Спосіб хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю

Реферат: Спосіб хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, в якому оброблювана деталь фіксується на столі хонінгувального верстата з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення, а робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими абразивними брусками розташовують співвісно з оброблюваним отвором так, що абразивні бруски з заданою силою притискаються до поверхні оброблення, а хону-оправці надають обертальні рухи з нормованою швидкістю навколо своєї осі та плавні переміщення з заданою швидкістю вздовж осі поверхні оброблення і одночасно з цим надають поздовжньо-зворотні коливання з відповідною частотою та амплітудою. Для робочого процесу викінчувально-оздоблювального оброблення застосовують абразивні бруски зернистістю 2,010,0 мкм з електрокорунду титанового 37А з вмістом у складі абразиву оксиду титану ТіО2 близько 2 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі підшипника (в залежності від складу легуючих елементів у композитному матеріалі) зі швидкістю обертання 40,0120,0 м/хв. UA 103590 U (12) UA 103590 U UA 103590 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 отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, що належить до класу важкооброблюваних сплавів зі спеціальними властивостями, наприклад деталей тертя (підшипники ковзання, вкладні, сегменти) високошвидкісних поліграфічних машин офсетного друку, що працюють в умовах тертя при жорстких режимах експлуатації (температура до 900 °C, тиск 5,0-7,0 МПа або швидкості обертання до 500 об./хв, агресивне оточуюче середовище - кисень повітря, виробничий пил з агресивною здатністю), а також деталей аерокосмічної техніки, компресорних станцій, магістральних газогонів та спеціальних деталей військової техніки. Відомий спосіб тонкого абразивного оброблення високолегованих зносостійких матеріалів пермалоєвого класу типу 80НХС, 79НМ, 81НМТ, Мu-metal, Supermaloy, Pinko та інші системи "нікель-залізо-титан-молібден-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 оздоблювальні режими різання [1]. Недоліком цього способу є те, що при обробленні поверхонь деталей з підвищення складом нікелю у матеріалі під час зрізання тонких стружок з невеликим їх перерізом, а саме такими є композитні сплави на основі нікелю ХН55ВТКЮ, ХН50ВТФКЮ та інші, відбувається миттєве окиснення субмікронних часток елементів стружки, активне налипання їх до ріжучої кромки абразивного зерна карбіду кремнію зеленого, що, врешті решт, змінює умови різання у зоні обробки, зокрема веде до збільшення радіуса заокруглення та кута різання при вершині ріжучого поодинокого зерна, що обумовлює передчасну втрату ріжучої здатності абразивного інструмента, суттєво змінює формування силового та температурного полів у зоні тонкого фінішного абразивного оброблення і, таким чином, стає причиною суттєвого зниження параметрів якості поверхні деталі, що підлягає обробці. Також відомий спосіб оброблення поверхонь композитних деталей абразивними інструментами з карбіду кремнію зеленого 63СМ14СМ2Гл з інтенсивним застосуванням для обробки мастильно-охолоджувальної рідини (МОР) і використанням тонких режимів різання [2]. Спосіб [2] по суті та ефекту є найбільш близьким до об'єкта, що заявляється, і тому буввибраний як прототип. Недоліком вказаного способу є те, що в результаті його застосування на практиці не вдається отримати параметри шорсткості поверхні Ra менші 0,600-0,650 мкм і глибини наклепу (дефектного шару деталі) меншого 8-10 мкм, що не дає змоги у перспективі підвищити зносостійкість та довговічність деталей тертя поліграфічних машин. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення якості поверхонь обробки отворів деталей тертя з високолегованих важкооброблюваних композитних матеріалів на основі нікелю шляхом застосування абразивного хонінгування зі зрізанням тонких стружок абразивними зернами інструменту за рахунок суттєвого зниження складових сил різання у зоні обробки та завдяки ускладненню траєкторії переміщення різального абразивного зерна відносно оброблюваної поверхні отвору деталі. Це створює необхідні можливості для суттєвого зменшення перерізу стружки az, що зрізується з поверхні оброблення деталі, і, відповідно, зменшуючи складові сил різання, сприяє формуванню більш якісної поверхні (параметр шорсткості Ra, глибина та ступінь наклепу, знак і величина залишкових напружень). Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, в якому оброблювана деталь фіксується на столі хонінгувального верстата з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення, а робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими абразивними брусками розташовують співвісно з оброблюваним отвором так, що абразивні бруски з заданою силою притискаються до поверхні оброблення, а хону-оправці надають обертальні рухи з нормованою швидкістю навколо своєї осі та плавні переміщення з заданою швидкістю вздовж осі поверхні оброблення і одночасно з цим надають поздовжньо-зворотні коливання з відповідною частотою та амплітудою, згідно з корисною моделлю, для робочого процесу викінчувально-оздоблювального оброблення застосовують абразивні бруски з електрокорунду титанового 37А з вмістом у складі абразиву оксиду титану ТіО2 близько 2 % зернистістю 2,0-10,0 мкм, при цьому хон-оправку переміщують в отворі деталі оброблення (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання - 40,0-120,0 м/хв, одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 1,0-5,0 м/хв і, здійснюючи коливання зі швидкістю 0,51,5 м/хв та амплітудою 1,0-3,0 мм, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню обробки в діапазоні 0,5-1,0 МПа. 1 UA 103590 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Спосіб здійснюється наступним чином. Деталь з композитного матеріалу на основі нікелю з оброблюваним отвором циліндричної форми затискається у пристрої хонінгувального верстата для обробки з вертикальним розташуванням осі отвору, що оброблюється. Абразивні інструменти для обробки отворів деталі у вигляді дрібнозернистих брусків з відповідного абразивного матеріалу розміщуються у хоні-оправці для оброблення так, що вісь оправки точно співпадає з розташуванням осі отвору обробки, а бруски міцно притискуються з заданою силою до поверхні оброблення. Одночасно обробляюча хон-оправка з абразивними брусками обертається з нормованою швидкістю навколо своєї осі, виконує плавні переміщення зі сталою швидкістю вздовж осі деталі оброблення та разом з цим отримує поздовжньо-зворотні коливання зі швидкістю 0,5-1,5 м/хв та амплітудою 1,0-3,0 мм, а абразивні інструменти створюють тиск на поверхню оброблення в діапазоні 0,5-1,0 МПа. Спосіб реалізується за схемою, наведеною на кресленні. Деталь 2 за допомогою технологічних пристроїв 5 закріплюють для оброблення на столі хонінгувального верстата. В отвір деталі для прецизійної фінішної обробки робочої поверхні тертя підшипника 4 заводять хон-оправку 1, якій за допомогою кінематичних механізмів верстата надається обертальний рух зі швидкістю Von навколо своєї осі, яка співпадає з вертикальною віссю деталі. Одночасно абразивні бруски 3, розташовані на периферії хону-оправки 1, завдяки його конструктивним особливостям силою Р міцно притискуються до поверхні оброблення 4, створюючи відповідний тиск. Разом з обертанням хон-оправка 1 плавно поздовжньо-зворотно переміщується вздовж вертикальної осі деталі зі швидкістю Vnв=0,5-1,5 м/хв та амплітудою 1,03,0 мм, а для робочого процесу викінчувально-оздоблювального оброблення застосовують абразивні бруски зернистістю 2,0-10,0 мкм з електрокорунду білого титанового 37А зі змістом у складі абразиву оксиду титану ТіО2 близько 2 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі підшипника (в залежності від складу легуючих елементів у композитному матеріалі) зі швидкістю обертання 40,0-120,0 м/хв, одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 0,5-1,5 м/хв і амплітудою коливань 1,0-3,0 мм, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню оброблення в діапазоні 0,5-1,0 МПа. Особливою рисою даного способу хонінгування прецизійних отворів деталей з композитних матеріалів на основі нікелю є застосування як абразивного інструмента брусків з електрокорунду титанового з вмістом у складі абразиву оксиду титану ТіО 2 близько 2 % та складної траєкторії переміщення різального зерна абразиву на поверхні оброблення, яка утворюється за рахунок обертання хона-оправки з брусками навколо своєї осі з нормованою швидкістю, його плавного поздовжньо-зворотного переміщення вздовж вертикальної осі деталі та одночасної дії коливань з амплітудою 1,0-3,0 мм, створюючи при цьому необхідний питомий тиск абразивних брусків на поверхню оброблення. Це обумовлює значне зменшення перерізу az стружки, яка знімається з робочої поверхні отвору композитного підшипнику ковзання. Як наслідок, знижуються складові сил різання окремим зерном, створюються позитивні умови для покращення якості поверхні оброблення, в першу чергу, параметра шорсткості поверхні Ra, а також фізичних властивостей поверхневого шару, що оброблюється абразивними брусками. Це безпосередньо впливає на параметри довговічності та зносостійкості готових виробів. При використанні традиційних технологій оброблення отворів підшипників ковзання поліграфічних машин параметри якості поверхонь знижуються (табл. 1, 2). 45 2 UA 103590 U Таблиця 1 Вплив коливань абразивних брусків з електрокорунду білого титанового 37А з вмістом у складі абразиву оксиду титану ТiО2 близько 2 % зернистістю 10 мкм при надтонкій обробці отворів деталей композитних матеріалів на основі нікелю ХН55ВТКЮ Обробка згідно з запропонованим способом Обробка згідно з найближчим аналогом [1] Швидкість Спотворення Параметр Глибина Спотворення Параметр поздовжніх Глибина ІІ-го роду шорсткості наклепу h, ІІ-го роду шорсткості Ra, коливань хону наклепу h, мкм -4 -4 Ra, мкм мкм мкм а/а10 а/а10 Vnв, м/хв 0,5 0,025 5-6 7,9 0,060 7-8 9,3 1,0 0,020 3-4 7,5 0,050 6-7 9,0 1,5. 0,030 4-5 6,3 0,040 5-6 8,5 Примітки: 1 - швидкість обертання оправки Von=80 м/хв; 2 - швидкість поздовжнього переміщення Vnв=5 м/хв; 3 - питомий тиск брусків qa=1 МПа; 4 - хонінгувальний брусок 37АМ10Гл. Таблиця 2 Вплив поздовжньої швидкості хону з брусками електрокорунду титанового 37А з вмістом у складі абразиву оксиду титану ТіО2 близько 2 % зернистістю 10 мкм при надтонкій обробці отворів деталей композитів на основі нікелю ХН50ВТФКЮ Обробка згідно з запропонованим способом Обробка згідно з найближчим аналогом [1] Поздовжня Параметр Глибина Спотворення Параметр Глибина Спотворення IIII-го роду шорсткості Ra, наклепу h, го роду а/а10швидкість, Vn шорсткості наклепу h, -4 4 м/хв Ra, мкм мкм мкм мкм а/а10 50 0,020 4-5 7,6 0,055 6-7 9,5 80 0,013 2-3 7,1 0,045 5-6 9,0 120 0,010 1,5-2 6,2 0,035 4-5 8,1 Примітки: 1 - швидкість обертання оправки Von=80 м/хв; 2 - швидкість поздовжніх коливань Vnв-0,5 м/хв; 3 - амплітуда коливань А=2,0 мм; 4 - питомий тиск брусків qa-1 МПа. 5 10 15 Спосіб хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю може використовуватись у вузлах швидкісних підшипників ковзання поліграфічних офсетних друкарських машин, а також при обробці спеціальних деталей для аерокосмічних систем деталей тертя газотурбінних і компресорних станцій, магістральних газогонів та деталей військової техніки. Джерела інформації: 1. Спосіб абразивного хонінгування отворів підшипників ковзання зі складнолегованих композитних сплавів: пат. № 87073 Україна: МПК (2006) G11В 5/127 / Гавриш А.П., Роїк Т.А., Киричок П.О., Віцюк Ю.Ю., Гавриш О.А.; заявник і патентовласник Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" - № u201307483; заявл. 12.06.2013; опублік. 27.01.2014, Бюл. № 2. - С 4. 2. Киричок П.О., Роїк Т.А., Гавриш А.П., Шевчук А.В., Віцюк Ю.Ю. Фінішне оброблення зносостійких деталей друкарських машин. - К.: НТУУ "КПІ", 2014. - 554 С ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, в якому оброблювана деталь фіксується на столі хонінгувального верстата з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення, а робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими абразивними брусками розташовують співвісно з оброблюваним отвором так, що абразивні бруски з заданою силою притискаються до поверхні оброблення, а хону-оправці надають обертальні рухи з нормованою швидкістю навколо своєї осі та плавні переміщення з заданою швидкістю вздовж осі поверхні оброблення і одночасно з цим надають поздовжньо-зворотні коливання з відповідною частотою та 3 UA 103590 U 5 амплітудою, який відрізняється тим, що для робочого процесу викінчувальнооздоблювального оброблення застосовують, абразивні бруски зернистістю 2,010,0 мкм з електрокорунду титанового 37А з вмістом у складі абразиву оксиду титану ТіО2 близько 2 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі підшипника (в залежності від складу легуючих елементів у композитному матеріалі) зі швидкістю обертання 40,0120,0 м/хв, одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 1,05,0 м/хв і, здійснюючи коливання зі швидкістю 0,51,5 м/хв та амплітудою коливань 1,03,0 мм, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню оброблення в діапазоні 0,51,0 МПа. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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