Способ вибрационной обработки деталей резанием

Авторы патента:

B23B1/00 - Токарная обработка; сверление (устройства для копирования или управления B23Q)

Владельцы патента RU 2510311:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для высокоскоростной обработки труднообрабатываемых материалов с повышенным качеством обрабатываемых поверхностей. Техническим результатом изобретения является снижение необходимых усилий резания и повышение динамической жесткости режущего инструмента, а также повышение чистоты обрабатываемой поверхности детали при высоких скоростях резания за счет изменения схемы процесса резания, в частности, за счет изменения организации процесса подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания и отвода снимаемой стружки. Это достигается посредством того, что в способе вибрационной обработки деталей резанием, заключающемся в обеспечении относительного перемещения обрабатываемой детали и режущего инструмента с одновременной подачей в зону резания на переднюю поверхность режущего инструмента смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС), подвергаемой вибрационному воздействию, вибрации сообщают дополнительной пластине, в диапазоне частот от 1 кГц до 40 кГц. Поверхность дополнительной пластины выполняют как продолжение передней поверхности режущей пластины, на которую подают СОТС, и по которой направляют сход стружки. СОТС и сходящую стружку подвергают вибрационному воздействию в указанном диапазоне частот. СОТС в зону резания подают свободным поливом на переднюю поверхность режущего инструмента.1 ил.

Из уровня техники известны устройства, в которых за счет высокой виброскорости инструмента, периодически превышающей скорость резания, между кромкой инструмента и отделяемым материалом периодически образуется зазор, в который проникает СОТС (смазочно-охлаждающая технологическая среда), подаваемая традиционным способом с смыванием детали и режущей кромки сверху (Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. Стр. 289-290 - аналог).

К недостаткам таких известных из уровня техники устройств следует отнести низкую эффективность воздействия СОТС на режущую кромку инструмента в процессе высокоскоростного резания, и невозможность получения высокого качества обрабатываемых поверхностей деталей из труднообрабатываемых материалов при высоких скоростях резания, превышающих задаваемую виброскорость инструмента.

Также из уровня техники известен способ вибрационного резания, включающий вращение обрабатываемой заготовки, поступательное и колебательное перемещение резца, и подачу СОТС под давлением (Кириллов А.К., Верещака А.С. и др. Разработка и исследование технологии сухого резания труднообрабатываемых материалов с компенсацией физических функций СОТС. // СТИН, №1.2009. С.35-40 - аналог).

К основным недостаткам известного способа следует отнести низкую эффективность СОТС, подаваемую традиционным способом с смыванием обрабатываемой детали и инструмента, низкую динамическую жесткость режущего инструмента, связанную с необходимостью его размещения на консольном волноводе, обеспечивающем колебательное относительно стружки перемещение резца, и невозможность получения высокого качества обрабатываемых поверхностей деталей из труднообрабатываемых материалов при высоких скоростях резания.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ вибрационной обработки деталей резанием, заключающийся в обеспечении относительного перемещения обрабатываемой детали и режущего инструмента с одновременной подачей в зону резания на переднюю поверхность режущего инструмента смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС), подвергаемой вибрационному воздействию (SU 1342690 А1 07.10.1987 - прототип).

Недостатки прототипа:

- создание в СОТС импульсов высокого давления усложняет оборудование и исключает возможность применения способа на универсальных станках со сменным инструментом;

- создание в режущей пластине канала для подвода СОТС к передней поверхности потребует обработки изделия из твердого сплава и не позволит применять многогранные сменные пластины;

- способ не годится для тонкой обработки поверхности, т.к. отверстие для истечения СОТС может не перекрываться тонкими стружками;

- подача импульсов под большим давлением может приводить к смещению вершины инструмента и ухудшению качества поверхности.

В основу заявленного изобретения была положена задача по снижению необходимых усилий резания и повышению динамической жесткости режущего инструмента, а также повышение чистоты обрабатываемой поверхности детали при высоких скоростях резания за счет изменения схемы процесса резания, в частности за счет изменения организации процессов подачи СОТС в зону резания и отвода стружки.

Техническим результатом изобретения является снижение необходимых усилий резания и повышение динамической жесткости режущего инструмента, а также повышение чистоты обрабатываемой поверхности детали при высоких скоростях резания, за счет изменения схемы процесса резания, в частности за счет изменения организации процессов подачи СОТС в зону резания и отвода стружки.

Это достигается посредством того, что в способе вибрационной обработки деталей резанием, заключающемся в обеспечении относительного перемещения обрабатываемой детали и режущего инструмента с одновременной подачей в зону резания на переднюю поверхность режущего инструмента смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС), подвергаемой вибрационному воздействию, вибрации сообщают дополнительной пластине, в диапазоне частот от 1 кГц до 40 кГц, при этом поверхность дополнительной пластины выполняют как продолжение передней поверхности режущей пластины, на которую подают СОТС и по которой направляют сход стружки, причем СОТС и сходящую стружку подвергают вибрационному воздействию в указанном диапазоне частот, а СОТС в зону резания подают свободным поливом на переднюю поверхность режущего инструмента.

На чертеже изображена общая схема устройства для реализации способа вибрационной обработки деталей.

Устройство для реализации предложенного способа состоит из режущей пластины 1, закрепленной на теле державки 2 (например, с помощью прижима (на чертеже не показан)), которая установлена на основании 3 режущего инструмента. Исполнительный вибрационный узел выполнен в виде вибратора 5, состоящего из корпуса, заполненного средой (например, комплект пьезокерамических пластин), создающей гармонические колебания от генератора (на чертеже не показано), и соединенной с размещенным в ней штоком 6, проходящим с зазором через отверстие 7 в режущей пластине 1, и жестко соединенным с дополнительной вибрирующей пластиной 4 посредством гайки 8. Над поверхностью вибрирующей пластины 4 установлена гидравлическая система 6 подачи смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС) под давлением.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Генератором (на чертеже не показано) задается режим вынужденных колебаний, который посредством исполнительного узла-вибратора 5, передается через шток 6 на дополнительную вибрирующую пластину 4, при этом вибрации сообщают дополнительной вибрирующей пластине, в диапазоне частот от 1 кГц до 40 кГц.

Под действием вибраций стружка начинает работать как насос, нагнетая СОТС (смазочно-охлаждающая технологическая среда) (хорошо показала себя при работе в указанном диапазоне частот обычная вода с примесью мыла) в зону стружкообразования. За счет повышения давления в СОТС в одной из фаз работы вибратора, СОТС проникает во все поры и микротрещины в зоне стружкообразования. Это не позволяет этим микротрещинам «залечиваться (смыкаться)» в процессе прохождения стружки через зону вторичных пластических деформаций. Вибрации стружки позволяют СОТС проникать к вершине инструмента, ликвидируя адгезионный контакт стружки и передней поверхности инструмента, а также задней поверхности инструмента и обработанной поверхности детали, что снижает силы трения и повышает чистоту обработанной поверхности детали. Это значительно снижает сопротивление деформации стружки, силы трения и, соответственно, силы резания. Это позволяет охлаждать саму вершину режущего инструмента, повышая его стойкость (Вершина инструмента обычно бывает недоступной для СОТС из-за плотного примыкания обрабатываемого материала и стружки).

В процессе резания режущая пластина 1 контактирует с обрабатываемым изделием (на чертеже не показано) по задней поверхности и отделяемой стружкой своей передней поверхностью, находящейся в состоянии управляемых вынужденных колебаний, задаваемых генератором, относительно отделяемой стружки и колебаний, генерируемых самим процессом резания. В таких специально организованных условиях резания между режущей пластиной 1 в местах ее контакта со стружкой и поверхностью резания возникает зона переменного гидравлического давления, что способствует возникновению по всей площади контакта гидравлически упругого слоя из СОТС по типу «масляного клина». Этот слой стремится заполнить микротрещины, образующиеся, в том числе перед режущей кромкой, в материале обрабатываемого изделия, и стремится расширить их в фазе повышения давления в СОТС при вынужденных колебаниях, способствуя тем самым отделению стружки от обрабатываемого изделия и повышению чистоты обработанной поверхности. Проникновение СОТС в зону режущей кромки позволяет ей заполнять опережающую трещину, формирующуюся перед режущей кромкой. В результате перед режущей кромкой формируется жидкостной клин, острота которого определяется геометрией трещины, поэтому превосходит по остроте любое механически созданное лезвие. Под действием переменного давления СОТС, заполняющая жидкостной клин, будет стремиться расширить трещину, облегчая отделение стружки и снижая силу резания. Организация в процессе вибрационного резания устойчивого упругого слоя из СОТС по типу «масляного клина» обеспечивает защиту и охлаждение самой режущей кромки режущей пластины 1, обеспечивая повышение стойкости инструмента и качества обрабатываемой поверхности, в том числе из труднообрабатываемых материалов.

Таким образом, предлагаемый способ вибрационного резания обеспечивает проникновение СОТС непосредственно в зону резания, а именно в зону силового контакта режущей кромки инструмента с обрабатываемым изделием на глубину резания. Проникновение СОТС в зону резания при этом не зависит от скорости резания, поскольку зазор между взаимообращенными поверхностями режущей пластины и отделяемой стружки формируется не в результате кинематических вибраций инструмента, а под действием внутреннего усилия, создаваемого в результате вынужденных колебаний вибрирующей пластины, омываемой жидкофазной средой (СОТС). Причем конструкция устройств, реализующих предлагаемый способ, не требует снижения радиальной жесткости инструментального узла, поскольку отпадает необходимость закреплять режущий инструмент на волноводе вибратора.

Заявленный объект может быть использован для обработки резанием труднообрабатываемых высокопрочных сплавов практически любой структуры, включая ультрадисперсную структуру, с высокой скоростью резания, в том числе на автоматизированных линиях, с высоким качеством обрабатываемых поверхностей.

Способ вибрационной обработки деталей резанием, включающий относительное перемещение обрабатываемой детали и режущего инструмента с одновременной подачей в зону резания на переднюю поверхность режущего инструмента смазочно-охлаждающей технологической среды, подвергаемой вибрационному воздействию, отличающийся тем, что режущий инструмент снабжают дополнительной вибрирующей пластиной, выполненной в виде продолжения передней поверхности режущей пластины, на которую направляют сходящую стружку и которой сообщают вибрации в диапазоне частот от 1 кГц до 40 кГц, при этом смазочно-охлаждающую технологическую среду и сходящую стружку подвергают вибрационному воздействию в указанном диапазоне частот, а смазочно-охлаждающую технологическую среду в зону резания подают свободным поливом.

Способ относится к твердосплавным режущим инструментам группы применяемости Р в виде режущих пластин и заключается в том, что проводят измерения температуры в зоне рабочего контакта твердый сплав - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости.

Способ прорезания канавок в сверхпрочных сплавах и режущая пластина для его осуществления // 2500503

Способ включает прорезание канавок в заготовке с использованием режущей пластины, покрытой по передней поверхности КНБ, со скоростью резания, составляющей от 200 до 500 м/мин, и направление одного или более потоков охлаждающей текучей среды на обратную поверхность стружек, причем один или более потоков охлаждающей текучей среды направляют через внутренние каналы режущей пластины вверх и наружу к области взаимодействия между режущей кромкой режущей пластины и заготовкой под давлением не менее 200 бар для ограничения длины стружек.

Способ обработки материала резанием // 2496903

Изобретение относится к обработке материалов резанием, в частности к способу выбора твердого сплава для твердосплавного режущего инструмента. Сплав выбирают из группы твердых сплавов.

Способ повышения маслоемкости шарикоподшипника // 2495287

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям и способам изготовления подшипников качения, в частности радиальных и упорных шарикоподшипников.

Способ определения оптимальной скорости резания // 2494839

Способ относится к обработке твердосплавными режущими инструментами группы применяемости К в виде режущих пластин и заключается в том, что сначала проводят измерение температуры в зоне рабочего контакта твердый сплав - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости, а затем по построенной графической зависимости устанавливают в качестве оптимальной скорости резания скорость, при которой температура нагрева в зоне рабочего контакта твердый сплав - обрабатываемый материал соответствует температуре образования на фаске износа, формируемой в процессе резания на задней поверхности режущего клина режущей пластины, шероховатости с наибольшей фрактальной размерностью, соответствующей наибольшей износостойкости режущего инструмента.

Способ обработки тел вращения // 2492030

Изобретение относится к области металлообработки маложестких деталей типа вал и может быть использовано на универсальных станках в механообрабатывающих цехах машиностроительных предприятий.

Способ и устройство охлаждения режущего инструмента для повышения точности при обработке деталей на оборудовании с чпу // 2486992

Изобретение относится к области высокоскоростной обработки деталей на оборудовании с ЧПУ, в частности к системам повышения точности при механической обработке изделий за счет охлаждения режущего инструмента без использования смазочно-охлаждающей жидкости с целью компенсации температурных деформаций, возникающих в зоне резания.

Способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин // 2468894

Изобретение относится к обработке металлов резанием, а именно к способам определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин, которая позволяет определять оптимальную скорость резания, обеспечивающую минимальную интенсивность износа инструмента.

Способ обработки резанием тонкостенного элемента // 2468893

Способ определения оптимальной скорости резания // 2465985

Изобретение относится к области обработки сталей и сплавов резанием и может быть использовано для определения рабочего параметра твердосплавных режущих инструментов - оптимальной скорости резания при непосредственном их использования на металлорежущем оборудовании, а также при аттестации и сертификации этой твердосплавной продукции.

Способ обработки сопрягаемых и торцевых поверхностей ствольной коробки стрелкового оружия под взаимодействие с сопрягаемыми и торцевыми поверхностями затвора // 2510810

Изобретение относится к способу обработки сопрягаемых и торцевых поверхностей ствольной коробки стрелкового оружия под взаимодействие с сопрягаемыми и торцевыми поверхностями затвора. В способе проводят механическую обработку заготовки ствольной коробки с подготовкой базы точением наружного диаметра заготовки и сверлением в заготовке сквозного осевого цилиндрического отверстия под электроэрозионную обработку и термообработку заготовки ствольной коробки при температуре 710-720°С, выдержке, закалке при температуре 1000°С и охлаждении. Затем осуществляют электроэрозионную обработку охватывающей поверхности заготовки с выполнением контура боевых выступов, проводят отжиг заготовки ствольной коробки при температуре не ниже 760-780°С в среде аргона и осуществляют механическую чистовую обработку наружного диаметра для обеспечения его соосности с внутренним диаметром ствольной коробки. Затем осуществляют торцевание контура со стороны боевых выступов, зенкерование и развертывание осевого отверстия для обеспечения скользящей посадки под сборку с охватываемой поверхностью затвора и притирку сопрягаемых и торцевых поверхностей ствольной коробки с сопрягаемыми и торцевыми поверхностями затвора. В качестве материала заготовки ствольной коробки используют сталь мартенситно-стареющего класса 03X11H10М2Т. Обеспечивается повышение точности выстрела и повышение надежности стрелкового оружия. 1 з.п. ф-лы.

Способ обработки резанием и режущий инструмент для его осуществления // 2514243

Способ обработки резанием включает движение инструмента с установленным в гнезде его корпуса режущим элементом, имеющим режущее лезвие, относительно обрабатываемой детали в направлении главного движения и продольную подачу инструмента. Для повышения стойкости инструмента и качества обработки ее осуществляют режущим элементом с углом заострения режущего лезвия в пределах β0=60-90°, установленным в гнезде с обеспечением его поворота на угол η=30-60° относительно вектора скорости резания в плоскости главного движения, на угол τ=5-60° в плоскости подач в сторону, противоположную направлению подачи и поворота на угол ρ=1-30° вокруг его продольной оси против часовой стрелки в сторону уменьшения главного заднего угла режущего лезвия. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 табл., 36 ил.

Способ определения оптимальных режимов резания // 2514251

Способ включает выполнение пробных проходов в заданном диапазоне режимов резания, получение пробных стружек, по параметрам которых определяют значение оптимальных режимов резания. Для расширения области применения при обработке материалов с различными физико-механическими свойствами в качестве параметра пробных стружек измеряют толщину элементов стружки, соответствующую толщине пластически деформированной зоны (Δx), определяют её отношение к толщине срезаемого слоя (а), а в качестве критерия оптимального значения режима резания принимают скорость резания или подачу, при которых отношение Δx/a находится в пределах 0,9-1,1. 4 ил., 2 табл.

Способ получения сквозных отверстий малого диаметра в цветных металлах // 2515774

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для получения сквозных отверстий малого диаметра в деталях из цветных металлов и их сплавов. Способ включает высверливание сквозного базового отверстия в детали, которое зенкуют с обеих сторон и вставляют в него с натягом медную или латунную трубку, внутренний диаметр которой соответствует требуемому диаметру сквозного отверстия, а длина соответствует длине сквозного отверстия. Затем производят развальцовывание концов трубки в местах зенковки отверстия. Диаметр сквозного базового отверстия превышает на величину посадки наружный диаметр медной или латунной трубки. Обеспечивается получение сквозных отверстий малого диаметра, снижается трудоемкость их изготовления. 1 ил.

Способ определения оптимальной скорости резания // 2521943

Способ характеризуется тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания Pz, флуктуации тангенциальных сил резания P ˜ z , флуктуации скорости резания υ ˜ и переменную термоЭДС ε ˜ , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют мощность флуктуаций N ˜ = P ˜ z υ ˜ или коэффициент использования мощности флуктуаций K N = N ˜ N ¯ = P ˜ z υ ˜ P z υ , или аналог производства энтропии от тепловых процессов на контакте S ˜ = P ˜ z υ ˜ ε ˜ , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по максимальному значению мощности флуктуаций, полученной на кривой изменения комплекса мощности флуктуаций или по точке перелома коэффициента использования мощности флуктуаций, полученного на кривой изменения комплекса коэффициента использования мощности флуктуаций или по минимальному значению параметра аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте, полученного на кривой изменения комплекса аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте. Техническим результат: повышение точности выбора оптимальной скорости резания при подборе инструментального материала с максимальной износостойкостью. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ обработки фасонных поверхностей точением // 2522871

Способ включает предварительное позиционирование резца и фиксирование его в резцедержателе, затем перемещение центра поворота резца по траектории, сформированной перпендикулярами равной длины, спроецированными на касательную к обрабатываемой поверхности в точке нахождения вершины резца. Для повышения качества обрабатываемой поверхности резец в резцедержателе позиционируют таким образом, чтобы указанные перпендикуляры проходили через точку нахождения вершины резца на обрабатываемой поверхности, а их длина равна расстоянию от вершины резца до оси поворота резца. 2 ил.

Способ и режущий интрумент для механической обработки металлов и полупроводников резанием с одновременным пропусканием электрического тока // 2530245

Способ включает подвод импульсного электрического тока при плотности тока в диапазоне от 10 до 700000 А/см2 и длительности его импульсов от 10 до 7000 мкс. Режущий инструмент содержит режущую часть, изолированную от прохождения через нее электрического тока посредством диэлектрических прокладок, имеющих механические свойства при высоких температурах до 1500 градусов. Подвод тока осуществляют посредством контактного ролика, выполненного с возможностью прижима к заготовке с помощью упруго-пружинных элементов. При этом на изолированную режущую часть подают хладагент, не проводящий электрический ток. Технический результат: повышение стойкости режущего инструмента и режимов резания посредством исключения электродуговых замыканий с участием режущей части. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ определения критической температуры резания // 2535250

Способ заключается в том, что проводят сокращенные испытания стойкости инструмента на различных скоростях резания, при которых не доводят инструмент до полного затупления, и строят графики зависимостей h3=ƒ(l), где h3 - величина износа инструмента по задней поверхности; f(l) - функция от пути резания. При этом о критической температуре резания судят по наибольшей скорости, при которой интенсивность износа остается постоянной на всей длине пути резания, включая зону приработочного износа, а зависимость h3=ƒ(l), становится прямолинейной по отношению к осям hз и l. 6 ил.

Способ определения оптимальной скорости резания // 2535839

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, в частности к способу определения оптимальной скорости резания при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента. По результатам кратковременных испытаний определяют температуру резания, при которой происходит изменение вида стружки из сливной в элементную. На графике зависимости температуры резания от скорости резания по этой температуре определяют оптимальную скорость резания. Технический результат заключается в сокращении трудоемкости определения оптимальной скорости резания на основе стандартных кратковременных испытаний при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента. 1 ил., 1 табл.

Способ определения оптимальной скорости резания в процессе металлообработки // 2538750

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для определения оптимальной скорости резания при работе на выбранном технологическом оборудовании. Согласно изобретению осуществляется предварительная обработка заготовки при разных скоростях резания с записью сопровождающих вибраций и с последующим выделением посредством полосовых фильтров высокочастотной и низкочастотной составляющих вибраций и определением амплитудных значений указанных составляющих. За величину оптимальной скорости резания принимают значение скорости, при которой отношение упомянутых значений амплитуд высокочастотной составляющей к низкочастотной минимально. 3 ил.