, активне налипання їх до ріжучої кромки абразивного зерна карбіду кремнію зеленого, що змінює умови різання у зоні оброблення, зокрема веде до збільшення радіуса заокруглення та кута різання при вершині ріжучого поодинокого зерна, що обумовлює передчасну втрату ріжучої здатності абразивного інструменту, суттєво змінює формування силового та температурного полів у зоні тонкого фінішного оброблення і, решті решт, стає причиною суттєвого зниження параметрів якості поверхні оброблення деталі з відповідним зниженням показників її зносостійкості. Найбільш близькими за технічною суттю та ефектом, що досягається, до пропонованого способу є "Спосіб оброблення зовнішніх поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитів абразивними брусками" [2]. Недоліком такого способу є те, що при його застосуванні не досягаються параметри шорсткості поверхні оброблення Ra, які мають значення, менші 0,010-0,025 мкм, що не створює умов для подальшого підвищення зносостійкості та довговічності пар деталей тертя поліграфічних машин. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення поверхонь оброблення зовнішніх поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитів на основі алюмінію шляхом зрізання тонких стружок дрібнозернистими зернами інструменту за рахунок суттєвого зниження складових сил різання у зоні обробки та завдяки ускладненню траєкторії переміщення ріжучого зерна відносно оброблюваної поверхні отвору деталі. Це створює необхідні можливості для суттєвого зменшення перерізу стружки az, що зрізується з зовнішньої поверхні оброблення деталі обертання з композитного сплаву і, відповідно, зменшуючи складові сил різання, сприяє формуванню більш якісної поверхні (параметр шорсткості Ra величина залишкових напружень та ступінь наклепу К). Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі оброблення зовнішніх поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитів на основі алюмінію алмазними дрібнозернистими брусками, в якому оброблювана деталь фіксується у обробляючому верстаті з горизонтальним розташуванням її осі, а інструмент у вигляді прямокутного алмазного бруска розміщується у прецизійному пазу інструментальної головки так, що вона своєю віссю перпендикулярно пересікається з віссю деталі і міцно притискується з заданою силою до поверхні оброблення, яка обертається навколо своєї осі з нормованою швидкістю, та одночасно виконуючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі деталі обертання з розрахованою швидкістю, при цьому разом з поздовжніми переміщеннями інструментальної головки алмазними брусками вздовж осі деталі оброблення, головці додатково надаються поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання з частотою коливань nч.к. у межах 40-60 кГц, а безпосередньо зрізання мікростружок з поверхні деталі відбувається дрібнозернистими (5-10 мкм) алмазними брусками з синтетичних алмазів (АС) на еластичній органічній зв'язці (В1-02) при 150 %-ній концентрації алмазів - АСМ 5/10 В1-02 150 %, при цьому для оброблення 1 UA 100129 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 застосовують наступні режими різання: швидкість обертання деталі Vд=80-120 м/хв., швидкість поздовжньо-зворотного переміщення алмазних брусків Vп.з.=5-15 м/хв., високочастотні коливання nч.к., =40-60 кГц, питомий тиск qo=1,0-1,5 МПа, інтенсивна подача у зону різання мастильно-охолоджучої рідини (МОР). Спосіб здійснюється наступним чином. Оброблювана деталь фіксується у обробляючому верстаті з горизонтальним розташуванням осі, а інструмент у вигляді прямокутного дрібнозернистого бруска розміщується у прецизійному пазу інструментальної головки так, що вона своєю віссю перпендикулярно пересікається з віссю поверхні деталі і міцно притискується з заданою силою до поверхні оброблення, яка обертається навколо своєї осі з нормованою швидкістю. Одночасно інструментальна головка з алмазними брусками виконує плавні повздовжні переміщення вздовж осі обертання з розрахованою швидкістю, при цьому разом з поздовжніми переміщеннями інструментальної головки додатково надаються поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання з частотою коливань у межах 40-60 кГц, а безпосередньо зрізання мікростружок з поверхні деталі відбувається дрібнозернистими (5-10 мкм) алмазними бруками з синтетичних алмазів (АС) на еластичній органічній зв'язці (В1-02) при 150 %-й концентрації алмазів - АСМ5/10 В1-02 150 %, при цьому для оброблення застосовують наступні режими різання: швидкість обертання деталі Vд - 80-120 м/хв., швидкість поздовжньо-зворотного переміщення алмазних брусків Vп.з.=5-15 м/хв., питомий тиск qo=1,0-1,5 МПа, інтенсивна подача у зону різання мастильно-охолоджучої рідини (МОР). Спосіб реалізується за схемою на кресл. Деталь 1 з діаметром D, поверхня якої оброблюється за допомогою пристроїв 2, фіксується у обробляючому верстаті. Інструментальна головка 4 розміщується таким чином, що її вісь орієнтована вертикально та перпендикулярно осі обертання деталі. Для цього використовують спеціальні пристрої 5 (на схемі наведено найпростіший варіант - планка). У прецизійному пазу інструментальної головки 4 розміщують і закріплюють алмазний брусок 3. Механізмами верстата деталі 1 надають обертання з нормованою швидкістю Vд. Інструментальна головка з алмазним бруском (завдяки кінематичним властивостям верстата) виконує плавні переміщення вздовж осі деталі 1 з розрахованою сталою швидкістю Vп.з., алмазний брусок 3 внаслідок навантаження інструментальної головки силою Р міцно притискується до поверхні оброблення деталі 1. Ця сила Р (в залежності від умов зони контакту алмазного бруска з поверхнею деталі) забезпечує утворення питомого тиску qo. Одночасно з плавними поздовжніми переміщеннями вздовж осі деталі 1 інструментальної головки 4 з алмазним бруском 3, головці додатково надаються поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання nч.к. з частотою коливань у межах 4060 кГц, а безпосередньо зрізання стружок з поверхні деталі відбувається дрібнозернистими (510 мкм) алмазними брусками з синтетичних алмазів (АС) на еластичній органічній зв'язці (В1-02) при 150 %-й концентрації алмазів - АСМ 5/10 В1-02 150 %. при цьому для оброблення застосовують наступні режими різання: швидкість обертання деталі Vд=80-120 м/хв., швидкість поздовжньо-зворотного переміщення алмазних брусків Vп.з.=5-15 м/хв., питомий тиск qo=1,0-1,5 МПа, інтенсивна подача у зону різання мастильно-охолоджучої рідини (МОР). Особливою рисою даного способу оброблення зовнішніх поверхонь обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитних матеріалів є додаткове застосування ультразвукових коливань nч.к., абразивного інструменту з частотою у межах 40-60 кГц у сполученні з застосуванням для зрізання стружок з поверхні деталей дрібнозернистих (5-10 мкм) алмазних брусків з синтетичних алмазів (АС) на еластичній органічній зв'язці (В 1-02) при 150 %-й концентрації алмазів - АСМ 5/10 В1-02 150 %, при цьому для оброблення застосовують наступні режими різання: швидкість обертання деталі Vд=80-120 м/хв., швидкість поздовжньозворотного переміщення алмазних брусків Vп.з.=5-15 м/хв., питомий тиск qo=1,0-1,5 МПа, інтенсивна подача у зону різання мастильно-охолоджучої рідини (МОР). Це обумовлює суттєве ускладнення траєкторії переміщення ріжучого алмазного зерна по поверхні оброблення і, як наслідок, значне зменшення перерізу az стружки, яка зрізується з робочої поверхні деталі. Як наслідок, створюються позитивні умови для покращення якості поверхні оброблення, в першу чергу, параметра шорсткості поверхні Ra, а також фізичних властивостей поверхневого шару, що обробляється абразивними брусками. Це безпосередньо впливає на параметри довговічності та зносостійкості готових виробів. При використанні традиційних технологій оброблення деталей обертання циліндричної форми поліграфічних машин параметри якості поверхонь знижуються (табл. 1, 2). 2 UA 100129 U Таблиця 1 Вплив частоти ультразвукових поздовжньо-зворотних коливань nч.к. абразивних брусків на параметри якості поверхні при надтонкій обробці циліндричних поверхонь деталей з композитного сплаву на основі алюмінію АК12М2МгН Обробка згідно з запропонованим способом Обробка згідно з найближчим аналогом Частота ультразвукових Параметр Глибина Ступінь Параметр Глибина Ступінь коливань шорсткості наклепу наклепу шорсткості наклепу наклепу абразивних Ra, мкм h, мкм К Ra, МКМ h, мкм К брусків, nч.к. 40 0,005 1,0-1,2 1,07 0,025 2,1-2,2 1,22 50 0,003 0,5-1,0 1,05 0,020 2,0-2,5 1,21 60 0,006 1,1-1,2 1,12 0,030 2,6-3,0 1,24 Примітки: 1 - швидкість обертання деталі Vд=80 м/хв.; 2 - швидкість поздовжньо-зворотного переміщення алмазних брусків Vп.з.=0,5 м/хв.; 3 - матеріал алмазного бруска - синтетичний алмаз (АС) зернистістю 10 мкм на органічній зв'язці при 150 %-й концентрації алмазу - АСМ 5/10 В1-02 150 %. Таблиця 2 Вплив частоти ультразвукових поздовжньо-зворотних коливань nч.к. абразивного бруска на параметри якості при надтонкій обробці деталей з зовнішньо-циліндричною форою з композитного сплаву на основі алюмінію АК8М3ч Обробка згідно з запропонованим способом Обробка згідно з найближчим аналогом Частота ультразвукових Параметр Глибина Ступінь Параметр Глибина Ступінь коливань шорсткості наклепу наклепу шорсткості наклепу наклепу абразивних Ra, мкм h, мкм К Ra, мкм h, мкм К брусків, nч.к. 40 0,007 1,1-1,3 1,06 0,019 2,3-2,5 1,31 50 0,005 0,7-1,1 1,04 0,015 2,5-2,7 1,25 60 0,009 1,0-1,2 1,07 0,017 2,9-3,0 1,27 Примітки: 1 - швидкість обертання деталі Vд=80 м/хв.; 2 - швидкість поздовжньо-зворотного переміщення алмазних брусків Vп.з.=5 м/хв.; 3 - матеріал алмазного бруска - синтетичний алмаз (АС) зернистістю 10 мкм на органічній зв'язці (В1-02) при 150 %-й концентрації алмазу - АСМ 5/10 В1-02 150 %. 5 10 15 Спосіб оброблення зовнішніх поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитів на основі алюмінію абразивними брусками може використовуватись при виготовленні вузлів швидкісних поліграфічних офсетних друкарських машин, а також при обробці спеціальних деталей для аерокосмічних систем, деталей тертя газотурбінних і компресорних станцій магістральних газогонів та важливих деталей військової техніки. Джерела інформації: 1. Чеповецкий И.X. Основы финишной алмазной обработки /И.X. Чеповецкий. - К.: Наукова думка, 1980. - 468 с. 2. Спосіб оброблення зовнішніх поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитів абразивними брусками: пат. 85154 Україна МПК G11B 5/127 (2006.1) /Гавриш А.П., Роїк Т.А., Киричок П.О., Віцюк Ю.Ю., Гавриш О.А., Дорфман І.Є. заявник і патентовласник Нац. техн. ун-т України "Київський політехн. ін-т". - № U201306288; заявл. 25.05.2013; опублік. 11.11.2013, Бюл. № 21. - С. 5. 3 UA 100129 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Спосіб оброблення зовнішніх поверхонь деталей обертання поліграфічних машин зі зносостійких композитів на основі алюмінію алмазними брусами з використанням ультразвуку, в якому оброблювана деталь фіксується у обробляючому верстаті з горизонтальним розташуванням осі, а інструмент у вигляді прямокутного абразивного бруска розміщується у прецизійному пазу інструментальної головки так, що вона своєю віссю перпендикулярно пересікається з віссю поверхні деталі і міцно притискується з заданою силою до поверхні оброблення, яка обертається навколо своєї осі з нормованою швидкістю, та одночасно виконуючи плавні повздовжні переміщення вздовж осі деталі з розрахованою швидкістю, який відрізняється тим, що разом з поздовжніми переміщеннями інструментальної головки з абразивними брусками вздовж осі деталі оброблення головці додатково надаються поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання з частотою коливань nч.к., у межах 40-60 кГц, а безпосередньо зрізання мікростружок з поверхні деталі відбувається дрібнозернистими (5-10 мкм) алмазними бруками з синтетичних алмазів (АС) на еластичній органічній зв'язці (В1-02) при 150 %-й концентрації алмазів - АСМ5/10 В1-02 150 %. Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4