Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КРУГЛОГО НАРУЖНОГО ШЛИФОВАНИЯ С НАЛОЖЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке круглым наружным шлифованием заготовок из различных материалов.

Известен способ ультразвуковой стабилизации остаточных напряжений (см. Бабенко М.Г. Совершенствование технологии обеспечения размерной точности прецизионных деталей типа колец подшипников на основе использования ультразвуковой стабилизации внутренних напряжений. Авто-реф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.08 / Саратовский гос. техн. унив. - Саратов, 2002. - 16 с.), при котором после шлифования детали через шлифованную поверхность сообщают ультразвуковые колебания (УЗК) определенной амплитуды и частоты. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится отсутствие влияния энергии ультразвука на процесс шлифования заготовок. В процессе шлифования и снятия остаточных напряжений для установки и закрепления заготовки используются различные приспособления (оправки), поэтому требуется дополнительное время для установки и снятия заготовки.

Известен также способ шлифования, заключающийся в непрерывном наложении ультразвуковых колебаний на заготовку в процессе шлифования (см. пат. RU №2276004 С1, опубл. 05.10.2006. Бюл. №13, осн. индекс МПК В24В 1/04 (2006.01) «Способ шлифования»). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что в известном способе ультразвуковые колебания не оказывают заметного влияния на процесс шлифования, так как имеет место локальный участок контакта инструмента для снятия остаточных напряжений и заготовки и ультразвуковые колебания распространяются по ограниченному объему заготовки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является выбранный в качестве прототипа способ круглого наружного шлифования, заключающийся в установке заготовки на оправку для наложения УЗК, круглом наружном шлифовании заготовки на станке и снятии заготовки с упомянутой оправкой со станка при непрерывном наложении УЗК на заготовку в процессе шлифования и после его окончания и снятия заготовки с оправкой для наложения УЗК со станка (см. пат. RU №2418670 С2, опубл. 20.05.2011. Бюл. №14, осн. индекс МПК B24B 1/04 (2006.01) «Способ круглого наружного шлифования с наложением ультразвуковых колебаний»).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится невозможность обеспечения минимальных потерь энергии УЗК и максимальной амплитуды колебания заготовки, поскольку размеры элементов оправки для наложения УЗК не являются оптимальными.

Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе шлифования режущая способность шлифовального круга постепенно снижается, что приводит к необходимости соответствующего снижения производительности бездефектного шлифования или (и) к ухудшению качества шлифованных деталей. Одним из путей повышения эффективности шлифования заготовок из различных материалов является наложение УЗК в процессе шлифования, в данном случае на заготовку. Наложение УЗК позволяет снизить коэффициент трения в зоне контакта круг - заготовка, силы шлифования, контактные и локальные температуры, что приводит к сохранению режущей способности шлифовального круга, а следовательно, обеспечивается возможность увеличения производительности обработки и периода стойкости инструмента. Кроме того, в процессе шлифования в поверхностном слое заготовки формируются в большинстве случаев растягивающие остаточные напряжения, негативно влияющие на эксплуатационные характеристики шлифованной детали. Одним из способов релаксации (снятия) остаточных напряжений является наложение УЗК. В данном случае наложение УЗК на заготовку происходит как в процессе шлифования, так и после его окончания и снятия заготовки вместе с оправкой, используемой для осуществления данного способа, со станка. На станке появляется возможность обработки следующей заготовки. Отпадает необходимость установки-снятия заготовки на вторую оправку, поскольку для реализации процесса шлифования и релаксации остаточных напряжений используется одна оправка. Это обеспечивает увеличение производительности обработки и эффективности снятия остаточных напряжений.

Технический результат - увеличение периода стойкости шлифовального круга и производительности обработки при обеспечении заданного качества шлифованных деталей.

Указанный технический результат при осуществлении способа круглого наружного шлифования с наложением УЗК включает непрерывное наложение ультразвуковых колебаний в процессе шлифования и после его окончания на заготовку, установленную на оправку-излучатель ультразвуковых колебаний и закрепленную отражающей гайкой, причем размеры оправки-излучателя и отражающей гайки выбирают такими, чтобы суммарная длина оправки-излучателя, заготовки и отражающей гайки была равна длине волны УЗК, т.е. l_о+l_з+l_г=λ, где l_о, l_з, l_г - размеры оправки-излучателя, заготовки, отражающей гайки соответственно; λ - длина волны УЗК (при использовании частотно-модулированного колебания λ - длина волны несущего колебания), а заготовка имела максимальную амплитуду колебаний.

Благодаря ультразвуковым колебаниям, сообщаемым заготовке в процессе шлифования с максимальной амплитудой, уменьшаются силы шлифования, контактные и локальные температуры в зоне контакта шлифовального круга с заготовкой. Уменьшение локальных температур в зоне контакта круга с заготовкой позволяет улучшить качество шлифованных деталей и уменьшить массу налипов металла на зерна круга, благодаря чему увеличивается период стойкости шлифовального круга и производительность шлифования. При наложении на заготовку частотно-модулированных ультразвуковых колебаний обеспечивается колебание всех сечений поверхностного слоя заготовки с максимальной амплитудой. Увеличенный период наложения на заготовку ультразвуковых колебаний позволяет в максимальной степени снять остаточные напряжения с заготовки и улучшить эксплуатационные характеристики обработанной детали. Это обеспечивается за счет того, что после обработки шлифованием заготовка вместе с оправкой для наложения ультразвуковых колебаний снимается со станка и на нее продолжают накладывать ультразвуковые колебаниями вне зоны обработки, за счет чего увеличивается производительность, так как в это время на станке появляется возможность обработки следующей заготовки. Также отпадает необходимость устанавливать и снимать заготовку на различные оправки. Для сообщения шлифованной детали ультразвуковых колебаний частотно-модулированной формы необходим электрический сигнал, модулированный по частоте, который может быть получен с помощью специального генератора.

На чертеже представлены схема способа круглого наружного шлифования с наложением УЗК и распределение амплитуд А смещений оправки-излучателя, заготовки и отражающей гайки.

Заготовку 1 устанавливают на оправку-излучатель 2 и поджимают отражающей гайкой 3 к торцу оправки-излучателя 2. Оправку для осуществления данного способа устанавливают на центры станка, предварительно установив на оправке поводок. Ультразвуковые колебания, генерируемые с помощью пьезокерамических колец 4, сообщаются заготовке 1 через оправку-излучатель 2. Электрический сигнал от ультразвукового генератора (на чертеже не показан) передается на пьезокерамические кольца 4 с помощью щеток 5 и токосъемников 6. Корпус 7 остается неподвижным в процессе обработки за счет кронштейна 8, жестко связанного со столом станка. Размеры оправки-излучателя 2 и отражающей гайки 3 выбирают такими, чтобы суммарная длина оправки-излучателя, заготовки и отражающей гайки была равна длине волны УЗК, т.е. l_о+l_з+l_г=λ, где l_о, l_з, l_г - размеры оправки-излучателя, заготовки, отражающей гайки соответственно, а заготовка имела максимальную амплитуду колебаний. Минимальная амплитуда, равная нулю, имеет место в сечениях, где контактируют отражающая гайка 3 с оправкой-излучателем 2, кронштейн 8 и подшипник 9 с корпусом 7, благодаря чему сведены к минимальной величине потери, связанные с распространением УЗК за пределы колебательной системы. Обработка заготовки осуществляется шлифовальным кругом 10. Таким образом, заготовке сообщаются ультразвуковые колебания, в том числе частотно-модулированные, с максимальной амплитудой, что приводит к уменьшению коэффициента трения шлифовального круга о заготовку, сил шлифования, локальных температур, повышению работоспособности шлифовального круга и улучшению качества обработанных деталей.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа круглого наружного шлифования с наложением УЗК следующей совокупности условий:

- способ круглого шлифования с наложением УЗК, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в машиностроении, а именно на операциях круглого шлифования заготовок из различных материалов;

- для заявленного способа круглого шлифования с наложением УЗК в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- способ круглого шлифования с наложением УЗК, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».