Устройство для охлаждения зоны резания металлорежущего станка

Устройство содержит соединенную с источником сжатого воздуха вихревую трубу с патрубками вывода горячего и холодного потоков, ионизатор с подключенными к источнику питания кольцевым и игольчатым электродами, и эжектор, соединенный с источником жидкой среды. Для повышения эффективности обработки ионизатор и эжектор установлены на выходе патрубка горячего потока. При этом устройство снабжено рекуперативным теплообменником, через трубное пространство которого источник жидкой среды соединен с эжектором, а патрубок вывода холодного потока соединен через межтрубное пространство теплообменника с атмосферой. 1 ил.

 

Изобретение относится к области станкостроения, а именно к устройствам для охлаждения зоны резания металлорежущего станка с помощью подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС).

Известно устройство для охлаждения зоны резания распыленной смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ) [патент РФ 2023567, МКИ B23Q 11/10, опубл. 1994.11.30], содержащее соединенную с источником сжатого воздуха вихревую трубу с патрубками вывода горячего и холодного потоков, источник СОЖ и смеситель, выполненный в виде эжектора для распыливания жидкости в потоке воздуха. В данном устройстве эжектор и связанное с ним сопло подачи распыленной СОЖ соединено с вихревой трубой со стороны патрубка горячего потока и направлено вдоль оси трубы, а патрубок холодного потока соединен со сменным наконечником, форма и размеры которого соответствуют форме и размерам инструмента (зоны резания).

Недостатком известного устройства является повышенная загазованность окружающего станок пространства продуктами распыленной СОЖ, что приводит к недопустимому ухудшению условий труда человека. Поэтому данный способ находит применение, главным образом, на тех операциях, где раньше обработка осуществлялась всухую, а также на станках с ЧПУ, где большие расходы СОЖ могут привести к выходу из строя электрооборудования и гидравлики.

Известно устройство для охлаждения зоны резания [патент РФ 2016738, МКИ B23Q 11/10, опубл. 1994.07.30], содержащее соединенную с источником сжатого влажного воздуха вихревую трубу с патрубками вывода горячего и холодного потоков, а также ионизатор с подключенными к источнику питания кольцевым и игольчатым электродами. Воздух из горячего патрубка выводится в атмосферу, а охлажденный воздух с образовавшимся в нем водяным туманом через патрубок холодного потока и ионизатор направляется в зону резания металлорежущих станков.

Недостатком такой конструкции является низкая эффективность получаемого в нем СОТС. Степень влажности воздуха, подаваемого в вихревую трубу, ограничена и в случае ее повышения резко снижается эффективность работы вихревой трубы. Поэтому, чтобы добиться низкой температуры СОТС, следует ограничивать влажность воздуха, подаваемого в вихревую трубу, а снижение влажности воздуха, в свою очередь, снижает эффективность охлаждения зоны резания.

Кроме того, при повышенной влажности воздуха, подаваемого в патрубок холодного потока, коронный разряд гаснет, т.е. не происходит ионизация холодного потока воздуха, направляемого в зону резания. Вследствие этого на выходе устройства имеется или распыленная жидкость без ионизированного воздуха, или ионизированный воздух без жидкости, что также приводит к низкой эффективности охлаждения зоны резания, отсутствию окисных пленок на трущихся поверхностях и соответственно высокому тепловыделению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для охлаждения зоны резания [патент РФ 2045381, МКИ B23Q 11/10, опубл. 1995.10.10], содержащее соединенную с источником сжатого влажного воздуха вихревую трубу с патрубками вывода горячего и холодного потоков, ионизатор с подключенными к источнику питания кольцевым и игольчатым электродами, источник жидкой среды и смеситель газовой и жидкой сред, выполненный в виде эжектора.

Такая конструкция имеет следующие недостатки. Относительно низкая температура и высокая влажность воздуха, выходящего из патрубка холодного потока вихревой трубы создают неблагоприятные условия для образования коронного разряда. Это приводит к снижению концентрации в СОТС ионизированного воздуха и тем самым снижается эффективность СОТС.

Кроме того, концентрация ионизированных частиц резко снижается уже на расстоянии нескольких сантиметров от ионизатора. Поэтому вихревую трубу (которая может иметь значительные габариты) с ионизатором необходимо монтировать в непосредственной близости от зоны резания, что приводит к дополнительным неудобствам, например, при загрузке и выгрузке обрабатываемых деталей или смене инструмента.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обработки деталей на металлорежущем станке за счет увеличения концентрации ионизированных частиц в составе СОТС.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для охлаждения зоны резания металлорежущего станка, содержащее соединенную с источником сжатого воздуха вихревую трубу с патрубками вывода горячего и холодного потоков, ионизатор с подключенными к источнику питания кольцевым и игольчатым электродами, и эжектор, соединенный с источником жидкой среды, согласно изобретению ионизатор и эжектор установлены на выходе патрубка горячего потока, при этом устройство снабжено рекуперативным теплообменником, через трубное пространство которого источник жидкой среды соединен с эжектором, а патрубок вывода холодного потока соединен через межтрубное пространство теплообменника с атмосферой.

Такое конструктивное выполнение устройства для охлаждения зоны резания металлорежущего станка обеспечивает повышенную концентрацию ионизированных частиц на выходе из ионизатора за счет благоприятных условий для образования коронного разряда (высокая температура и пониженная относительная влажность воздуха, выходящего из патрубка вывода горячего потока вихревой трубы). Эффективное охлаждение обрабатываемой детали обеспечивается распыленной жидкостью, получаемой на выходе из эжектора, и имеющей пониженную температуру за счет ее охлаждения внутри теплообменника воздухом, поступающим из патрубка вывода холодного потока вихревой трубы.

Таким образом, газовая составляющая СОТС имеет повышенную температуру и концентрацию ионизированных частиц, способствующих интенсификации процесса образования окисной пленки на ювенильных поверхностях обрабатываемой детали. Жидкая составляющая СОТС имеет пониженную температуру, что способствует интенсификации отбора тепла из зоны резания. Поскольку отбор тепла осуществляется, в первую очередь, распыленной жидкостью, то путем регулирования конструктивных параметров вихревой трубы (диаметра трубы и диафрагмы, давления воздуха на входе трубы, расхода воздуха через патрубки горячего и холодного потока) можно добиться, при необходимости, температуры обрабатываемой детали, близкой к температуре замерзания воды.

На чертеже изображена схема устройства для охлаждения зоны резания металлорежущего станка.

Устройство для охлаждения зоны резания металлорежущего станка согласно изобретению содержит вихревую трубу 1 с сопловым вводом 2, через который в нее подается воздух от источника сжатого воздуха 3, например, от компрессорной установки. Патрубок вывода горячего потока 4 соединен с ионизатором 5, выполненным в виде кольцевого положительного электрода 6 и игольчатого отрицательного электрода 7, которые подсоединены к электрическому источнику питания 8. В зоне прохождения ионизированного потока воздуха установлен эжектор 9, подключенный через трубное пространство рекуперативного теплообменника 10 к источнику жидкой среды 11. Патрубок вывода холодного потока 12 соединен через межтрубное пространство теплообменника 10 с атмосферой.

Работа устройства для охлаждения зоны резания металлорежущего станка заключается в следующем.

Сжатый воздух от источника 3 поступает в сопловой ввод 2 вихревой трубы 1, в которой происходит разделение подаваемого воздуха на горячий и холодные потоки. Горячий поток из патрубка вывода горячего потока 4 поступает в ионизатор 5. На электроды 6 и 7 от электрического источника питания 8 подается высокое напряжение, под действием которого между электродами 6 и 7 возникает коронный разряд. В электрическом поле коронного разряда происходит ионизация горячего потока воздуха, который через отверстие в положительном электроде 6 направленной струей подается в зону резания металлорежущего станка. Струя ионизированного воздуха с высокой скоростью обтекает полость эжектора 9. За счет создаваемого в эжекторе 9 разряжения в поток ионизированного воздуха всасывается охлажденная жидкость из трубного пространства теплообменника 10, которая распыляется и вместе с ионизированным воздухом подается в зону резания. Воздух, выходящий из патрубка вывода холодного потока 12, подается в межтрубное пространство теплообменника 10, где он понижает температуру жидкой среды, находящейся в трубном пространстве и поступающей из источника жидкой среды 11, а затем выводится в атмосферу.

Заряженная воздушно-жидкостная смесь, содержащая ионы кислорода, азота и их производных, поступает в зону резания металлорежущего станка. Повышенная концентрация ионизированных частиц в ней обеспечивается за счет более высокой температуры и более низкой относительной влажности воздуха, поступающего из патрубка вывода горячего потока в ионизатор. Эффективное охлаждение обрабатываемой детали обеспечивается распыленной жидкостью, получаемой на выходе из эжектора и имеющей пониженную температуру за счет ее охлаждения внутри теплообменника воздухом, поступающим из патрубка холодного потока вихревой трубы.

Такое конструктивное решение позволяет выполнить модуль с ионизатором и эжектором отдельно от вихревой трубы и тем самым уменьшить габариты той части устройства для охлаждения зоны резания, которая устанавливается в непосредственной близости от зоны резания, что позволяет повысить удобство при вспомогательных операциях - смена инструмента, загрузка и выгрузка деталей и т.п.

Устройство для охлаждения зоны резания металлорежущего станка, содержащее соединенную с источником сжатого воздуха вихревую трубу с патрубками вывода горячего и холодного потоков, ионизатор с подключенными к источнику питания кольцевым и игольчатым электродами, и эжектор, соединенный с источником жидкой среды, отличающееся тем, что оно снабжено рекуперативным теплообменником, а ионизатор и эжектор установлены на выходе патрубка вывода горячего потока, при этом через трубное пространство рекуперативного теплообменника источник жидкой среды соединен с эжектором, а патрубок вывода холодного потока соединен через межтрубное пространство теплообменника с атмосферой.