Устройство для обработки заготовок из капролона
Владельцы патента RU 2518595:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из пластмасс, преимущественно из капролона. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности обработки заготовки и физико-механических свойств изделий. Указанная задача решается тем, что в устройстве для обработки заготовок из капролона, включающем заготовку, токарный станок с режущим инструментом, привод вращения заготовки и устройство подачи инструмента, согласно изобретению, токарный станок оборудован генератором облучения заготовки с возможностью обработки заготовки при резании наносекундными электромагнитными импульсами, связанным электродами с режущим инструментом и скользящим элементом, которые контактируют с заготовкой из капролона и изолированы от металлических частей станка. 1 ил.
Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из пластмасс, преимущественно из капролона.
Известно устройство для обработки заготовок из капролона, включающее заготовку, токарный станок и специальный режущий инструмент, оснащенный твердыми сплавами (В.Н. Подураев. Резание труднообрабатываемых материалов: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1974, с.574).
Однако данное устройство не обеспечивает получение качественной поверхности после обработки ввиду наличия существенных отличий в физико-химических свойствах металлов и пластмасс. При этом образуется значительная шероховатость поверхности, элементы которой создают концентраторы напряжений, негативно влияющие на прочностные характеристики готовой детали в целом.
Ближайшим аналогом является устройство для обработки заготовок из капролона, включающее заготовку, токарный станок с режущим инструментом, приводом вращения заготовки и устройство подачи инструмента (патент РФ №2317196, B29C 37/00, БИ №6, 2008).
Известное устройство не позволяет обеспечивать высокую производительность и получать высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности обработки заготовки и физико-механических свойств изделий.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для обработки заготовок из капролона, включающем заготовку, токарный станок с режущим инструментом, привод вращения заготовки и устройство подачи инструмента, согласно изобретению, токарный станок оборудован генератором облучения заготовки с возможностью обработки заготовки при резании наносекундными электромагнитными импульсами, связанные электродами с режущим инструментом и скользящим элементом, которые контактируют с заготовкой из капролона и изолированы от металлических частей станка.
Использование генератора с электродами для облучения наносекундными электромагнитными импульсами, которыми (электродами) являются режущий инструмент и скользящий элемент, контактирующие с заготовкой из капролона и изолированные от металлических частей станка, позволяет производить одновременную обработку заготовки резанием и наносекундными электромагнитными импульсами, что способствует возбуждению полимерных цепей и вызывает уменьшение энергии их связи. Данный эффект приводит к уменьшению механической стабильности нагруженной полимерной сетки и таким образом способствует разрыву цепи, возникновению разрушения или распространению трещины, увеличению дефектных тест, т.е. его разрыхлению и охрупчиванию и, следовательно, к снижению механической прочности материала.
На чертеже приведена схема устройства для обработки заготовок из капролона.
Заготовка 1 из капролона установлена в токарном станке с режущим инструментом 2 (резцом). Для вращения заготовки имеется привод 3 и устройство подачи 4 режущего инструмента 2. Токарный станок оборудован генератором 5 облучения заготовки 1. При этом в качестве электродов для облучения заготовки 1 наносекундными электромагнитными импульсами используют режущий инструмент 2 (резец) и скользящий элемент 6, которые контактируют с заготовкой 1 и изолированы с помощью изоляции 7 от металлических частей станка.
В устройстве используют генератор 5 наносекундных электромагнитных импульсов (ГНИ-01-1-6), изготовленный Южно-Уральским государственным университетом, имеющим следующие параметры:
- полярность импульсов - положительная;
- амплитуда импульсов более 8 кВ;
- длительность импульсов - 1 нс;
- мощность одного импульса более 1 МВт;
- максимальная допустимая частота следования генерирующих импульсов - 1000 Гц;
- максимальный ток, потребляемый генератором во всем диапазоне питающих напряжений, не более 1,7 A при частоте 61 кГц.
Принцип работы устройства.
Заготовку 1 из капролона закрепляют в токарном станке известным способом. Затем к режущему инструменту 2 и к скользящему элементу 6 с помощью электродов подключают генератор 5 наносекундных электромагнитных импульсов и производят обработку импульсами длительностью 1 нс, амплитудой, например, 8 кВ, мощностью в одном импульсе, например, 1 МВт, частотой повторения импульсов 1000 Гц. Одновременно производят механическую обработку заготовки 1 режущим инструментом 2 с образованием стружки. Режимы токарной обработки устанавливаются экспериментально.
При этом обработка наносекундными электромагнитными импульсами способствует возбуждению полимерных цепей, что вызывает уменьшение энергии ее связи. Данный эффект приводит к уменьшению механической стабильности нагруженной полимерной сетки и таким образом способствует разрыву цепи, возникновению разрушения или распространению трещины, увеличению дефектных тест, т.е. его разрыхлению и охрупчиванию и, следовательно, к снижению механической прочности материала.
Это позволяет увеличить скорость резания и величину подачи, повысить производительность обработки полимера. Качество обработанной поверхности значительно улучшается, кроме того, получаются высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе), которые зафиксированы и подтверждены длительными эксплуатационными испытаниями.
В отличие от аналогов предлагаемое устройство обеспечивает повышение производительности обработки, а также прочности, жесткости, модуля упругости изделий на основе капролона в процессе эксплуатации за счет повышения качества поверхностной зоны материала, обработанной наносекундными электромагнитными импульсами и обычной токарной операцией.
Устройство для обработки заготовок из капролона, включающее заготовку, токарный станок с режущим инструментом, приводом вращения заготовки и устройство подачи инструмента, отличающееся тем, что токарный станок оборудован генератором облучения заготовки с возможностью обработки заготовки при резании наносекундными электромагнитными импульсами, связанным электродами с режущим инструментом и скользящим элементом, которые контактируют с заготовкой из капролона и изолированы от металлических частей станка.
