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

Реферат: Спосіб алмазного хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю з використанням ультразвуку, в якому оброблювана деталь фіксується на хонінгувальному верстаті з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення, а робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими алмазними брусками розташовують співвісно з оброблюваним отвором так, що алмазні 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 поздовжньозворотні ультразвукові коливання з відповідною частотою та амплітудою. При цьому, для робочого процесу застосовують алмазні бруски зернистістю 1,0-5,0 мкм з синтетичного алмазу (АС) на органічній зв'язці В1-02 (АСМ1/5В1-02 100 %) та концентрацією алмазу 100 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі деталі оброблення (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання 30,0-50,0 м/хв., одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 5-10 м/хв. і здійснюючи ультразвукові коливання частотою 45-65 кГц, створюючи при цьому питомий тиск абразивних брусків на поверхню обробки в діапазоні 0,1-1,0 МПа. UA 104870 U (12) UA 104870 U UA 104870 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 належать 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 850950°С, тиск 5,0-7,0 Мпа або швидкості обертання до 1-2 м/с), а також деталей аерокосмічної техніки, компресорних станцій магістральних газогонів та спеціальних деталей військової техніки. Відомий спосіб тонкого абразивного оброблення високолегованих зносостійких матеріалів алфенолового класу типу пермалой 79НМ, 80НХС, 81НМТ, Mu-metal, Supermaloy системи «нікель-залізо-хром-титан», при застосуванні якого використовують дрібнозернисті інструменти з карбіду кремнію зеленого (63С), зернистістю 10-14 мкм на еластичній гліфталевій зв'язці (Гл), а оброблення поверхонь здійснюють, призначаючи оздоблювальні режими різання [1]. Недоліком цього способу є те, що при обробленні поверхонь деталей з підвищеним вмістом нікелю у матеріалі під час зрізання тонких стружок з невеликим їх перерізом (а саме такими є композити на основі нікелю ХН55ВМТКЮ, ХН50ВТФКЮ, відбувається миттєве окиснення субмікронних часток елементів стружки, активне налипання їх до ріжучої кромки абразивного зерна карбіду кремнію зеленого, що, зрештою, 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 абразивного оброблення і, врешті-решт, 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) та використанням тонких режимів різання [2]. Даний спосіб по суті та ефекту, що має бути досягнутим, є найбільш близьким до об'єкта, що заявляється, і тому був вибраний як прототип. Недоліком вказаного способу є те, що в результаті його застосування на практиці не вдасться отримати параметри шорсткості поверхні оброблення Ra менші позначень 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 алмазного хонінгування зі зрізанням тонких стружок алмазними зернами інструменту за рахунок суттєвого зниження складових сил різання у зоні обробки та завдяки ускладненню траєкторії переміщення ріжучого абразивного зерна кінематичними заходами відносно оброблюваної поверхні отвору деталі за рахунок високочастотних ультразвукових поздовжньо-зворотних коливань ріжучих алмазних зерен у складі хону та завдяки суворому виконанню технологічних регламентів - режимів різання, а саме - швидкості обертання хонуоправки, швидкості плавних переміщень хону вздовж осі оброблення деталі, ультразвукових поздовжньо-зворотних коливань алмазних брусків і питомого тиску абразивного інструменту на поверхню оброблення. Це створює необхідні можливості для суттєвого зменшення перерізу стружки aZ, що зрізується з поверхні деталі оброблення 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 алмазного хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю оброблювана деталь фіксується на хонінгувальному верстаті з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення, а робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими алмазними брусками розташовують співвісно з оброблюваним отвором так, що алмазні 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 ультразвукові коливання з частотою nч.к. у межах 45-65 кГц, а для робочого процесу викінчувально-оздоблювального оброблення застосовують алмазні бруски зернистістю 1,0-5,0 мкм з синтетичного алмазу АС на органічній зв'язці В1-02 (АСМ1/5В1-02 100%) та концентрацією алмазу 100 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі деталі оброблення 1 UA 104870 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання 3050 м/хв., одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 5-10 м/хв. та поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання частотою 45-65 кГц, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню обробки в діапазоні 0,1-1,0 МПа. Спосіб здійснюється наступним чином. Деталь з композитного матеріалу на основі нікелю з оброблюваним отвором циліндричної форми затискається у пристрої хонінгувального верстату для обробки з вертикальним розташуванням осі отвору, що оброблюється. Алмазні інструменти для обробки отворів деталі у вигляді дрібнозернистих брусків з синтетичного алмазу АСМ1/5В1-02 100 % 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 алмазними 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 ультразвукові коливання з частотою 45-65 кГц, а абразивні інструменти створюють тиск на поверхню оброблення в діапазоні 0,1-1,0 МПа. Спосіб реалізується за схемою, наведеною на кресл. Деталь 2 за допомогою технологічних пристроїв 5 закріплюють для оброблення на хонінгувальному верстаті. 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 алмазні бруски 3, розташовані на периферії хону-оправки 1, завдяки його конструктивним особливостям, силою Ρ 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 Vпв, здійснюючи ультразвукові коливання з частотою nч.к., а для робочого процесу викінчувально-оздоблювального оброблення застосовують алмазні бруски зернистістю 1,0-5,0 мкм з синтетичного алмазу АС на органічній зв'язці В1-02 (АСМ1/5В1-02 100%) та концентрацією алмазу 100%, при цьому хоноправку переміщують в отворі підшипника (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання 30,0-50,0 м/хв., одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 5,0-10,0 м/хв. та здійснюючи ультразвукові коливання з частотою 45-65 кГц, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню оброблення в діапазоні 0,1-1,0 МПа. Особливою рисою даного способу хонінгування прецизійних отворів деталей з високолегованих композитних матеріалів є застосування як інструменту брусків з синтетичного алмазу АС на органічній зв'язці В1-02 (АСМ1/5В1-02 100 %) та концентрацією алмазу 100 % та складної траєкторії переміщення ріжучого 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 ультразвукових коливань з частотою 45-65 кГц, створюючи при цьому необхідний питомий тиск абразивних брусків на поверхню оброблення. Алмазні зерна хонінгувальних брусків мають найгострішу форму ріжучої вершини: радіус заокруглення ρ та кут різання  - мінімальні серед інших відомих на сьогодення абразивів (карбід кремнію зелений 63С, електрокорунд білий 32А, монокорунд 43А, ельбор ЛО, кубоніт КНБ) та нейтральні до дифузійної взаємодії зі сплавами на основі нікелю і, відповідно, з високолегованими нікелевими композитами. Це обумовлює значне зменшення перерізу aZ стружки, яка знімається з робочої поверхні отвору композитного підшипника 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. Крім того утворюється рельєф поверхні оброблення, що характеризується утворенням дрібнодисперсної структури активного шару та максимальною локалізацією у ньому поверхневої деформації при терті, особливо для умов роботи при дії жорстких умов експлуатації. 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). 2 UA 104870 U Таблиця 1 Вплив ультразвукових nч.к коливань алмазних брусків з синтетичного алмазу (АС) зернистістю 15 мкм (Ml, M5) на органічній зв'язці В1-02 при 100 %-й концентрації алмазу (АСМ1/5В1-02 100 %) при надтонкій обробці отворів деталей композитних матеріалів на основі нікелю ХН55ВМТКЮ Обробка згідно з запропонованим способом Частота Параметр Глибина ультразвуков Ступінь шорсткості наклепу h, их коливань наклепу К Ra, мкм мкм nч.к., кГц 45 0,010 1,5-2,0 1,15 55 0,060 1,2-1,4 1,10 65 0,011 1,4-1,9 1,12 Обробка згідно з найближчим аналогом [1] Параметр шорсткості Ra, МКМ Глибина наклепу h, мкм Ступінь наклепу К 0,060 0,050 0,040 7-8 6-7 5-6 4,3 4,5 5,2 Примітки: 1 - швидкість обертання оправки Vоп = 50 м/хв.; 2 - швидкість поздовжнього переміщення Vп.в. - 10 м/хв.; 3 - питомий тиск брусків qa = 0,8 МПа. 5 Таблиця 2 Вплив поздовжньої швидкості хону νп.в.. з алмазними брусками з синтетичних алмазів (АС) зернистістю 5 мкм (М5) на органічній зв'язці В1-02 при 100 %-й концентрації алмазу (АСМ5В102 100 %) при надтонкій обробці отворів деталей з композитів на основі нікелю ХН50ВТФКЮ Обробка згідно з запропонованим способом Поздовжня Параметр Глибина Ступінь швидкість шорсткості наклепу h, наклепу К Vп.в.., М/ХВ. Ra, мкм мкм 5 0,009 1,40 1,17 7 0,05 1,35 1Д9 10 0,06 1,55 1,22 10 15 20 Обробка згідно з найближчим аналогом [1] Параметр Глибина Ступінь шорсткості наклепу h, наклепу К Ra, МКМ мкм 0,055 6-7 1,4 0,045 5-6 1,5 0,035 4-5 1,7 Примітки: 1 - швидкість обертання оправки Vоп = 55 м/хв.; 2 - швидкість поздовжнього переміщення Vп.в.. = 10 м/хв.; 3 - частота ультразвукових коливань nч.к. = 55 кГц; 4 - питомий тиск брусків qa = 0,8 МПа. 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. Література: 1. Чеповецкий И. X. Основы финишной алмазной обработки / И. X. Чеповецкий. - К.: Наукова думка, 1980. - 467 с. 2. Патент України №87073 МІЖ G11B5/127 (2006.01). Спосіб абразивного хонінгування отворів підшипників ковзання зі складнолегованих композитних сплавів / Гавриш А. П., Роїк Τ. Α., Киричок П. О., Віцюк Ю. Ю., Гавриш О. А. Опублік. 27.01.2014, Бюл. № 2. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб алмазного хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю з використанням ультразвуку, в якому оброблювана деталь фіксується на хонінгувальному верстаті з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення, а робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими алмазними брусками розташовують співвісно з оброблюваним отвором так, що алмазні 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 3 UA 104870 U 5 зворотні ультразвукові коливання з відповідною частотою та амплітудою, який відрізняється тим, що для робочого процесу застосовують алмазні бруски зернистістю 1,0-5,0 мкм з синтетичного алмазу (АС) на органічній зв'язці В1-02 (АСМ1/5В1-02 100 %) та концентрацією алмазу 100 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі деталі оброблення (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання 30,0-50,0 м/хв., одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 510 м/хв. і здійснюючи ультразвукові коливання частотою 45-65 кГц, створюючи при цьому питомий тиск абразивних брусків на поверхню обробки в діапазоні 0,1-1,0 МПа. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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