Способ механической обработки

 

Изобретение относится к области машиностроения , а точнее к способам механической обработки для получения оребренной поверхности. Изобретение может быть использовано при изготовлении поверхностей теплообмена, для подготовки под склеивание деталей и нанесение различных покры-. тий, при изготовлении фильтров и сит, для глубокого упрочнения поверхностей пластичных материалов. Цель изобретения - повышение качества оребренных поверхностей путем управления их геометрическими параметрами, Оребренную поверхность получают путем подрезания поверхностного слоя заготовки с образованием ребра, причем угол подрезания задают исходя из отношения, толщины ребра к шагу оребренцой поверхности, подачу инструмента назначают по заданной толщине ребра, а глубину внедрения инструмента - исходя из заданной высоты оребренной поверхности. Возможно получение канавок заданной, в том числе нулевой, толщины. Управление параметрами оребренной поверхности производят путем изменения технологических режимов обработки. Способ является безотходным и реализуется на стандартном металлорежущем оборудовании. 4 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК Ы 1798036 А1 (51)5 В 23 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 3v Oil j:,,.ф)...,,,;«Р М,в

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4696930/08 (22) 09.06.89 (46) 28,02.93. Бюл. N. 8 (71) Н ауч но-исследо ва тел ьс к ий институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им. Н,Э.Баумана (72) B.Н.Подураев, Н,Н.Зубков, А,И.Овчинников, А.Г.Кочанов и С.Г..Васильев (50) Патент США N. 2983169. кл. В 24 В 1/00, опублик. 1961, Авторское свидетельство СССР

N - 1558556,кл. В 21 В 1/00, 1988. (54) СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (57) Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к способам механической обработки для получения оребренной поверхности. Изобретение может быть использовано при изготовлении поверхностей .теплообмена, для подготовки под склеивание деталей и нанесение различных покрыИзобретение относится к области машиностроения, а точнее к способам механической обработки с получением оребренной поверхности на цилиндрических и плоских поверхностях, а также на поверхностях сложного профиля. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для увеличения поверхности теплообмена в теплообменниках конвективного типа, для увеличения поверхности парообразования и конденсации в испарительно-конденсационных устройствах, для подготовки поверхности под нанесение композиционного покрытия и др.

Целью изобретения является повышение качества оребренных поверхностей путем управления их геометрическими параметрами, тий, при изготовлении фильтров и сит, для глубокого упрочнения поверхностей пластичных материалов. Цель изобретения— повышение качества оребренных поверхностей путем управления их геометрическими параметрами. Оребренную поверхность получают путем подрезания поверхностного слоя заготовки с образованием ребра, причем угол подрезания задают исходя из отношения толщины ребра к шагу оребрен-. ной поверхности, подачу инструмента назначают по заданной толщине ребра, а глубину внедрения инструмента — исходя из заданной высоты оребренной поверхности, Возможно получение канавок заданной, в том числе нулевой, толщины. Управление параметрами оребренной поверхности про- . изводят путем изменения. технологических режимов обработки. Способ является безотходным и реализуется на стандартном металлорежущем оборудовании. 4 ил, На фиг.1 изображена схема процесса формирования оребренной поверхности; на фиг.2 — инструмент для осуществления способа; на фиг.3 — расчетная схема выбора технологических параметров обработки для .нормально расположенных ребер; на фиг.4 — аналогичная расчетная схема для наклонных ребер.

При движении инструмента 1 относительно заготовки 2 (фиг,1) в направлении вектора скорости V производят подрезание поверхностного слоя главной режущей кромкой 3 инструмента, отгибают подрезанный слой передней поверхностью 4 инструмента и изгибают подрезанный и отогнутый слой вспомогательной рабочей кромкой 5 инструмента 1. В результате пластической деформации по всему сечению подрезанно1798036 го слдя в зонах А и Б (в области рабочих кромок инструмента) формируется ребро 6.

На следующем проходе инструмента процесс повторяется, и после обработки на заготовке формируется оребренная поверхность 7. Способ осуществляется при использовании инструмента, выполненного в виде резца и имеющего режущую кромку

1 (фиг.2), которая производит подрезание поверхностного слоя заготовки, и вспомогательную рабочую кромку 2. на которой процесс резания отсутствует. Это делает существенными отличия заявляемого способа по сравнению с обычным резанием, при котором процесс резания осуществляется на обеих кромках йнструмента, а подрезанный слой заготовки отделяется в виде стружки. Геометрия рабочей части инструмента для реализации способа позволяет

Осуществлять процесс резания на главной режущей кромке, а на вспомогательной рабочей кромке — целенаправленное пластическое деформирование подрезанного и

Отогнутого слоя, Для осуществления способа необходимо назначить такие технологические параметры (режимы) его реализации, при которых на заготовке будет получена оребренная поверхность с заданными геометрическими характеристиками. К таким . характеристикам относятся; толщина ребра а, высота ребра h; ширина канавки Ь, угол наклона ребер р1, шэг структуры, К технологическим параметрам реализации способа относятся. угол у подрезания поверхностного слоя заготовки, подача S u глубина внедрения t инструмента.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходя из данного отношения q толщины ребра э (рис.3) к шагу S оребренной поверхности, угол подрезания поверхностного слоя rp назначают по зависимости jp=arcsin(q/(), где j — коэффициент искажения сечения ребра. Слой материала заготовки АДЕС (рис.3), находящийся между двумя последовательными положениями 1 и 2 инструмента. подрезается по линии АД под углом р к направлению подачи S, причем подача инструмента S (мм/дв.ход при строгэнии, мм/об при течении) численно равна шагу (периоду) оребренной поверхности. Из прямоугольного треугольника ABC следует, что толщина подрезанного слоя а = S sin p. Подрезанный слой АДЕС, оставаясь прикрепленным к заготовке в зоне ДЕ (это условие обеспечивается геометрией инструмента), перемещается по передней поверхности 3 и, без учета пластической деформации, занимает положение А1ДЕС1, В реальном процессе происходит искажение сечения ребра— вследствие пластической деформации ребро становится, как правило, ниже и толще ожидаемого, т.е, занимает положение

А2ДЕС2.

Этот процесс аналогичен усадке стружи при обычном резании, но, вследствие запрета усадки подрезанного слоя по его длине (ребро остается прикрепленным к заготовке по всей своей длине), происходит его усадка по высоте с соответствующим изменением толщины ребра, Это обстоя"5 тельство учитывается коэффициентом искажения формы ребра ф, который, численно равен отношению высоты полученного ребра А2Д к ожидаемому А1Д=АД, Значение коэффициента зависит в основном от

20 свойств обрабатываемого материала и определяется экспериментально. С учетом коэффициента (следует а/(= S . sin p, и. учитывая. что q = а/S, назначают угол подрезания p = arcsin (q/Q, После однозначного выбора угла подрезания р и исходя из заданной толщины ребра э назначают подачу S=a/(, sin р, что также определяется при рассмотрении треугольника АВС (фиг.3), причем назначение угла подрезания р и подачи инструмента S не зависит от высоты оребренной поверхности h и угла наклона ребра р1, так как от этих параметров не зависит толщина ребра а..

Глубину внедренйя t инструмейта назначают исходя из заданной высоты h оребренной поверхности с учетом требуемого угла наклона ребер р1, На фиг.4 представлена наиболее общая схема формирования оребренной поверхности, когда сформиро40 ванное ребро устанавливается подуглом р1, который задается вспомогательной рабочей кромкой инструмента, Подрезанный слой из положения А устанавливается в положение

В, его изгибная деформация происходит относительно точки О, располо>кенной в срединной плоскости ребра. при этом с достаточной степенью точности следует

0K=1/sin p. После формирования ребра В отрезок ОК занимает положение ОК1. Высота оребренной поверхности h = OK1 sin p1 +

+Ah или h—

1 sin 1

sin p

+ Ьh. Из рассмотрения прямоугольного треугольника M1FK1, с

55 учетом равенства MK=M1K1=S/2 <

<К1М1Г=180-(рир1) величина Л = (р+р1).

Общая высота оребренной поверхности h= т sin 1 S

+ — (р+ р,) откуда с учетом коsin p 2

1798036 ропласт, полиэтилен, капрон и др.) с тонко- рами: высота оребрения — до 0,1 до 8,0 мм, стью очистки от 5 до 100 мкм, а также метал- ширина канавок — от 0 qo 3,0 мм, шаг о еблических сит для сепарации твердых частиц. рен ной поверхности — К от 0,1 до 5,0 мм. При ребренные поверхности с шириной кана- последовательной реализации способа в вок от 10 до 100 мкм могут быть использова- 5 двух взаимно перпендикулярных направлен ы в качестве ка пилля рно-пористых ниях получают не оребренные, а штырькоструктуртвпловыхтруб. При заданной нуле- вые поверхности с более развитой .вой или отрицательной ширине канавок, в поверхностью и улучшенными теплообменпроцессе реализации способа происходит ными характеристиками. упрочнение поверхности на глубину до 5 10 Формула изобретения мм, так как оребренная структура обладает Способ механической обработки, заольшей твердостью (вследствие деформа- ключающийся в подрезании поверхностноции материала ребер), чем материал заго- ro слоя заготовки главной режущей кромкой товки. Способ обеспечивает возможность инструмента. отгибке подрезанного слоя управления параметрами оребренных по- 15 передней поверхностью инструмента и изверхностей в широких пределах. Уменьше- гибе подрезанного и отогнутого слоя вспоние ширины канавок не приводит к могательной рабочей кромкой, отл ича юусложнениюспособаи конструкцииинстру- шийся тем, что, с целью повышения ментадляегореализации. Способобработ- качества оребренных поверхностей, угол ки является безотходным и может быть 20 подрезания поверхностного слоя рназнаосвоен в условиях любого производства, чают по формуле: р- arcsin (qlQ, где q— обо ование. т имеющего стандартное металлорежущее заданноеотношениетолщинь р б е раакшаруд и . Отдельные типоразмеры гу (периоду) оребренной поверхности, оребренных поверхностей могут быть изго- экспериментальный коэффициент искажечения ре ра, лежащий в диапазоне товлены только при использовании заявля- 25 ния сечения ребра, ле емого способа. Производительность 0,9 — 1,1, подачу инструмента S назначают способа определяется скоростью обработ- по формуле $ = а/ф sin р б ки, кото ая выби т р бирается равнои скорости ре- рения t инструмента назначают по формуле зания соответствующих обрабатываемых материалоанаметаллорежущихстанках. 30 \=(hg 2 а

Сп об пособ позволяет получать на пластич- ная высота ор б

sin p1 ри лах оре ренные поверхности заданный угол наклона ребер. со следующими геометрическими парамет- 2

1798036 эффициента искажения сечения ребра (, назначают глубину внедрения инструмента по зависимости t = (h — 2 SlII { fp+rpl ) ) —,Д-.

Для оребренной поверхности с нормально расположенными ребрами (p> =90 ) зависимость для выбора глубины внедрения инструмента упрощается: t = (h (х

S 10

x — cos p) sin p.

Таким образом, однозначно выбранная совокупность технологических параметров (режимов) реализации способа позволяет получить оребренную поверхность с заданными геометрическими характеристиками, причем управление этими характеристиками производится путем варьирования режимами обработки.

Другой целью настоящего изобретения 20 является получение канавок заданной (в том числе нулевой) ширины, Задача получения узких, глубоких канавок (например, шириной до 10 мкм и глубиной несколько миллиметров) практически не может быть решена 25 традиционными методами механической обработки.

Поставленная цель достигается тем. что угол подрезания поверхностного слоя <р выбирают из соотношения p = srcsln 30

sin ((+ ), где p> — заданный угол наклона ребер; Ь вЂ” заданная ширина канавок; а— заданная толщина ребер; — коэффициент искажения сечения ребра. Рассматривая прямоугольный треугольник EGH (фиг.4), а+Ь получаем: sin pi =

; или sin p>

= (а + Ь ) з п р 4 —, откуда после преоб- 40

- а разований получаем зависимость для выбоsin r ра угла подрезания p=- arcsin .„+

1+Ь а

Для лучшего понимания данного изобретения приводятся примеры конкретного выполнения способа, Пример 1. Для плоского теплаобменника заданы следующие параметры плоской оребренной поверхности: толщина ребра а = 1 мм, высота аребрения h = 4,5 мм, угол наклона ребер = 90О, шаг оребрения S

= 2 мм. Обрабатываемый ма ериал — медь

М06. Зкспериментально определенный коэффициент искажения сечения ребра.

0,95, Для реализации способа па зависимо- 55 стям, приведейным в формуле изобретения, были назначены следующие параметры обработки." угол подрезания поверхностного слоя p= 31,8О, подача S = 2 мм-дв. ход, глубина внедрения инструмента t = 1,81 мм.

Обработка производилась на поперечнострогальном станке марки 7Е35. инструмент из быстрорежущей стали PGM5.

Скорость перемещения инструмента составляло 0,6 м/с. В результате осуществления способа на поверхности заготовки получена оребренная поверхность с геометрическими параметрами, отличающимися . не более. чем íà 6% от заданных, Время обработки при размерах заготовки 100х300 мм составило 2,5 мин.

Пример 2. Для подготовки поверхности под склеивание заданы следующие геометрические параметры цилиндрической оребреннай поверхности: а =- 0,12 мм, h =

=0,28 мм, S = 0,22 мм, p> = 84 . Обрабатываемый материал — коррозионностойкая сталь

12Х18Н10Т, Коэффициент(= 0,92, Назначены следующие параметры обработки: p=

=36,4; S = 0,22 мм; 1 = 0,097 мм. Обработка .производится на токарно-винторезном станке марки 16К20. Скорость обработки составляла 0,7 м/с, применялся инструмент для твердого сплава ВК8. После осуществления способа получена аребренная поверхность с заданными геометрическими параметрами с точностью до 0,02 мм. Время обработки заготовки диаметром 100 мм и длиной 100 мм оставила 3,45 мин.

Пример 3, Для просеивания твердых частиц требуется изготовить сито из титанового сплав с шириной канавки 0,02 мм, с толщиной ребра 0.3 мм при наклоне ребер

45 . В соответствии с п.2, формулы изобретения, угол подрезания поверхностного слоя заготовки выбираем = 37,1 при коэффициенте (= 1,1, Обработка проводилась на токарном станке, при этом обрабатывался торец заготовки (нарезалась винтовая канавка на торце). Применялся инструмент из твердого сплава BKGM. После осуществления способа измеренная ширина канавки составила 0,019 мм. Время обработки при диаметре заготовки 100 мм составило

3,2 мин.

Способ может быть реализован при изготовлении теплаобменных поверхностей, в том числе оребрения труб теплообменных аппаратов, радиаторов радиоэлектронных приборов, Способ используется для увеличения адгезионной способности склеиваемых поверхностей, а также для подготовки пад нанесение покрытий различного функционального назначения (фрикцианных, антифрикцианных, электрокантактных и др.), Оребренные поверхности с заданной шириной канавок применимы для изготовления фильтров из полимерных материалов (фта1798036

Фиг. 4.

Составитель В. Влодавский

Техред M.Моргентал Корректор M. Керецман

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 735 Тираж Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5