Способ подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (сотс) в зону резания

 

СПОСОБ ПОДАЧИ СМАЗОЧНО .|ОХЛАЖДАМЦИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ (соте) в ЗОНУ РЕЗАНИЯ, при котором соте подают на шлифовальный круг, которьй предварительно охлаждаютдо температуры ниже температуры ее замерзания , отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности подачи, соте подают в виде аэрозоли, температуру которой выбирают по формуле « fT Т }i Ucp 1цр|С :р |цр1 JK Т. k-Yk-cos/3-r:--j Сурац, «.(Xo-l-) / Jy . xU -е Я Зк ксое/З где Т - темперйтзфа аэрозоли в момент ее вьшёта из сопла; Т температура капель жидкой kOH составляющей аэрозоли в момент их контакта с поверхностью круга, выбранная в пределах от температуры ее замерзания до температу- jры допустимого переохлажде1ния жидкой составляющей аэрозоли; о - коэффициент тегшоотдачи жидкой составляющей аэрозоли; удельная теплоемкость жидкой составляющей аэрозоли; f плотность жидкой составляю (Л щей аэрозоли; OK - диаметр капель аэрозоли; 7«ртемпература окружающей среS ды; кртемпература круга; V - скорость капель аэрозоли; Р угол между осью сопла и пря00 мой, соединяющей центры кру га и выходного сечения сопла; - расстояние от выходного се: О) чения сопла до поверхности СО круга в плоскости прямой, соединяющей центры круга и выходного сечения сопла; k - коэффициент, определяемый условиями теплообмена, теплофизическими свойствами и па раметрами круга. ,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (д1)4 B 24 В 55/02 где Т

Tko

1 к ср

T„„pv„„ х,—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3700327/25-08 (22) 09. 12.83 (46) 30. 10.85. Бюл. p(».40 (71) Харьковский филиал Специального конструкторско-технологического бюро по рациональному применению режущего инструмента и Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) А.И.Грабченко., Е.В.Островерх, В.Ф.Дрожин, В.Л.Доброскок, Д.Э.Белявский, Б.В.Образков и Г.К.Кладов

{53) 621.922.029 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ,й 891399, кл. В 24 В 55/02, 1980.

)(54)(57) СПОСОБ ПОДАЧИ СМАЗОЧНО;»ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ . ,(СОТС) В ЗОНУ РЕЗАНИЯ, при котордм

СОТС подают на шлифовальный круг,. который предварительно охлаждают до температуры ниже температуры ее замерзания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности подачи, СОТС подают в виде аэрозоли, температуру которой выби;рают по формуле

3< -kXoP

„„, (т.,-т„1е

T--Т + i кон 3 06

k Чк coef3

Ч 1- 1:, k(,x,— 1

2 I 4С„рд„y„«»Р

» температура аэрозоли в мо- . мент ее вылета из сопла; температура капель жидкой составляющей аэрозоли в момент их контакта с поверхностью круга, выбранная в пределах от температуры ее замерзания до температу-»

1 ры допустимого переохлаждения жидкой составляющей аэрозоли; коэффициент теплоотдачи жидкой составляющей аэрозоли; удельная теплоемкость жидкой составляющей аэрозоли; плотность жидкой составляющей аэрозоли; диаметр капель аэрозоли; температура окружающей среды; температура круга; скорость капель аэ1 озоли; угол между осью сопла и прямой, соединяющей центры круга и выходного сечения сопла; расстояние от выходного сечения сопла до поверхности круга в плоскости прямой, соединяющей центры круга и выходного сечения сопла; коэффициент, определяемый условиями теплообмена, теплофизическими свойствами и па-, раметрами круга., где T p () т9

К вЂ” температура среды на расстоянии Х от поверхности круга в плоскости оси сопла, К; — температура окружающей среды вне прилежащего к.: поверхностикруга слоя,К, — температура поверхности круга, К; — коэффициент, зависящий от условий теплообмена, теплофизических свойств и параметров круга, определяемый экспериментально или из уравнения

1 1

Изобретение относитсяк шлифованию с применением смазочно-охлаждающих технологических средств.

Целью изобретения является повьппение надежности подачи СОТС в зону резания путем образования твердой смазки на поверхности охлажденного шлифовального круга sa счет подачи ее в виде аэрозоли с расчетной температурой на выходе сопла.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа, общий вид; на фиг. 2— график изменения температуры окружающей среды в прилежащем к поверхности круга слое.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит шпифовальньп круг 1 для обработки детали 2, охлаждаемый, например, жидким азотом, иодаваемым через, сопло 3. Через сопло 4, расположенное от поверхности круга на расстоянии Хо в плоскости прямой, соединяющей центры круга и выходного сечения сопла, и повернутое относительно этой прямой на угол P,,подают смазочно-охлаждающую технологическую среду в виде капель аэрозоли 5.

При шлифовании детали 2 круг 1 охлаждают до температуры ниже температуры замерзания жидкой составляющей аэрозоли. Охлажденный круг воздействует на температуру окружающей среды в прилежащем к его поверхнос ти слое, причем эта температура из- меняется по экспоненциальной зависимости и определяется на расстоянии Х от поверхности круга уравнением

187969

Х = Մ— (V. соз p)E. где Х. — расстояние от выходного сео чения сопла до поверхности круга, в плоскости прямои, соединяющей центры круга и вьЫодного сечения сопла;

V — скорость капли, м/с;

P — угол между осью сопла и прямой, соединяющей центры круга и выходного сечения сопла; л — время полета капли, с; подставляем это значение в уравнение температуры среды, получаем

30 у„-Г -, 1-Фo-(ксоз/ )-)

: С ср(а ) ep(ao (кр) где Т вЂ” температура- среды в каждый момент (2„) полета капли, значения остальных величин совпадают с приведенными ранее.

При перемещении капли аэрозоли от выхода из сопла до поверхности круга ее температура изменяется, причем условия теплообмена капли и окружающей среды определяются законом Ньютона, т.е. количество тепла равно разности температур поверхности капли и температуры среды, умноженной на коэффициент теплоотдачи и площадь поверхности капли.

Отсюда

40

55 где Тк — температура капли, К;

Тл - температура среды в каждый

Ь момент полета капли, К;

5 где Ы, — коэффициент теплоотдачи круг-среда, Вт/м К;

Cyf3 — объемная теплоемкость среды, Цж/мЗК;

К р — радиус круга, м;

10 Я вЂ”: коэффициент температуропроводности среды (для воздуха

Q = 1,88 10 м /c) .

Для случая определения коэффициента теплоотдачи круг-воздух

= 6,45 Чк 0,775, где Ч„1,. — скорость шлифовального круга, м/с.

Заменив изменяющуюся координату Х через

1187969

-k(x -(v„cosf3) ) 25 где Т

oC — коэффициенты теплоотдачи капли в окружающую среду, Дж/м2 К;

Cv — удельная теплоемкость кап-, ли, Дж/кг К;

5 — плотность капли, кг/м ;

d к — диаметр капли, м.

Подставив в это уравнение выведенное ранее значение Т, получаем

C дифференциальное уравнение 10 решение которого дает формулу 4

4Cvpd (Т.Р "Рч тт„, "Р к

"" с

P к

Зсмк Х(°,) ..,pp,„„.,„ температура аэрозоли в момент ее выхода из сопла, К; 30 температура капель жидкой составляющей аэрозоли в моК вЂ” коэффициент, зависящий от условий темплообмена, теплофиэических свойств и параметров круга, м".

Предлагаемый способ шлифования осуществляется при условиях, когда температура круга ниже температуры окружающей среды, а температура капель жидкой составляющей аэрозоли в момент контакта с кругом выбрана в пределах от температуры замерзания жидкой составляющей аэрозоли до температуры ее допустимого переохлаждения (например, для воды в пределах

- 273-269 К).

Подстановка этих значений температуры круга и температуры контакта в полученное уравнение позволяет определить температуру выхода аэрозоли из сопла, при котором технологическая охлаждающая среда подается. на поверхность круга в виде инея.

Капли подаваемой при такбй температуре аэрозоли охлаждаются при полете от сопла к поверхности круга до температуры переохлажденной жидкости и при контакте с кругом, температура которого ниже температуры замерзания жидкой составляющей аэрозоли, образуются на этой поверхности .кристаллики изморози, покрывающие рабочую поверхность круга слоем инея.

Cv гр кр

Хо мент их контакта с поверхностью круга, К; коэффициент теплоотдачи : 35 жидкой составляющей аэрозоли в окружающую среду .(для капель воды в воздухе = 35900 Дж/м К); удельная теплоемкость жид- 4О кой составляющей аэрозоли (для воды Cv= 4180 Дж/кг К);. плотность жидкой составляющей аэрозоли (для воды P =

/„з) . 45 температура среды, К; температура круга, К; скорость капель аэрозоли, м/с; угол между осью сопла и пря-5О мой, соединяющей центры круга и выходного сечения сопла; расстояние от выхода сопла до поверхности круга в плос-55 кости прямой, соединяющей центры круга и выходного сечения сопла;:

Если температура аэрозоли выше предлагаемой, ее капли не замерзают в момент контакта и технологическая среда на поверхности круга в видельда. При более низкой, чем предлагаемая температуре аэрозоли ее капли замерзают до момента контакта с поверхностью круга и образуют частицы града, отскакивающего от этой поверхности.

Пример. Возможность использования предлагаемого способа проверялась на экспериментальной установке.

В качестве шлифовального круга использовался алмазный круг АПП 250 к 25 к 5 х 75 ACB 200/!60 IOOX, имеющий предварительно сформированную прерывистую рабочую поверхность, со- стоящую из чередующихся выступов и впадин в продольном направлении (длина выступов 6 мм, длина впадин 4 мм).

Глубина прерывистого продольного профиля составляла 0,5 мм; скорость круга V>p = 30 м/с; скорость вращения детали 8 м/мин.

11879б9

Температура аэрозоли в момент ее вылета из сопла (Т) экспериментально определялась кабельной термопарой типа "Хромель-Алюмель" с диаметром головки горячего спая 0,03-0,05 мм.

Конструкция термопары представляла собой трубку диаметром 0,2 мм, изготовленную из нержавеющей стали, в торец которой изнутри приварена головка термопары, а в пространство между станками и проводами засыпан порошкообразный изоляционный материал °

Измерительная часть термопары устанавливалась на выходе из сопла по его оси.

Градуировка термопары осуществлялась по эталонной платино-платинородиевой термопаре в трубчатой печи о для интервала температур 10-50 С.

"Холодные" концы термостатировались при О С в сосуде Дюара со льдом.

Регистрация температуры производилась потенциометром постоянного тока ПП-63 по общепринятой методике.

Диаметр капли аэрозоли (d„) онределялся методом измерения размеров капель с помощью микроскопа MNP 4 на образцах, получаемых при кратковременном введении металлической пластины в струю аэрозоли. Расстояние от выхода сопла до места взятия образцов капель соответствовало расстоянию до поверхности круга (Х ).

Предварительно металлическая пластинка охлаждалась до температуры круга (Т„).

Температура окружающей среды (Т )

:определялась при помощи набора ртутных термометров ТР 1.

Температура поверхности круга (Т ) определялась с помощью искусственной медь-константановой термопары, зачеканенной вблизи поверхности круга. Определение температуры Ткр осуществлялось потенциометром ПП-63 по

I :известной методике.Тарировка термо1 пары производилась по эталонной тер мопаре. Эталонная и измерительная терпаре. Эталонная и измерительная тер- мопары зачеканивались в образцы из аналогичного алмазоносному слою материала и охлаждались в сосуде Дюара. В процессе тарировки охлаждение осуществлялось в среде жидкого азота, "сухого" льда и льда.

Скорость капель аэрозоли (Ч„) измерялась с помощью дифференциальной трубки Пито (полусферическая головка наконечника диаметром 1 мм).

При измерении полное давление потока передается через отверстие на лобовом конце наконечника трубки, статическое — через узкую прерывис-!

О тую щель на поверхности стенки. По каналам в теле цилиндрического наконечника и в державке трубки давления передаются к микроманометру, измеряющему динамическую составляющую полного давления (Рд — Р,), Скорость . капель определялась по формуле

2 р (I „Pñ);

20 где (— поправочный коэффициент

{ = 0,89); — плотность жидкой составляющей аэрозоли;

25 Р— полное давление потока аэрозоли;

Р— статическое давление поС тока азр оз оли.

Скорость капель аэрозоли регулировалась путем изменения давления воздуха на входе сопла для распыления аэрозоли и в процессе рабеты соответствовала 5-25 м/с.

Коэффициент К, зависящий от условий теплообмена, теплофизических свойств и параметров круга, определялся экспериментально путем измерения температуры на различных расстояниях от поверхности круга.

Измерение температуры производи40 лось медь-константановой термопарой (диаметр головки 0,05 мм), перемещавшейся микрометрическим устройством с точностью 0,01 мм. Температу. ра измерялась в. IO точках по норма45 ли к поверхности круга с шагом 0,5 мм. Полученные данные математически обрабатывались методом наименьших квадратов,где коэффициентом в уравнении корреляции являлся К.

Для условий проведения испытаний

f/ значение К составляло 338 м

В процессе работы охлаждение круга осуществлялось подачей паров кипящего азота с температурой 77 К по трубопроводу из резервуара через специальное сопло. Регулирование количества подаваемых паров азота к кругу, определяющее интенсивность

1187969 его охлаждения, осуществлялось управ . лением избыточным давлением паров кипящего азота при помощи опущенного в резервуар с азотом регулируе5 мого нагревателя.

Первоначально осуществлялось охлаждение корпуса круга до температуры 210-230 К.

В дальнейшем поддержание требуемой температуры круга с учетом тепловыделения в зоне шлифования и теплоотдачи в окружающую среду осуществлялось подачей паров кипящего азота с производительностью О, 1-0,3 л/с.

Определение возможностей предлагаемого способа осуществлялось с использованием в качестве аэрозоли капель воды. Значения величин, постоянных в процессе эксперимента, приведены в табл.1.

При определении возможностей способа производилось изменение значений факторов, влияющих на процесс 25 кристаллизации аэрозоли с фиксацией ее состояния на поверхности круга.

Дополнительно определялась расчетная температура на выходе из сопла. Значения факторов расчетной температуры на выходе из сопла и характеристика состояния отвердевшей аэрозоли на поверхности круга приведены в табл. 2. Анализ результатов экспериментов свидетельствует о том что 35 отличие температуры аэрозоли на выходе из сопла от расчетной приводит либо к образованию на поверхности круга вместо инея ледяной корки, либо

Т а б л и и а 1

Наименование коэффициента

Обозначение Равномерность

Значение

Вт/м К

35900

Дж/кг К кг/мз

920

Сч м1

338

269-?73

Коэффициент теплоотдачи аэрозоль-воздух

Коэффициент удельной теплоемкости капель воды Плотность капель воды

Коэффициент, учитывающий условия теплообмена, теп, лофизические свойства и геометрические параметры круга

Требуемая температура капель аэрозоли к отскакиванию преждевременно замерзших капель аэрозоли от поверхности круга.

Предлагаемый способ может быть использован при шлифовании прерывистыми абразивными кругами. Кристаллики изморози покрывают поверхность как выступов, так и впадин прерывистых кругов, однако они не создают такой плотной субстанции как монолитный лед, что исключает возникновение биений .и вибраций. В зоне контакта выступов круга с обрабатываемой деталью иней частично тает, а частично ссыпа ется с поверхности выступов, не препятствуя процессу шлифования. Таяние изморози в зоне шлифования обеспечивает жидкую смазку, а также эффективное снижение теплопроводности процесса шлифования. Снижение теплонапряженности прерывистого шлифования обеспечивается также накоплением инея во впадинах рабочей поверхности круга и

его таянием в этх впадинах.

Предлагаемый способ может быть использован при шлифовании мелкозернистыми кругами, так как кристаллы изморози не препятствуют процессу шлифования и не создают сплошной корки.

Осаждение технологической охлаждаемой с. еды на шлифовальный круг в виде инея обеспечивает поддержание ком" фортной экологической обстановки при шлифовании, исключая разбрызгивание смазки, неизбежное при подаче жидкой

СОЖ, и разлет скалываемых с круга осколков льда, возникающих при намораживании на круг монолитного льда.

1187969

". ., :13,1 аа а а ° e О с«О л СО сч сч сч сч

СО

СО Ch

«Ч «Ч

1 I

CV

Ос Ос сч сч

О

Ch с 4

О

Ос

«Ч

«Ъ, СЧ с о

«Ч М

I I

Ch СО л в сч сч о со м о м

1 л о

«О

CV

I м сч с"с

О О

О Л сч сч

I, 1 со О

Ch «О сч сч.иЪ, ОЪ

Ос

3 с Ъ

ОЪ О

Cl сЧ

Ch Ch сч сч

5 1 с. о Ф а

WV«CIC

О ОЪ с«Ъ an о о о о о оъ о

an o

В1*.

О о

° е о о сч

an

«Ч о о а х

Ф Щ (g

1"«b(I»

Г м

СЧ CV

N «Ч с) с) м м

«Ч с .

l 4Ф! (! аФФ g 2

9аФ

I» Ca vt

Г л

О1 Ch

cv с 4

«Ъ с«Ъ

Ch О1 сч «ч

«Ъ М

Ch Ch сч, «Ч

««Ъ

Ch Ch

«Ч с С

«Ъ an

Ch Ch сЧ сЧ а

I Р".

Ф g«

Ф

z «=о

I l5 Сс X

I мъ О о ю an О an an О an аъ о О

«Ч сч сч

Ф Г

6ООХ

М «Т Х о сс

I Ф а «Э

О Г Ф с»

ОООЙ

«Г«

«ч м сч. о о о о о а а а а а о о о о о

an .О М М М Г

О О 0 О О Са а а а а е о о о о о о с«Ъ an о а а о о —. а Т—

Зиад и I

Й«11 М

««1 е»0)v1

1 Ii е

3

l4 Ф фе а ц

О Ф О

lC g Ф

m o

I а

Ф v Ф

Ж I" Ф

«L у ve о й

Ф ф съа К

Ф «» О

Ф ««I IC

«c o

1. Са М

vсъ Ф о й

3

I а

v Ф ф ъ е о CC о и

1187969

Составитель P.Êóðìàåâà

Редактор Н.Швыдкая Техред А.Кикемезей

Корректор А.Зимокосов

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 6636/ 12 Тираж 768

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д.4/5