Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки поверхности изделия от окалины

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологическим операциям очистки плоских поверхностей металлического проката от окалины.

Известны многочисленные способы обработки поверхности металлических прокатных изделий (авт. свид. СССР N 618.153, В21В 45/00, 1976; N 982.838, В21В 45/00, 1980; N 1.013.011, В21В 45/02, 1982; N 1.304.953, В21В 45/06, 1985; N 1.316.723, В21В 45/02, 1985; N 1.398.943, В21В 45/02, 1986; патенты РФ N 1.801.037, В21В 45/02, 1991; N 2.030.939, В21В 45/00, 1991; патенты США N 3.626.735, В21В 45/00, 1971; N 5.327.756, В21В 15/00, 1994; патенты Великобритании N 2.237.762, В21В 45/02, 1991; N 2.239.200, В21В 47/00, 1991; патенты ФРГ N 1.910.952, С21С 7/08, 1969; N 2.844.434, В21В 45/02, 1982; патенты Франции N 2.675.719, В21В 45/06, 1992; N 2.664.510, В21В 37/08, 1992; патент Бельгии N 753.342, В21В 45/00, 1974; патенты Японии N 55-61.318, В21В 45/02, 1980; N 58-238.848, В21В 45/06, 1983; Мелешко В.И. и др. Прогрессивные методы прокатки и отделки листовой стали. - М., 1980, с. 192 и другие).

Недостатками этих способов является техническая сложность их реализации, низкая производительность и невысокая надежность обеспечения качества.

Известен способ очистки поверхности, заложенный в шлифовальном устройстве, при котором очистка поверхности осуществляется прижимаемыми к обрабатываемой поверхности своей торцовой частью одновременно несколькими вращающимися вокруг своей оси шлифовальными кругами, закрепленными на опорной конструкции с возможностью перемещения инструментов по обрабатываемой поверхности от специального приводного устройства (RU №2360780 С2, В24В 7/06, В24В 7/12).

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет осуществлять очистку поверхности от твердых образований, например, от окалины и не позволяет избежать возможность повреждения обрабатываемой поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ очистки поверхности от окалины вращающимся и совершающим продольную подачу инструментом в виде диска с установленными в его отверстиях и наклоненными к его оси вращения державками с закрепленными на их концах твердыми пластинами, режущие кромки которых расположены вдоль обрабатываемой поверхности (RU 2014105408 А, В08В 1/04. Опубликовано 20.08.2015, бюллетень №23 - прототип). Твердые пластины располагают вдоль окружности вращения на периферии опорной поверхности в виде диска под углом 3-5 градусов к его торцовой поверхности в направлении, противоположном вектору скорости вращения, а режущие кромки твердых пластин устанавливают вдоль образующей обрабатываемой поверхности.

Недостатком данного способа является низкая степень очистки поверхности от окалины, так как установка твердых пластин под углом 3-5 к торцовой поверхности диска в направлении, противоположном вектору скорости вращения, смягчает удары режущей кромки твердых пластин о хрупкую окалину и режущие кромки проскальзывают через пологие участки окалины, а установка режущих кромок твердых пластин вдоль образующей обрабатываемой поверхности, совпадающей с осевой плоскостью диска, затрудняет сдвиг треснувшей от удара окалины на обрабатываемой поверхности.

Задачей настоящего изобретения является повышение степени очистки поверхности от окалины.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение жесткости удара твердых пластин о поверхность окалины и обеспечение возможности сдвига окалины в сторону обработанной части поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе очистки поверхности от окалины вращающимся и совершающим продольную подачу инструментом в виде диска с установленными в его отверстиях и наклоненными к его оси вращения державками с закрепленными на их концах твердыми пластинами, режущие кромки которых расположены вдоль обрабатываемой поверхности, державки наклонены в сторону вращения диска на угол 5-15 градусов, а режущие кромки твердых пластин расположены в направлении вращения под углом 10-20 градусов к осевой плоскости диска, проходящей через их середину.

Так как твердые пластины наклонены под углом 5-15 градусов к оси диска в направлении его вращения, то при ударе жесткой пластины об окалину появляется расклинивающий эффект, повышается жесткость удара, что способствует хрупкому разрушению окалины и предотвращает проскальзывание твердой пластины через пологие участки окалины, а расположение режущей кромки твердых пластин под углом 15-20 градусов к осевой плоскости диска облегчает сдвиг треснувшей окалины в сторону обработанной поверхности. Все это способствует решению поставленной задачи повышения степени очистки обрабатываемой поверхности от окалины.

На фиг. 1 изображена схема осуществления способа, на фиг. 2 - положение твердых пластин относительно обрабатываемой поверхности.

На фиг. 1 и 2 введены следующие обозначения: 1. Изделие. 2. Диск. 3. Державка. 4. Твердая пластина. 5. Режущая кромка.

Очистка плоской поверхности изделия 1 осуществляется вращающимся инструментом, состоящим из диска 2, в котором с помощью штифтов закреплены державки 3, с установленным на конце твердыми пластинами 4 (фиг. 1). Твердые пластины представляют собой твердосплавные пластины, например, пятигранные по ГОСТ 19064-80. Режущие кромки 5 твердых пластин 4 расположены вдоль обрабатываемой поверхности изделия 1, а ее передняя поверхность вместе с державками 3 наклонена к осевой плоскости вращения диска в направлении его вращения под углом α, равным 5-15 градусов. Кроме того, режущие кромки 4 твердых пластин 3 наклонены к осевой плоскости диска 2 под углом β, равным 10-20 градусов. Для того, чтобы режущие кромки 4 твердых пластин 5 находились в контакте с обрабатываемой поверхностью, на пластине выполнена задняя поверхность так, чтобы она находилась под углом γ, равный 3-6 градусов, к обрабатываемой поверхности.

При вращении инструмента режущие кромки 4 твердых пластин 3 скользят по обрабатываемой поверхности. При встречи на пути препятствие в виде окалины режущая пластина ударяет по ней и тем самым осуществляет ее хрупкое разрушение. Так как твердая пластина наклонена в направлении вращения на угол α=5-15 градусов, то составляющая сила удара, направленная по нормали к передней поверхности твердой пластины, прижимает пластину к обрабатываемой поверхности и уравновешивается в значительной степени силой реакции этой поверхности. Это одно из преимуществ данного способа по сравнению с прототипом, где державка твердой пластины наклонена в противоположную сторону, и поэтому сила удара воспринималась всем инструментом. Следовательно, снижалась сила удара из-за податливости инструмента, а через многие пологие участки окалины жестки пластины проскакивали, оставляя окалину на поверхности.

Кроме того, наклон твердой пластины в направлении вращения создает расклинивающий эффект, способствующей отрыву окалины от обрабатываемой поверхности, что также способствует ее разрушению и сдвигу вдоль этой поверхности. В прототипе передняя поверхность пластины прижимала окалину к обрабатываемой поверхности и препятствовала ее сдвигу.

При угле наклона α твердой пластины менее 5 градусов указанный выше эффект проявляется слабо, а при угле наклона α более 15 твердая пластина слишком сильно прижимается к обрабатываемой поверхности, вызывая значительную силу трения и снижая силу сдвига. Слишком малый угол γ<3° между задней поверхностью твердой пластины 4 и обрабатываемой поверхностью снижает плотность контакта режущей кромки 5 твердой пластины 4 с обрабатываемой поверхностью. А слишком большой угол γ>10° может привести к врезанию пластины 4 в обрабатываемую поверхность при взаимодействии с окалиной и вызвать ее повреждение.

За счет наклона режущей кромки 5 твердой пластины 4 на угол β=10-20 градусов относительно осевой плоскости диска при ее взаимодействии с окалиной появляется составляющая силы удара, направленная в сторону обработанной поверхности, свободной от окалины. Это в значительной степени облегчает сдвиг окалины относительно обрабатываемой поверхности. При угле наклона β<10° этот эффект проявляется слабо. При β>20° эффективность очистки поверхности от окалины снижается из-за того, что в контакт с окалиной слишком активно вступает боковая поверхность твердой пластины с отрицательным передним углом.

Таким образом, повышается жесткость удара твердых пластин о поверхность окалины и обеспечивается возможность сдвига окалины в сторону обработанной поверхности, и тем самым решается задача повышения степени очистки поверхности от окалины.

Пример. Обработке подвергали металлические пластины размером 100x200 мм, вырезанные газовой резкой из листов ст3 сп5 ГОСТ 14637 толщиной 16 мм. Образцы не менее чем на 90% были покрыты окалиной толщиной 0,07-0,14 мм.

Обработка осуществлялась на вертикально фрезерном станке 6Р12. Частота вращения инструмента составляла 2000 об/мин, подача S=400 мм/мин. В диске инструмента закреплялась всего Одина державка с твердосплавной пятигранной пластиной из материала ВК6. Угол наклона твердосплавной пластины α=10° задний угол составлял γ=5° угол наклона режущей кромки пластины β=10°. Диаметр вращения пластины составлял 100 мм. Осуществлялся всего один рабочий ход инструмента.

При указанных условиях обработали 5 образцов. В результате обработки вся окалина со всех пластин была удалена полностью. Шероховатость обработанной поверхности составляла Ra 3,2-6,4 мкм. Дефектов в виде врезания тведосплавных пластин в обрабатываемую поверхность не обнаружено. Ранее выполненные исследования способа очистки поверхности от окалины, используемого в качестве прототипа, показали, что при первом проходе пластины очищались от окалины всего на 50-70%.

Таким образом, подтвердилась высокая степень очистки поверхности от окалины предложенным способом.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа обработки заключается в следующем:

1. Обеспечивается гарантированное удаление с очищаемой поверхности окалины с одного прохода.

2. Обеспечивается высокая производительность очистки поверхности.

3. Простота конструкции устройств, используемых для практической реализации способа.

4. Низкие эксплуатационные затраты.

5. Низкие капитальные вложения.