Способ доводки цилиндрических отверстий во втулках

Способ доводки цилиндрических отверстий во втулках

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, предназначено для прецизионной ; обработки цилиндрических отверстий в металлах, кристаллах , органических твердых материалах, особенно перспективно для изделий большой длины и с малыми диаметрами. Цель изобретения - повьшение точности и качества за счет з еньшения некруглости , перекоса и конусности отверстия , улучшения микрогеометрии и упрочнения поверхности отверстия, снятие остаточных напряжений в объеме втулки, повышение виброустойчивости и вибропрочности обработки, улучшение центрирования инструмента, уменьшение нелинейных искажений и акустического шума. Для этого возбуждают ультразвуковое поле во втулке на частотах акустического волнового резонанса, на которых оси симметрии поля и втулки совпадают. амплитуде упругих смев1ений, равной или большей минимального радиального зазора, концентрично деформируемая поверхность отверстия контактирует с инструментом , в результате чего происходит обработка отверстия. 1 з.п.ф-лы, 5 ил., 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 В 23 В 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4237593 (31-08 (22) 28.04.87 (46) 30.10.88. Бюл. У 40 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) И.Н.Абросимов и Н.Н.Евтихиев (53} 62 1.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 431967, кл. В 23 В 1/00, 1972. (54) СПОСОБ ДОВОДКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

ОТВЕРСТИИ ВО ВТУЛКАХ (57) Изобретение относится к технологии машиностроения, предназначено для прецизионной: обработки цилиндрических отверстий в металлах, кристаллах, органических твердых материалах, особенно перспективно для изделий большой длины и с малыми диаметрами. Цель изобретения — повышение точности и качества за счет уменьшения некруг„.Ь0„„143 4 А1 лостн, перекоса и конусности отверстия, улучшения микрогеометрии и упрочнения поверхности отверстия, снятие остаточных напряжений в объеме втулки, повышение виброустойчивости и вибропрочности обработки, улучшение центрирования инструмента, уменьшение нелинейных искажений и акустического шума. Для этого возбуждают ультразвуковое поле во втулке на частотах акустического волнового резонанса, на которых оси симметрии поля и втулки совпадают. При амплитуде упругих смещений, равной или большей минимального радиального зазора, концентрично деформируемая поверх- g ность отверстия контактирует с инструментом, в результате чего происходит обработка отверстия. 1 з.п.ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1433642

Изобретение относится к технологии машиностроения и приборостроения и может найти применение при прецизионной обработке отверстий в изделиях из металлов, кристаллов и органических твердых материалов, Цель изобретения — повышение точности и качества эа счет уменьшения некруглости, перекоса и кокусности отверстия, улучшения микрогеаметрии и,упрочнения поверхности отверстия, снятия остаточных напряжений в объеме втулки, повышения виброустойчивости и вибропрачности обработки„ улучшения центрирования обрабатывающего инструмента и снижения нелинейных искажений и шума при обработке.

Пространственное распределение ультразвукового поля на частотах ра- 29 диального волнового резонанса имеет .цилиндрическую симметрию с осями симметрии, 2-го, 4-ro, 8-го порядков и т.д. и идеально согласовано с цилиндрической геометрией отверстия.

Этим обеспечивается цектрировакие инструмента относительно оси симметрии втулки и устраняются геометрические погрешности отверстия, обусловленные некруглостью, конусностью и 30 перекосом. Наличие минимума потенциальной энергии ультразвукового поля на оси симметрии и равенства кулю недиагональных компонент текзоров упругих напряжений и деформаций обеспечивает необходимые и достаточные условия виброустойчивости обработки.

Непериодичностью значений резонансных частот на радиальных модах обеспечивается подавление высших гар- <О моник ультразвукового поля в источнике ультразвуковых колебаний. Вследствие этого частотный спектр во втулке имеет непериодическое распределение Бесселя, которое рассогласована с периодическим спектром Фурье. В результате ультразвуковое поле на частотах радиального волнового резонанса имеет пренебрежимо малые нелинейные искажения, что является усло5О виями отсутствия других типов колебаHHH снижающих вибропрочкость обрабатываемой детали и инструмента, и сохранения динамической устойчивости, В результате сагласовакия распределения и коэффициента концентрации ультразвукового поля с диаметром отверстия достигается эффективное вибрационное взаимодействие поверхностей вала и инструмента, при котором происходит жесткое контактирование по всей образующей поверхности, в результате чего может быть реализован режим нелинейного закона Гука без снижения виброустойчивости. Этим достигается эффективный ударный наклеп, при котором улучшается микрогеаметрия поверхности отверстия и осуществляется упрочнекие поверхности и приповерхностного слоя, происходит снятие остаточных напряжений в объеме втулки.

Ударное контактирование на частотах радиального акустического резонанса приводит к импульсной модуляции спектра шума, возникающего нри механической и вибрационной обработке, в результа-е чего уровень шума снижается обратно пропорционально величине gt/Т>,.

Следовательно, в данном способе при наличии ультразвукового поля происходит импульсная модуляция спектра шума, создаваемая дискретным контактированием поверхностей вала и отвер стия, Следовательно, спектр шума практически должен оставаться неизменным, а уровень шума определяется постоянной составляющей периодической последовательности импульсов с периодом Т, и длительностью. gt т.е. уровень шума,, обусловленный относительным движением поверхностей икстЬумента и отверстия, должен снижаться пропорционально величине t/T .

На фиг. 1 показано пространственное распределение ультразвукового поля на частотах акустического волнаво". го резонанса; на фиг. 2 — временная форма сигнала ультразвукового поля во втулке с периодом колебаний Т, с помощью которого осуществляется процесс обработки отверстия в моменты времени gt; на фиг. 3 — спектральная диаграмма последовательности импульсов длителькостью pf t и периодом Т (спектральная диаграмма показывает„ чта уровень и спектр шумов зависят ат периода ультразвукавьи колебаний); на фиг. 4 — временнач диаграмма последовательности импульсов длительностью " и периодом

Т> (временная диаграмма показывает зависимость постоянной составляющей от длительности импульсов a,t)„ на фиг. 5 — схема устройства для реализации способа.

1433642

Устройство содержит источник 1 электрических колебаний, ультразвуковой преобразователь 2, втулку 3, устройство 4 контроля, которое может быть, например, оптическим (фиг.5), а также акустическим или тензаметрическим устройством 4 регистрации уп-! ругих напряжений и деформаций, источник 5 света. 10

В качестве источника электрических колебаний могут использоваться приборы мощностью 1-50 Вт, диапазоном частот 20-2000 кГц и амплитудным значением напряжения не менее 30 В. Б 15 зависимости от внешнего диаметра втулки в качестве источника электрических колебаний при обработке втулок больших размеров можно использовать генератор сигналов ГЗ-33 с диапазонам 20 частот 20-200 10 Гц, а для втулок малых размеров генератор Г4-42 с диапазоном частот 100-10000 кГц совместно с широкополосным или перестраиваемым усилителями мощности. 25

Среди устройств контроля распределения ультразвукового паля наиболее оптимальным являются поляризационнооптические устройства, которые в отли= чие от акустических и тензометрических ЗО измерительных приборов способны конт-; ролировать как динамические, так и ста-;. тические упругие напряжения и деформации в объеме изделия. Оптическая прозрачность изделий в диапазоне час- 3< тот аЗ электромагнитного излучения зависит от электрических параметров материала изделия, которая определяется отношением проводимости к диг электрической проницаемости с 40

При — — — )P 1 среда считается просз

Ь зрачной для частоты Ю . Например, >"оптическая" прозрачность меди, при которой 6 = 5,8 10 См/м, а

= 9 10" Ф/м возникает на частоте

Ы 10 9Гц (рентгенооптический диапазон) .

Способ осуществляют следующим образом.

Жестко закрепляют обрабатываемую деталь и присоединяют к ее образующеч поверхности ультразвуковой преобразователь 2. Этот преобразователь электрически соединяют с источником

1 электрических колебаний, на катаром устанавливают частоту, вычисленную в соответствии с параметрами обрабатываемай втул..и. Устанавливают и сопрягают " втулкой устройство 4, контролирующее в ней распределение ультразвукового паля, и вводят инструмент в отверстие обрабатываемой втулки.

Затем включают источник электрических колебаний и плавно или дискретно увег,:ичивают амплитуду напряжения электрических колебан Ф, прн которой амплитуда упругих смещений во втулке становится ластатачнои цля регистрации напряжений ультразвукового поля во втулке, одновременно контролируя распределение ультразвукового поля во втулке с помощью устройства контроля. Если ультразвуковое поле не соответствует заданному, то осуществляют подстройку частоты источника электрических колебаний до получения рабочей частоты радиального волновога резонанса с цилиндрическим распре деленисм ультразвукового поля, При получении заданного распределения приводят в движение (ao вращение или возвратно-поступательное.перемещение) инструмент и начинают увеличивать амплитуду электрических колебаний да уровня. когда амплитуда радиальных упругих смещений станет равчай радиальному зазору. Этот момент можно регистрировать контрольныл устройством, на котором в этом случае будет скачок изменения уровня контролируемого ультразвукового поля.

Затем увеличивают амплитуд источника электриче=ких колебаний да уровня, необхадикога для устранения перекоса эксцентриситета и некругласти выключают источник электрических колебаний и контролируют остаточные напряжения в приповерхностном слое и в зависимости от допустимого уровня остаточных напряжений переходят к . одной из двух операций. При соответствии остаточных напряжений допустимьм значениям выводят инструмент из отверстия и контролируют его микрогеаметрию и твердость, а при несоответствии остаточных напряжений допустимьм включают источник электрических колебаний и продолжают вибрационную обра" îòêó при остановленном инструменте.

Нецилиндричнасть отверстия в способе будет зависеть ат характера движения инструмента. Если инструмент совершает талька вращение, та нецилиндричнасть отверстия будет зависеть от

5 14 яецилиндричности продольного профиля

Инструмента и цилиндричности распределения ультразвукового лоля вдоль оси втулки. Нецилиндричность ультразвукового поля зависит от нестабильности длины ультразвуковых колебаний

Вдоль профиля втулки, которой соот" зетствует нестабильность частоты коебаний во втулке. Величины нестабиль. ости длины волны и соответствующая и нестабильность частоты при уровне овременной технологии можно сделать остаточно малой. Кварцевые резонатоы имеют нестабильность, меньшую

О . При частоте колебаний l0 Гц юстабильность длины волны по сечению еэонатора составит s 6 IO З мкм. встабильности частоты и длины волы во втулке зависят îr обрабатываеого материала, распределения ультравукового поля и нагруженной добротости. Более дешевым средством уменьния нецилиндричности отверстия явяется возвратно-поступательное двиение инструмента, которое эффектив= о снимает выпуклости профиля отвертия . Некруглость отверстия в спосо-е будет зависеть от отношения колеательной скорости упругих смещений скорости вращения Ч@ инструмента я при Vg » V может быть. меньше, чем фекруглость инструмента, Оценку шума в предлагаемом способе и прототипе оценивают через коэффициент ht;/Т, который является отношением времени контактирования поверхностей инструмента и отверстия периоду вибраций. Б прототипе конактирование образующих поверхностей

,нструмента и отверстия зависит от частоты вибрации иэделия и инструмен«а в горизонтальной плоскости Кг йериод которой равен Тг = 1/К,причем значение частоты вибрации f< много меньше значений частоты ультраЗвуковых колебаний во втулке (Т Т«), которая лежит вне диапазона сльппимос «И е

Сравнение основных характеристик предлагаемого технического решения

ЗЭб42 6 и прототипа приведено в таблице.

Характеристики предлагаемого решения даны для частоты 10 Гц, для которой достаточно просто получить усиленную на коэффициент концентрации амплитуду упругих смещений внутренней по» верхности втулки порядка 1-10 мкм.

Сравнение проведем для амплитуды радиальных упругих смещений О

10 м.

Формула изобретения

1. Способ доводки цилиндрических отверстий во втулках, при котором инструмент вводят в обрабатываемое, отверстие и приводят инструмент во вращение или поступательное перемещение, воздействуют на втулку ультразвуковым полем, о т л и ч а ю щ и ис я тем, что, с целью повышения точности и качества, до приведения

2б инструмента в движение воздействуют ультразвуковыми колебаниями на внешнюю образующую поверхность втулки на частотах акустического волнового радиального резонанса, на которых дб пространственное распределение поля во втулке содержит только первые варианты тензора упругих напряжений и деформаций, а радиальный коэффициент концентрации ультразвукового поля согласован с диаметром отверстия, устанавливают начальную амплитуду радиальных смещений, меньшую радиального зазора, образованного инстру-ментом с поверхностью, затем .в про4 цессе обработки при движении инструмента увеличивают амплитуду радиальньм смещений, одновременно отслеживая выбранную частоту волнового радиального резонанса.

2. Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что повторно вводят инструмент в отверстие и при неподвижном инструменте воздействуют на поверхность втулки ультразвуковыми колебаниями.

1433642

УвелиШероховаСтепень точноДе це нтр ир ование инстПарамет. ры чение румента

ДГ сти цилиндричности, мкм

f „= i O F1

Т =10 с

gr(p)=

5 10 и

10 -@

0,5 О, 10- 2,5 30-.70

0,04

0,16- Не по0,08 твердость

-Не

1,0

Прототип f. c f.y

Т )) Т

10 уменьшает остаточные напряженияя

gr )r 510 мкм

Предлагаемый способ

Частота, и период Т колебаний

Hp е мя к он тактирования, 5tю с

Равно радиальному зазору br для некруглости и нетость поверх ности

Кс ю мкм твердости по

Бринелю

НВ, Х

Уменьшение остаточных напряжений

Ь 6 осг. у

1433642

Составитель А.Семенова

Техред Л.Сердюкова <орректор О.Кравцова

Ректор М. Бандура

Заказ 5489/1 l

Тираж 880 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Иосква, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4