Комбинированный инструмент для магнитно-абразивной обработки

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМБИНИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Акулович Леонид Михайлович Сергеев Леонид Ефимович Агейчик Валерий Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Комбинированный инструмент для магнитно-абразивной обработки, содержащий корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток, рабочие деформирующие элементы, выполненные в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины, рабочие антифрикционные элементы, выполненные в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины, причем упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием, концы винтовых цилиндрических пружин 49822009.02.28 закреплены в корпусе и на штоке, при этом последний выполнен с винтовым пазом, в котором размещена шпонка, закрепленная в корпусе, из условия осуществлений вращательных движений штока относительно продольной оси корпуса для обеспечения ввода в обрабатываемое отверстие комбинированного инструмента и его радиальной подачи, отличающийся тем, что шток в верхней части имеет резьбу с установленной на ней над корпусом регулировочной гайкой, при этом рабочие антифрикционные элементы, выполнены в виде витков винтовой цилиндрической пружины меньшего наружного диаметра,продольной и поперечной жесткости, имеют противоположное направление навивки витков, чем рабочие деформирующие элементы, и имеют закрепленные на ее наружной поверхности индукторы на постоянных магнитах, причем максимальный наружный диаметр этой пружины с учетом расположения на ней индукторов на постоянных магнитах меньше внутреннего диаметра пружины с деформирующими витками, а индукторы на постоянных магнитах расположены на одинаковом расстоянии на наружной поверхности каждого витка с чередованием их полюсов и в шахматном порядке относительно оси симметрии инструмента.(56) 1. Хомич Н.С. Магнитно-абразивная обработка изделий. - Мн. БНТУ, 2006. - С. 19-21. 2. Патент на изобретение Российской Федерации 2313440 С 1, МПК В 24 В 39/02, 2007. 3. Ящерицин П. И., Фельдштейн Е. Э., Корниевич М. А. Теория резания. - Мн. ООО Новое знание, 2005. - С. 247-250. Полезная модель относится к технологии машиностроения, конкретно к механической обработке отверстий в металлических деталях машин. Известна высокая эффективность способа магнитно-абразивного обработки (МАО) изделий 1, особенно при финишной обработке деталей. При этом повышается долговечность и сопротивляемость обработанных поверхностей износу, коррозии и механическому разрушению. Однако применение способа МАО для обработки внутренних отверстий деталей затруднено отсутствием инструмента, который обеспечивал бы необходимую осцилляцию и обновление частиц ферроабразивного порошка, свободное проникновение смазочноохлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки, а также имел бы элементы, образующие магнитное поле требуемой топографии. При этом степень осцилляции играет особо важную роль, так как за счет ее осуществляется постоянное изменение углов резания и замена режущих кромок частиц ферроабразивного порошка по мере их износа, что резко повышает эффективность применения МАО металлов и снижает расход дорогостоящего ферроабразивного порошка. Известен комбинированный упругий инструмент для обработки гильз и цилиндров двигателей, содержащий корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток,рабочие деформирующие элементы, выполненные в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины, рабочие антифрикционные элементы, выполненные в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины, причем упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием, концы винтовых цилиндрических пружин закреплены в корпусе и на штоке, при этом последний выполнен с винтовым пазом, в котором размещена шпонка, закрепленная в корпусе, из условия осуществлений вращательных движений штока относительно продольной оси корпуса для обеспечения ввода в обрабатываемое отверстие комбинированного инструмента и его радиальной подачи 2. 2 49822009.02.28 Однако указанный инструмент не обеспечивает один из основных принципов механической обработки металлов 3, заключающийся в чередовании степени силового воздействия на поверхность металла, связанный с тем, что для последующего деформирования требуется значительно большее давление из-за необходимости преодоления сопротивления полей напряжений. Это приводит к разрушению материала и сопровождается появлением трещин и отслаиванием поверхностного слоя, что резко снижает его прочностные характеристики. Ввод упругого инструмента в обрабатываемое отверстие заготовки производят в растянутом положении пружины при максимальной ее длине, которая, вытягиваясь, уменьшается в диаметре и инструмент свободно вводится в необработанное отверстие. Однако при дальнейшем его вращении прижатие витков к обрабатываемой поверхности возможно только за счет центробежных сил, действующих на витки пружины, что недостаточно для преодоления их жесткости. Поэтому эффективного воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность не происходит. Не предусмотрена также возможность плавной компенсации регулирования инструмента по мере износа его обрабатывающих поверхностей. Выполнение обоих пружин равной жесткости и особенно при большой жесткости у витков с антифрикционным покрытием не позволяет обеспечить высокую степень их осцилляции при выполнении технологического процесса, что снижает качество обработки отверстий. Высокий уровень давления части инструмента с антифрикционным покрытием на обрабатывающую поверхность приводит к неравномерности распределения напряжений антифрикционного покрытия, к его разрушению в зоне обработки и снижению качества и текстуры поверхностного слоя. Само антифрикционное покрытие быстро изнашивается, в результате чего требуется постоянная корректировка его размеров и частая замена. При изготовлении такого комбинированного упругого инструмента сложно выполнить наружные поверхности пружин с высокой степенью точности, в результате чего такой инструмент нельзя эффективно использовать на заключительном этапе технологии изготовления ответственных деталей (финишной обработке), где требуются высокие точность и качество обработки внутренних поверхностей отверстий. Задача, которую решает полезная модель, заключается в повышении качества финишной обработки отверстий. Поставленная задача решается с помощью комбинированного инструмента для магнитно-абразивной обработки, содержащего корпус с центральным отверстием, в котором установлен шток, рабочие деформирующие элементы, выполненные в виде деформирующих витков винтовой цилиндрической пружины, рабочие антифрикционные элементы,выполненные в виде витков с антифрикционным покрытием винтовой цилиндрической пружины, причем упомянутые две винтовые цилиндрические пружины выполнены из упругой металлической проволоки и установлены из условия чередования в продольном направлении инструмента деформирующих витков и витков с антифрикционным покрытием, концы винтовых цилиндрических пружин закреплены в корпусе и на штоке,при этом последний выполнен с винтовым пазом, в котором размещена шпонка, закрепленная в корпусе, из условия осуществлений вращательных движений штока относительно продольной оси корпуса для обеспечения ввода в обрабатываемое отверстие комбинированного инструмента и его радиальной подачи, где шток в верхней части имеет резьбу с установленной на ней над корпусом регулировочной гайкой, при этом рабочие антифрикционные элементы, выполнены в виде витков винтовой цилиндрической пружины меньшего наружного диаметра, продольной и поперечной жесткости, имеют противоположное направление навивки витков, чем рабочие деформирующие элементы, и имеют закрепленные на ее наружной поверхности индукторы на постоянных магнитах, причем максимальный наружный диаметр этой пружины с учетом расположения на ней индукторов на постоянных магнитах меньше внутреннего диаметра пружины с деформирующими 3 49822009.02.28 витками, а индукторы на постоянных магнитах расположены на одинаковом расстоянии на наружной поверхности каждого витка с чередованием их полюсов и в шахматном порядке относительно оси симметрии инструмента. На фиг. 1 показана схема обработки отверстия предлагаемым комбинированным инструментом для магнитно-образивной обработки и частичный его продольный разрез на фиг. 2 - общий вид инструмента и его положение при вводе в обрабатываемое отверстие на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1, крепление концов упругого инструмента в корпусе на фиг. 4 - поперечное сечение упругого металлического элемента с закрепленными на нем индуктором на постоянных магнитах. Инструмент содержит корпус 1 в виде втулки, в центральном отверстии которого расположен шток 2, имеющий возможность возвратно-вращательного движения относительно корпуса и продольной оси благодаря имеющемуся винтовому пазу 3 и шпонки 4,входящей в паз 3 и закрепленной в корпусе 1. Инструмент имеет чередующиеся в продольном направлении антифрикционные 5 и деформирующие 6 элементы, которые выполнены в виде упругих металлических проволок, свернутых в витки двух винтовых цилиндрических пружин. Одной из них является пружина 5 меньшего диаметра с антифрикционными элементами, например с левым направлением навивки, а второй - пружина с деформирующими витками 6 большего диаметра противоположной правой навивки. Изготовляют пружины 5 и 6 путем навивки с удвоенным шагом 2 Р, чтобы в собранном инструменте получить винтовую цилиндрическую пружину и с чередующимися в продольном направлении антифрикционными 5 и деформирующими 6 витками с находящимися в осевом направлении на расстоянии Р друг от друга. С каждого торца такой сборной пружины образуются два конца, которые закреплены в корпусе 1 с помощью винтов 7, на штоке 2 - с помощью фланца 8, который неподвижно установлен на конце штока 2, и винтов 9. Шток 2 в верхней части имеет резьбу с установленной на ней над корпусом 1 регулировочной гайкой 10. Пружина 5 меньшего наружного диаметра выполнена меньшей продольной и поперечной жесткости (за счет уменьшения размеров сечения прутка) и имеет закрепленные на ее наружной поверхности индукторы 11 на постоянных магнитах, расположенные на одинаковом расстоянии на наружной поверхности каждого витка с чередованием их полюсов таким образом, что относительно оси симметрии инструмента индукторы на постоянных магнитах 11 расположены в шахматном порядке. Каждый из габаритных размеров индукторов на постоянных магнитах 11 находится в пределах 510 мм, а максимальный наружный диаметр пружины 5 с учетом расположения на ней индукторов 11 на постоянных магнитах на 12 мм меньше внутреннего диаметра пружины с деформирующими витками 6. Радиальная подача осуществляется за счет дополнительного возвратно-поступательного движения штока 2 в корпусе 1, а благодаря имеющемуся винтовому пазу 3 и шпонки 4, входящей в паз и закрепленной в корпусе, шток совершает возвратновращательного движения относительно корпуса и продольной оси. Упругая металлическая проволока свита в витки винтовых пружин диаметром несколько больше диаметра обрабатываемого отверстия 3, количество антифрикционных и деформирующих витков не менее двух, шириной впадины между витками В не менее одной трети шага пружины. Ввод упругого инструмента в обрабатываемое отверстие заготовки диаметром , производят в растянутом положении пружины при максимальной ее длине , которая вытягиваясь, уменьшается в диаметре до значенияи инструмент свободно вводится в необработанное отверстие заготовки, т.к. 3. Далее путем поворота регулировочной гайки 10 производится сжатие витков пружин с плотным прилеганием деформирующей пружины 6 к обрабатываемой поверхности. Инструмент работает следующим образом. При обработке отверстий в них в зону обработки подаются режущие элементы в виде зерен ферроабразивного порошка и смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), а инстру 4 49822009.02.28 менту сообщают вращательное Р относительно продольной оси и возвратнопоступательное ПР движения. Кроме того, шток 2, вращаясь относительно корпуса за счет винтового паза 3 и шпонки 4, сближает концы пружины, раскручивая ее. При этом наружный диаметр пружины может дополнительно увеличиваться, а благодаря упругим свойствам проволоки и пружины в целом обеспечивается радиальная подача, необходимая для противозадирной обработки элементами из мягкого материала и для поверхностного пластического деформирования (ППД). Рабочая поверхность инструмента, полученная таким образом, является винтовой цилиндрической поверхностью с аксиально-смещенным в продольном направлении рабочим слоем, способствующей снижению температуры обработки благодаря впадине В между витками и свободному проникновению режущих элементов в виде зерен ферроабразивного порошка и смазочно-охлаждающей жидкости(СОЖ) в зону обработки. Аксиально-смещенный рабочий слой винтовой пружины позволяет интенсифицировать процесс обработки. Равномерное действие упругих сил металлической проволоки,свернутой в витки винтовой поверхности, повышает точность и производительность обработки, а также снижает теплонапряженность процесса за счет прерывистой в продольном направлении зоны обработки. Биение корпуса 1 штока 2 не влияет на биение металлической проволоки, свернутой в витки винтовой поверхности, так как этот инструмент свободно размещается и ориентируется в обрабатываемом отверстии. В процессе противозадирной обработки шток увеличивает максимальный уровень упругих сил пружин, которые, раскручиваясь, увеличиваются в диаметре и соприкасаются витками с антифрикционным покрытием с обрабатываемой поверхностью и заполняют впадины микропрофиля. При этом деформирующие витки соприкасаются с обрабатываемой поверхностью. Режущие элементы в виде зерен ферроабразивного порошка удерживаются магнитным полем индукторов 11 на постоянных магнитах и осуществляют финишную обработку внутренней поверхности отверстия. При этом резко повышается степень осцилляции, так как за счет выполнения пружины 5 с антифрикционным покрытием с меньшей жесткостью витков, чем у деформирующих витков, и особенно за счет разного направления навивки пружин осуществляется дополнительное их взаимное относительное перемещение,за счет чего осуществляется постоянное изменение углов резания и замена режущих кромок. В результате такой обработки повышается сопротивляемость обработанных поверхностей износу, коррозии и механическому разрушению, а расположение индукторов 11 на постоянных магнитах на одинаковом расстоянии на наружной поверхности каждого витка с чередованием их полюсов таким образом, что относительно оси симметрии инструмента индукторы на постоянных магнитах 11 расположены в шахматном порядке, образует магнитное поле инструмента оптимальной топографии, что способствует максимальной эффективности процесса обработки внутренней поверхности отверстия. Вращение и возвратно-поступательное перемещение инструмента относительно обрабатываемой заготовки приводят к обкатыванию поверхности деформирующими витками и улучшают степень заполнения впадин микропрофиля антифрикционными материалами. По мере износа обрабатывающих поверхностей инструмента, путем дополнительного вращения регулировочной гайки 10 осуществляется, за счет сжатия пружин 5 и 6 и увеличения таким образом их диаметров, плавное восстановление первоначальных геометрических параметров инструмента. После завершения обработки, вращением регулировочной гайки 10 пружины расжимаются и уменьшаются в диаметре и антифрикционные и деформирующие витки отходят от обрабатываемой поверхности, далее шток 2 выдвигается из корпуса (на фиг. 1-2, движение вверх). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6