Спосіб надтонкої абразивної обробки суперфінішуванням зовнішніх циліндричних поверхонь деталей обертання поліграфічної техніки з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю

Реферат: Спосіб надтонкої абразивної обробки суперфінішуванням зовнішніх циліндричних поверхонь деталей обертання поліграфічної техніки з високолегованих композитних матеріалів сплавів на основі нікелю, в якому оброблювана деталь фіксується, у оброблюючому верстаті з горизонтальним розташуванням її осі, а дрібнозернисті прямокутні абразивні бруски розміщуються у прецизійних пазах суперфінішної головки так, що вона своєю віссю перпендикулярно пересікається з віссю поверхні деталі і з заданою силою притискується до поверхні оброблення, яка обертається навколо своєї осі з нормованою швидкістю, виконує одночасно плавні повздовжні переміщення з розрахованою швидкістю вздовж осі деталі обертання, та разом з повздовжніми переміщеннями суперфінішної головки з абразивними брусками додатково отримує повздовжньо-зворотні коливання з амплітудою 1,0÷1,5 мм і частотою коливань у межах 2÷5 кол./с. Як різальний інструмент використовують абразивні бруски з електрокорунду титанового 37А з вмістом у складі абразиву до 2 % оксиду титану ТіО2 зернистістю 1-3 мкм на гліфталевій зв'язці. UA 103589 U (12) UA 103589 U UA 103589 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі технології машинобудування, зокрема до способів надтонкої абразивної обробки суперфінішуванням зовнішніх циліндричних поверхонь деталей обертання поліграфічної техніки з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, 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 900 °C, тиски до 2,0÷5,0 МПа або швидкості обертання до 800 об./хв, з тисками 1,5÷4,0 МПа, кисень повітря, виробничий пил з абразивною здатністю). 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 вказаної техніки (шорсткість, величина та глибина наклепу, величина та знак залишкових напружень поверхневої зони). Відомий спосіб прецизійного оброблення зовнішніх циліндричних поверхонь деталей обертання, що виготовлені з високозносостійких композитів на основі штампових швидкорізальних інструментальних сталей та алюмінію дрібнозернистими суперфінішними абразивними брусками різного зернового складу і структури [1]. На жаль, цей спосіб не враховує особливостей надтонкої абразивної обробки оздоблювальним суперфінішуванням деталей тертя з нікелевих композитів, які характеризуються підвищеною в'язкістю та поганою механічною оброблюваністю і, таким чином, є непридатним для суперфінішування високолегованих композиційних сплавів на основі нікелю. Найбільш близьким до корисної моделі по технічній суті та ефекту, що досягається, є остаточне оброблення дрібнозернистими абразивними брусками з карбіду кремнію зеленого (63С) суперфінішуванням прецизійних зовнішніх циліндричних поверхонь деталей [2]. Недоліками цього способу [2] є технічна неможливість забезпечення мінімізації параметрівнаклепу та шорсткості поверхні в оброблювальній зоні та відсутність засобів керування процесом надтонкої абразивної обробки для підвищення параметрів якості поверхонь тертя. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення якості поверхонь обробки отворів деталей тертя з високолегованих важкооброблюваних композитних матеріалів на основі нікелю шляхом зрізання тонких стружок абразивними зернами інструмента за рахунок суттєвого зниження складових сил різання у зоні обробки та завдяки ускладненню траєкторії переміщення різального абразивного зерна відносно оброблюваної поверхні деталі. Це створює необхідні можливості для суттєвого змащення 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, глибина та ступінь -4 наклепу, знак, величина залишкових напружень та спотворення II-го роду Δа/а·10 ). Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі надтонкої абразивної обробки суперфінішуванням зовнішніх циліндричних поверхонь деталей обертання поліграфічної техніки з високолегованих композитних сплавів на основі нікелю оброблювана деталь фіксується у суперфінішному верстаті з горизонтальним розташуванням її осі обертання, а вісь суперфінішної головки розташовують так, що вона перпендикулярно пересікається з віссю поверхні деталі і з заданою силою притискується до поверхні оброблення, яка обертається навколо своєї осі з нормованою швидкістю, виконуючи одночасно плавні повздовжні переміщення з розрахованою швидкістю вздовж осі деталі обертання та разом з повздовжніми переміщеннями суперфінішної головки з абразивними брусками, додатково отримує повздовжньо-зворотні коливання з амплітудою 0,5÷1,0 мм і частотою коливань у межах 2÷5 кол./с., який відрізняється тим, що як різальний інструмент використовують абразивні бруски з електрокорунду титанового 37А зі змістом у складі абразиву до 2 % оксиду титану ТіО2 зернистістю 1-3 мкм на гліфталевій зв'язці, а для оброблення поверхонь з високолегованих композитних сплавів застосовують наступні режими суперфінішування: швидкість обертання деталі оброблення - 30÷40 м/хв., швидкість поздовжніх переміщень суперфінішної головки 0,1÷1,0 м/хв., питомий тиск брусків на поверхню оброблення - 0,3÷1,0 МПа. Спосіб здійснюється наступним чином. Оброблювана деталь фіксується у обробляючому верстаті з горизонтальним розташуванням осі, а інструмент у вигляді прямокутного абразивного бруску розміщується у прецизійному пазу суперфінішної головки так, що вона своєю віссю орієнтована 1 UA 103589 U 5 10 15 20 25 30 35 40 перпендикулярно до поверхні деталі і міцно притискується з заданою силою до поверхні оброблення, і обертається навколо своєї осі з нормованою швидкістю. Одночасно суперфінішна головка з абразивними брусками виконує плавні повздовжні переміщення вздовж осі обертання деталі з розрахованою швидкістю та разом з повздовжніми переміщеннями суперфінішної головки з абразивними брусками додатково отримує повздовжньо-зворотні коливання з певною амплітудою і частотою коливань. Спосіб реалізується за схемою, що показана на кресленні. Деталь 1, з діаметром D, поверхня якої оброблюється за допомогою пристроїв 2, фіксується у обробляючому верстаті. Суперфінішна 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 абразивний брусок 3. Механізмами верстата деталі 1 надають обертання з нормованою швидкістю Vд. Суперфінішна головка з абразивним бруском (завдяки кінематичним властивостям верстата) виконує плавні переміщення вздовж осі деталі 1 з розрахованою сталою швидкістю Vп.з., а абразивний брусок 3 внаслідок навантаження інструментальної головки силою Р міцно притискується до поверхні оброблення деталі 1. Ця сила Р (в залежності від умов зони контакту абразивного бруска з поверхнею деталі та властивостей типу оброблюваного нікелевого композита) забезпечує утворення питомого тиску q0. Одночасно з плавними повздовжніми переміщеннями вздовж осі деталі 1 суперфінішної головки 4 з абразивним бруском 3, головці додатково надаються повздовжньо-зворотні коливання nч.к. При цьому в ході технологічного процесу надтонкої абразивної обробки суперфінішуванням поверхонь деталей поліграфічної техніки з композитів на основі нікелю, як різальний інструмент використовують абразивні бруски з електрокорунду титанового 37А з вмістом у складі абразиву до 2 % оксиду титану ТіО2 зернистістю 1-3 мкм на гліфталевій зв'язці, а для оброблення поверхонь з високолегованих нікелевих композитних сплавів застосовують наступні режими суперфінішування: швидкість обертання деталі оброблення -30÷40 м/хв., швидкість поздовжніх переміщень суперфінішної гловки - 0,1÷1,0 м/хв., амплітуда коливань - 1,0÷1,5 мм, частота коливань - у межах 2÷5 кол.с, питомий тиск брусків на поверхню оброблення - 0,3÷1,0 МПа. Особливою рисою даного способу оброблення зовнішні поверхонь обертання поліграфічних машин зі зносостійких нікелевих композитних матеріалів є додаткове застосування частотних коливань nч.к. абразивного інструменту. Це обумовлює суттєве ускладнення траєкторії переміщення різального абразивного зерна по поверхні оброблення і, як наслідок, значне зменшення перерізу аz стружки, яка зрізується з робочої поверхні деталі. Як наслідок, створюються позитивні умови для покращення якості поверхні оброблення, у 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). Таблиця 1 Вплив матеріалу зерна абразивних брусків на параметри якості поверхні при надтонкій обробці циліндричних поверхонь деталей з композитного сплаву на основі нікелю ХН55ВТКЮ Абразивний брусок 63СМЗГл 33АМЗГл 37АМЗГл Обробка згідно з запропонованим способом Параметр Глибина Спотворення ІІ-го шорсткості наклепу -4 роду Δа/а·10 Ra, мкм h, мкм 0,025 5-6 8,1 0,015 3-4 7,3 0,010 2-3 6,5 Обробка згідно з найближчим аналогом [2] Параметр Глибина Спотворення ІІшорсткості наклепу h, го роду Δа/а·10 4 Ra, мкм мкм 0,060 7-8 9,9 0,050 6-7 9,2 0,040 5-6 8,3 Примітки: 1 - швидкість обертання деталі Vоп=40 м/хв.; 2 - швидкість повздовжнього переміщення Vп.з.=0,2 м/хв.; 3 - частота коливань абразивних брусків nч.к.=5 м/с; 4 - амплітуда коливань брусків - 1,0 мм; 5 - питомий тиск - q=0,5 МПа. 2 UA 103589 U Таблиця 2 Вплив частоти повздовжньо-зворотних коливань абразивного бруска на параметри якості при надтонкій обробці деталей з зовнішньо-циліндричною формою з композитного сплаву на основі нікелю ХН50ВТФКЮ Обробка згідно з найближчим аналогом [2] Параметр Глибина Спотворення ІІСпотворення ІІ-го шорсткості наклепу h, го роду Δа/а·10 -4 роду Δа/а·10 4 Ra, мкм мкм 7,9 0,057 6-7 9,7 7,1 0,043 5-6 8,9 6,3 0,031 4-5 8,0 Обробка згідно з запропонованим способом Частота Параметр Глибина коливань шорсткості наклепу брусків кол./с. Ra, мкм h, мкм 2 0,022 4-5 3 0,013 2-3 5 0,010 1,5-2 Примітки: 1 - швидкість обертання оправки Vоп=40 м/хв.; 2 - швидкість повздовжнього переміщення Vпв.=0,2 м/хв.; 3 - амплітуда коливань абразивних брусків - 1,0 мм; 4 - питомий тиск - q=0,5 МПа; 5 - матеріал абразивного бруска електрокорунд титановий 37АМЗГл. 5 10 15 20 25 30 Спосіб надтонкого абразивного оброблення суперфінішуванням зовнішніх циліндричних поверхонь деталей обертання поліграфічної техніки з високолегованих сплавів на основі нікелю може використовуватись у вузлах швидкісних поліграфічних офсетних друкарських машин, а також при обробці спеціальних деталей тертя газотурбінних і компресорних станцій магістральних газогонів та важливих деталей військової техніки. Джерела інформації: 1. Киричок П.О., Роїк Т., Гавриш А.П., Шевчук А.В., Віцюк Ю.Ю. Фінішне оброблення зносостійких деталей друкарських машин. - К.: НТУУ "КПІ", 2014. - 554 с. 2. Патент України № 85154, МПК (2013.01) G11B5/127. Спосіб оброблення поліграфічних машин зі зносостійких композитів абразивними брусками. /Гавриш А.П., Роїк Т.А., Киричок П.О., Віцюк Ю.Ю., Гавриш О.А., Дорфман І.Є. Опубл. 11.11.2013, Бюл. № 21. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб надтонкої абразивної обробки суперфінішуванням зовнішніх циліндричних поверхонь деталей обертання поліграфічної техніки з високолегованих композитних матеріалів сплавів на основі нікелю, в якому оброблювана деталь фіксується, у оброблюючому верстаті з горизонтальним розташуванням її осі, а дрібнозернисті прямокутні абразивні бруски розміщуються у прецизійних пазах суперфінішної головки так, що вона своєю віссю перпендикулярно пересікається з віссю поверхні деталі і з заданою силою притискується до поверхні оброблення, яка обертається навколо своєї осі з нормованою швидкістю, виконує одночасно плавні повздовжні переміщення з розрахованою швидкістю вздовж осі деталі обертання та разом з повздовжніми переміщеннями суперфінішної головки з абразивними брусками додатково отримує повздовжньо-зворотні коливання з амплітудою 1,0÷1,5 мм і частотою коливань у межах 2÷5 кол./с, який відрізняється тим, що як різальний інструмент використовують абразивні бруски з електрокорунду титанового 37А з вмістом у складі абразиву до 2 % оксиду титану ТіО2 зернистістю 1-3 мкм на гліфталевій зв'язці, а для оброблення поверхонь з високолегованих композитних сплавів застосовують наступні режими суперфінішування: швидкість обертання деталі оброблення - 30÷40 м/хв., швидкість повздовжніх переміщень суперфінішної головки 0,1÷1,0 м/хв., амплітуда коливань - 1,0÷1,5 мм, частота коливань у межах 2÷5 кол./с, питомий тиск брусків на поверхню оброблення - 0,3÷1,0 МПа. 3 UA 103589 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль 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