RU160283U1

RU160283U1 - DEVICE FOR ABRASIVE TREATMENT OF INTERNAL AND EXTERNAL SURFACES OF TUBE Billets

Info

Publication number: RU160283U1
Application number: RU2015133730/02U
Authority: RU
Inventors: Владимир Андреевич Санинский
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Устройство для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащее установленные на основании левый и правый фланцы со сквозными отверстиями, соединенными с трубопроводами, и выполненные с зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок и с возможностью фиксации между ними трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой, причем в центрирующих выточках левого фланца расположены подпружиненные сухари, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит полую цилиндрическую оправку с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой, снабженную наружным и внутренним режущими инструментами, выполненными в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков, контактирующих с полой цилиндрической оправкой ответными резьбовыми поверхностями, а сквозные отверстия выполнены в виде сужающихся конических сопел и расположены между центрирующими выточками.A device for abrasive treatment of the inner and outer surfaces of tube billets, comprising left and right flanges mounted on the base with through holes connected to pipelines and made with mirror-mounted centering recesses for basing tube billets and with the possibility of fixing tube billets of different diameters installed between them coaxially one into the other, and in the centering grooves of the left flange are spring-loaded crackers, characterized in that it is additionally will have a hollow cylindrical mandrel with a thread made on its outer and inner surfaces, provided with outer and inner cutting tools made in the form of blocks of two spirals with opposite directions of the turns in contact with the reciprocal threaded surfaces, and the through holes are made in the form of tapering conical nozzles and are located between the centering recesses.

Description

Полезная модель относится к механической обработке глубоких отверстий в трубных заготовках, и может использоваться при осуществлении процессов шлифования и хонингования наружных и внутренних поверхностей длинномерных труб.The utility model relates to the machining of deep holes in pipe billets, and can be used in the grinding and honing processes of the outer and inner surfaces of long pipes.

В производстве при изготовлении ответственных деталей предъявляются высокие требования к точности и шероховатости поверхности: некруглость менее 1 мкм, волнистость менее 0,2 мкм, нецилиндричность и непрямолинейность образующей менее 2-5 мкм, параметр шероховатости Ra=0,02-0,8 мкм, отсутствие дефектного слоя металла (структурно-фазовых изменений, напряжений растяжения, микротрещин), определенные значения параметров формы микронеровностей и опорной поверхности. Обеспечение этих требований достигается с помощью таких процессов абразивной обработки, как хонингование брусками из традиционных и сверхтвердых абразивных материалов. Этот процесс относят к процессу доводки; хонингование производится при одновременно выполняемых вращательном и возвратно-поступательном движениях инструмента.In the manufacture of critical parts, high demands are placed on accuracy and surface roughness: non-circularity of less than 1 μm, waviness of less than 0.2 μm, non-cylindrical shape and indirectness of the generatrix of less than 2-5 μm, roughness parameter Ra = 0.02-0.8 μm, the absence of a defective metal layer (structural-phase changes, tensile stresses, microcracks), certain values of the shape parameters of microroughnesses and the supporting surface. These requirements are achieved through abrasive processes such as honing with bars of traditional and superhard abrasive materials. This process is referred to as a refinement process; honing is performed with simultaneous rotational and reciprocating movements of the tool.

Известно устройство для полирования поверхностей, включающее корпус со шпинделем, несущим абразивный круг, оправку с перпендикулярными оси шпинделя направляющими для перемещения корпуса, выполненного подпружиненным относительно оправки и снабженного подпружиненным стержнем, установленным параллельно направляющим с возможностью постоянного контакта со шпинделем (А.с. SU 622647, МПК B24B 5/02, опуб. 05.09.1978).A device for polishing surfaces is known, including a housing with a spindle bearing an abrasive wheel, a mandrel with guides perpendicular to the axis of the spindle for moving the housing, spring-loaded relative to the mandrel and provided with a spring-loaded rod mounted parallel to the guides with the possibility of constant contact with the spindle (A.S. SU 622647 IPC B24B 5/02, publ. 09/05/1978).

Недостатком данного устройства является невозможность совмещения обработки наружных и внутренних поверхностей, что снижает его производительность.The disadvantage of this device is the inability to combine the processing of external and internal surfaces, which reduces its performance.

Известно устройство для полирования поверхностей, содержащее оправку, несущую абразивный круг, снабженную втулкой, являющейся внутренним кольцом роликового радиального игольчатого подшипника, оси наружной и внутренней поверхностей которой расположены под углом а с пересечением их в центре симметрии втулки и косыми шайбами с торцами под углом а друг к другу. При этом абразивный круг выполнен на гибкой основе и установлен на наружном кольце подшипника под углом а к плоскости, перпендикулярной оси вращения оправки (Пат. RU 2202461, МПК B24B 29/00, B24B 45/00, опубл. 20.04.2003).A device for polishing surfaces containing a mandrel carrying an abrasive wheel, equipped with a sleeve that is the inner ring of a roller radial needle bearing, the axis of the outer and inner surfaces of which are located at an angle a with their intersection in the center of symmetry of the sleeve and oblique washers with ends at an angle a to each other to friend. Moreover, the abrasive wheel is made on a flexible basis and mounted on the outer ring of the bearing at an angle a to a plane perpendicular to the axis of rotation of the mandrel (Pat. RU 2202461, IPC B24B 29/00, B24B 45/00, publ. 04/20/2003).

Наиболее близким является устройство для гидроабразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащее напорный и сливной трубопроводы, установленные на основании левый и правый фланцы, которые выполнены с зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок и сквозными отверстиями, при этом фланцы выполнены с возможностью фиксации между ними трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой, причем в центрирующих выточках левого фланца расположены подпружиненные сухари, а трубопроводы соединены со сквозными отверстиями фланцев (Пат. RU 152429, МПК B24C 3/02, B24C 9/00, опубл. 27.05.2015).The closest is a device for hydroabrasive treatment of the inner and outer surfaces of pipe billets, containing pressure and drain pipelines mounted on the base of the left and right flanges, which are made with mirror-mounted centering recesses for basing pipe billets and through holes, the flanges are made with the possibility of fixing between them pipe blanks of different diameters, mounted coaxially one in the other, and in the centering grooves of the left flange are located on spring loaded crackers, and pipelines are connected with through holes of the flanges (Pat. RU 152429, IPC B24C 3/02, B24C 9/00, publ. 05.27.2015).

Недостатком устройства является недостаточная эффективность абразивной обработки поверхностей длинномерных трубных заготовок рабочей средой.The disadvantage of this device is the lack of efficiency of abrasive treatment of surfaces of long pipe blanks with a working medium.

Задачей полезной модели является разработка высокопроизводительного устройства для абразивной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей трубных заготовок.The objective of the utility model is the development of a high-performance device for abrasive machining of the outer and inner cylindrical surfaces of tube blanks.

Техническим результатом заявленного устройства является повышение производительности устройства и качества обработанной устройством поверхности при абразивной обработке наружных и внутренних поверхностей трубных заготовок.The technical result of the claimed device is to increase the productivity of the device and the quality of the surface treated by the device during abrasive treatment of the outer and inner surfaces of pipe billets.

Технический результат достигается устройством для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащем установленные на основании левый и правый фланцы со сквозными отверстиями, соединенными с трубопроводами, и выполненные с зеркально расположенными центрирующими выточками для базирования трубных заготовок и с возможностью фиксации между ними трубных заготовок разного диаметра, установленных соосно одна в другой, причем в центрирующих выточках левого фланца расположены подпружиненные сухари, при этом устройство дополнительно содержит полую цилиндрическую оправку с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой, снабженную наружным и внутренним режущими инструментами, выполненными в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков, контактирующих с полой цилиндрической оправкой ответными резьбовыми поверхностями, а сквозные отверстия выполнены в виде сужающихся конических сопел и расположены между центрирующими выточками.The technical result is achieved by a device for abrasive treatment of the inner and outer surfaces of tube billets, comprising left and right flanges installed on the base with through holes connected to the pipelines and made with mirror-mounted centering recesses for basing tube billets and with the possibility of fixing tube billets of different sizes between them diameter, mounted coaxially one in the other, and in the centering grooves of the left flange are spring-loaded crackers, with The device further comprises a hollow cylindrical mandrel with a thread made on its outer and inner surfaces, provided with outer and inner cutting tools made in the form of blocks of two spirals with opposite directions of coils in contact with the reciprocal threaded surfaces, and through holes are made in in the form of tapering conical nozzles and are located between the centering recesses.

Сущность устройства заключается в такой его конструкции, при которой соосно в один пакет осуществляется установка трубных заготовок и между трубными заготовками полой цилиндрической оправки с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой, снабженной наружными и внутренними режущими инструментами. Каждый режущий инструмент (наружный и внутренний) представляет собой блок из двух спиралей с противоположными направлениями витков, которые контактируют с полой цилиндрической оправкой ответными резьбовыми поверхностями, что обеспечивает возможность перемещения режущих инструментов вдоль полой цилиндрической оправки при их вращении. Возможность вращения режущих инструментов обеспечивается подачей рабочей среды, которая по трубопроводам через сквозные отверстия, выполненные в виде сужающихся сопел под давлением подается в устройство. При этом возможность подачи рабочей среды (пневмо- или гидро-) поочередно через левый или правый фланец (благодаря системе клапанов) обеспечивает возможность реализации реверсивного движения наружного и внутреннего режущих инструментов. В результате вращательного и поступательного движений режущих инструментов по контактирующим резьбовым поверхностям, ими осуществляется абразивная обработка одновременно внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок разного диаметра, зафиксированных в центрирующих выточках левого и правого фланцев, обеспечивая режимы процесса обработки, соответствующие шлифохинингованию и хонингованию.The essence of the device lies in its design in which coaxial installation of pipe billets and between the pipe billets of a hollow cylindrical mandrel with a thread made on its outer and inner surfaces equipped with external and internal cutting tools is carried out. Each cutting tool (external and internal) is a block of two spirals with opposite directions of the turns that contact the hollow cylindrical mandrel with mating threaded surfaces, which makes it possible to move the cutting tools along the hollow cylindrical mandrel during their rotation. The ability to rotate cutting tools is ensured by the supply of a working medium, which is piped through through holes made in the form of tapering nozzles under pressure to the device. At the same time, the possibility of supplying a working medium (pneumo- or hydro-) alternately through the left or right flange (thanks to the valve system) makes it possible to realize the reverse movement of the external and internal cutting tools. As a result of the rotational and translational movements of the cutting tools on the contacting threaded surfaces, they carry out abrasive processing of both the inner and outer surfaces of tube blanks of different diameters fixed in the centering recesses of the left and right flanges, providing processing conditions that correspond to grinding and honing.

Режущие инструменты имеют длину меньшую длины полой цилиндрической оправки на величину своего свободного хода.Cutting tools have a length shorter than the length of a hollow cylindrical mandrel by the amount of their free play.

На фигуре показано продольное сечение устройства для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок.The figure shows a longitudinal section of a device for abrasive processing of the inner and outer surfaces of tube blanks.

Устройство для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, состоит из установленных на основании 1 левого 2 и правого 3 фланцев со сквозными отверстиями 4, выполненными в виде сужающихся конических сопел и соединенными с трубопроводами 5 и 6 соответственно, и полой цилиндрической оправки 7 с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой 8 и снабженной наружным 9 и внутренним 10 режущими инструментами. Фланцы 2 и 3 выполнены с зеркально расположенными центрирующими выточками 11 для базирования и фиксации между ними трубных заготовок 12 разного диаметра, установленных соосно одна в другой. В центрирующих выточках 11 левого фланца 2 расположены подпружиненные сухари 13. Полая цилиндрическая оправка 7 с режущими инструментами 9 и 10 базируется в центрирующих выточках 11 соосно с трубными заготовками 12 разного диаметра, между ними.A device for abrasive treatment of the inner and outer surfaces of tube blanks consists of flanges installed on the base 1 of the left 2 and right 3 with through holes 4 made in the form of tapering conical nozzles and connected to the pipelines 5 and 6, respectively, and a hollow cylindrical mandrel 7 made on its outer and inner surfaces with thread 8 and equipped with outer 9 and inner 10 cutting tools. Flanges 2 and 3 are made with mirror-mounted centering recesses 11 for basing and fixing between them tube blanks 12 of different diameters, mounted coaxially in one another. In the centering recesses 11 of the left flange 2, spring-loaded crackers 13 are located. The hollow cylindrical mandrel 7 with cutting tools 9 and 10 is based in the centering recesses 11 coaxially with the tube blanks 12 of different diameters between them.

Наружный 9 и внутренний 10 режущие инструменты выполнены в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков и контактируют с полой цилиндрической оправкой 7 ответными резьбовыми поверхностями 14. Сквозные отверстия 4 каждого фланца 2 и 3 расположены между центрирующими выточками 11.The outer 9 and inner 10 cutting tools are made in the form of blocks of two spirals with opposite directions of the turns and are in contact with the hollow cylindrical mandrel 7 with mating threaded surfaces 14. Through holes 4 of each flange 2 and 3 are located between the centering recesses 11.

Трубопроводы 5 и 6 снабжены клапанами 15, 16 для регуляции направления движения рабочей среды 17 при включении нагнетающего насоса 18.Pipelines 5 and 6 are equipped with valves 15, 16 for regulating the direction of movement of the working medium 17 when the pressure pump 18 is turned on.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Перед абразивной обработкой левый фланец 2 и правый фланец 3 раздвинуты на длину, превышающую максимальную длину трубных заготовок 12 и полой цилиндрической оправки 7. Полую цилиндрическую оправку 7 с режущими инструментами 9 и 10 устанавливают в пакет соосно между трубными заготовками 12 в центрирующих выточках 11 левого фланца 2. После этого включают привод зажима труб (не показан), при этом правый фланец 3 перемещают влево и базируют трубные заготовки 12 и полую цилиндрическую оправку 7 соответственно в центрирующих выточках 11 правого фланца 3.Before abrasive treatment, the left flange 2 and the right flange 3 are spaced apart by a length exceeding the maximum length of the pipe blanks 12 and the hollow cylindrical mandrel 7. The hollow cylindrical mandrel 7 with cutting tools 9 and 10 is installed in the package coaxially between the tube blanks 12 in the centering recesses 11 of the left flange 2. After that, the pipe clamp drive (not shown) is turned on, while the right flange 3 is moved to the left and the tube blanks 12 and the hollow cylindrical mandrel 7 are based, respectively, in the centering recesses 11 of the right flange 3.

Включают насос 18, с помощью клапанов 15 и 16 направляют поток рабочей среды 17 (жидкость или воздух) по трубопроводу 5 левого фланца 2 (клапаны 15 - закрыты, клапаны 16 - открыты) или по трубопроводу 6 правого фланца 3 (клапаны 16 - закрыты, клапаны 15 - открыты). Поток рабочей среды 17 пройдя по трубопроводам 5 или 6 и сопла 4 под давлением подается на витки режущих инструментов 9 и 10, в результате чего, под действием тангенсальной составляющей вектора воздействующего на витки спиралей давления, происходит вращение режущих инструментов 9 и 10.Turn on the pump 18, using valves 15 and 16 direct the flow of the working medium 17 (liquid or air) through the pipeline 5 of the left flange 2 (valves 15 are closed, valves 16 are open) or through the pipeline 6 of the right flange 3 (valves 16 are closed, valves 15 - open). The flow of the working medium 17 passing through pipelines 5 or 6 and the nozzle 4 under pressure is supplied to the turns of the cutting tools 9 and 10, as a result of which, under the action of the tangential component of the vector of pressure spirals acting on the turns, the cutting tools 9 and 10 rotate.

Вращение режущих инструментов 9 и 10 приводит к перемещению их вдоль цилиндрической оправки 7 по контактирующим резьбовым поверхностям 8 и 14 - одновременно осуществляется абразивная обработка внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок разного диаметра.The rotation of the cutting tools 9 and 10 leads to their movement along the cylindrical mandrel 7 along the contacting threaded surfaces 8 and 14 - at the same time the abrasive treatment of the inner and outer surfaces of the tube blanks of different diameters is carried out.

Наличие противоположно направленных витков спиралей режущих инструментов 9 и 10 с правым и левым наклоном обеспечивает им возвратно-вращательное движение (реверсивное) при противоположном направлении подачи рабочей среды 17.The presence of oppositely directed turns of the spirals of the cutting tools 9 and 10 with a right and left tilt provides them with a reverse-rotational movement (reverse) with the opposite direction of the supply of the working medium 17.

При использовании устройства, возможна его реализация в условиях, как воздушной рабочей среды, так и в условиях жидкой. При этом в случае использования абразивного материала в рабочей среде, например, при гидроабразивной обработке трубных заготовок, в процессе движения гидроабразивной жидкости она отражается от наклонных поверхностей витков спиралей режущих инструментов, что приводит к завихрению потока гидроабразивной жидкости, его ускорению вблизи обрабатываемых поверхностей (пристенное ускоренное проскальзывание) и улучшению процесса резания материала трубных заготовок частицами абразива рабочей среды. В результате происходит увеличение эффективности процесса абразивной обработки и, таким образом к повышению его производительности.When using the device, it is possible to implement it in conditions of both an air working medium and in liquid conditions. In this case, in the case of using abrasive material in the working medium, for example, during waterjet processing of pipe billets, during the movement of the hydroabrasive liquid, it is reflected from the inclined surfaces of the turns of the spirals of the cutting tools, which leads to a swirl of the flow of the hydroabrasive liquid and its acceleration near the processed surfaces (wall accelerated slippage) and the improvement of the process of cutting the material of the pipe blanks with particles of the abrasive medium. The result is an increase in the efficiency of the abrasive process and, thus, to increase its productivity.

Наличие в режущих инструментах 9 и 10 противоположно направленных витков обеспечивает сетку в виде перекрещивающихся рисок, оставляемых абразивными частицами, которые являются масляными карманами, повышающими работоспособность детали при работе в сборочном узле, например, при контакте поршня с гидроцилиндром.The presence of oppositely directed turns in the cutting tools 9 and 10 provides a grid in the form of intersecting patterns left by abrasive particles, which are oil pockets that increase the performance of the part when working in the assembly, for example, when the piston contacts the hydraulic cylinder.

При контакте рабочей поверхности режущих инструментов с обрабатываемыми поверхностями трубных заготовок происходит царапанье металла одновременно большим числом абразивных частиц. Размер таких частиц при хонинговании составляет 20-100 мкм, среднее число частиц па поверхности бруска 20-400 зерен на 1 мм². Основными видами взаимодействия абразивных зерен с металлом являются микрорезание со снятием тончайших стружек и трение с пластическим оттеснением металла.When the working surface of the cutting tools comes into contact with the machined surfaces of the tube blanks, the metal is scratched simultaneously by a large number of abrasive particles. The size of such particles during honing is 20-100 microns, the average number of particles on the surface of the bar is 20-400 grains per 1 mm ² . The main types of interaction of abrasive grains with metal are micro-cutting with the removal of the finest chips and friction with plastic displacement of the metal.

В отличие от шлифования, при котором контактная поверхность составляет незначительную часть рабочей поверхности круга, при хонинговании режущие инструменты постоянно соприкасаются с деталью по всей рабочей поверхности. В начальный момент времени режущий инструмент прирабатывается к обрабатываемой поверхности. Такой контакт пары режущий инструмент - трубная заготовка способствует повышению производительности обработки и точности формы деталей. В результате хонингования тепловыделение в зоне обработки значительно ниже, чем при шлифовании, а контактная температура не превышает 150-200°C. Таким образом, отсутствуют физические причины образования в поверхностном слое микротрещин и прижогов, а также остаточных напряжений растяжения.Unlike grinding, in which the contact surface is an insignificant part of the working surface of the wheel, when honing, cutting tools are constantly in contact with the part over the entire working surface. At the initial moment of time, the cutting tool is run in to the surface being machined. Such contact of a pair of cutting tools - tube billet helps to increase processing productivity and accuracy of the shape of parts. As a result of honing, the heat release in the processing zone is much lower than during grinding, and the contact temperature does not exceed 150-200 ° C. Thus, there are no physical reasons for the formation of microcracks and burns in the surface layer, as well as residual tensile stresses.

Параметры режущих инструментов материал электрокорунд 24 А зернистости М20; М40; М63; 8; 10; K=20%.Parameters of cutting tools material electrocorundum 24 A grain size M20; M40; M63; 8; 10; K = 20%.

Принципиальным ограничением данного устройства является то, что можно в пакетном режиме обрабатываются трубные заготовки обеспечивающие возможность «вкладывания» друг в друга. Например, трубы по ГОСТ 8731, 23270, ГОСТ Р 53383, поставляемые по внутреннему диаметру имеют предельные отклонения внутреннего диаметра трубы ±1% от величины наружного диаметра трубы. Номенклатура данных труб включает диаметры от 40 до 130 мм, соответственно отклонения находиться в интервале (±0,4 ÷ ±1,3) мм. Зазоры между соседними обрабатываемыми поверхностями достаточны для размещения в них полой цилиндрической оправки, снабженной наружным и внутренним режущими инструментами, выполненными в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков.The fundamental limitation of this device is that it is possible in batch mode to process pipe blanks providing the possibility of "nesting" into each other. For example, pipes in accordance with GOST 8731, 23270, GOST R 53383, delivered by inner diameter, have maximum deviations of the inner diameter of the pipe ± 1% of the outer diameter of the pipe. The nomenclature of these pipes includes diameters from 40 to 130 mm, respectively, the deviations are in the range (± 0.4 ÷ ± 1.3) mm. The gaps between adjacent machined surfaces are sufficient to accommodate a hollow cylindrical mandrel equipped with external and internal cutting tools, made in the form of blocks of two spirals with opposite directions of the turns.

Таким образом, заявленная конструкция устройства для абразивной обработки внутренних и наружных поверхностей трубных заготовок, содержащего полую цилиндрическую оправку с выполненной на ее наружной и внутренней поверхностях резьбой, снабженную наружным и внутренним режущими инструментами, выполненными в виде блоков из двух спиралей с противоположными направлениями витков, за счет обеспечения процессов резания, приводит к увеличению эффективности процесса абразивной обработки, что позволяет повысить производительность устройства и качество обработанной устройством поверхности при абразивной обработке наружных и внутренних поверхностей трубных заготовок.Thus, the claimed design of a device for abrasive processing of the inner and outer surfaces of tube blanks, comprising a hollow cylindrical mandrel with a thread made on its outer and inner surfaces, provided with outer and inner cutting tools made in the form of blocks of two spirals with opposite directions of the turns, by providing cutting processes, leads to an increase in the efficiency of the abrasive process, which allows to increase the productivity of the device and the quality of the surface treated by the device during abrasive treatment of the outer and inner surfaces of the tube blanks.

Claims

A device for abrasive treatment of the inner and outer surfaces of tube billets, comprising left and right flanges mounted on the base with through holes connected to pipelines and made with mirror-mounted centering recesses for basing tube billets and with the possibility of fixing tube billets of different diameters installed between them coaxially one into the other, and in the centering grooves of the left flange are spring-loaded crackers, characterized in that it is additionally will have a hollow cylindrical mandrel with a thread made on its outer and inner surfaces, provided with outer and inner cutting tools made in the form of blocks of two spirals with opposite directions of the turns in contact with the reciprocal threaded surfaces, and the through holes are made in the form of tapering conical nozzles and are located between the centering recesses.