Способ охлаждения и смазки режущих инструментов

Изобретение относится к механической обработке металлов, в частности к способу охлаждения и смазки режущих инструментов посредством применения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и компонентов. Способ включает подачу микродоз дистиллированной воды в количестве 0,05-4,5 г/час посредством активированного электрическими разрядами охлажденного до температур от 0°C до -20°C газового потока. Охлаждение газового потока с микродозами воды от 0°C до -20°C проводят двустадийно, причем на первой стадии в вихревой трубке Ранка-Хилша с температур 20-24°C до температур от 10-14°C до 1-2°C при давлении газового потока на входе 1-4 атм. и посредством сопла Лаваля до температур от 0 до -20°C на второй стадии. Способ позволяет повысить стойкость металлорежущих инструментов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механической обработке металлов, в частности, к способам охлаждения и смазки режущих инструментов посредством применения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) и их компонентов.

Известен способ охлаждения зоны резания ионизированным воздухом путем его продувки под избыточным давлением через специальный ионизатор [1].

Другой способ подачи СОТС в зону резания представляет собой подачу СОТС в зону резания в виде распыленных ионизированных жидкостей [2].

Недостатками этих способов являются невысокие смазочные и охлаждающие способности таких СОТС в связи с недостаточной химической активностью СОТС при образовании смазочных пленок, а также незначительными изменениями температуры (по сравнению с окружающей) ионизированного и распыленного воздуха.

В промышленности нашел применение способ охлаждения и смазки зоны резания охлажденным в вихревой трубке воздухом, в который для усиления смазочного эффекта дополнительно вводится сульфофрезол [3].

Основным недостатком этого способа является необходимость применения высоких (более 5-6 атм.) давлений на входе вихревой трубки для получения отрицательного значения температур на ее холодном выходе. К недостаткам также относятся невысокий смазочный эффект у потока охлажденного воздуха при его использовании без дополнительного введения в его состав смазочных компонентов и значительная загазованность окружающей среды аэрозолем при наличии смазочного компонента в воздушном потоке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подачи СОТС в зону резания в виде ионизированного увлажненного воздуха [4].

Основным недостатком данного способа является недостаточно высокая стойкость инструментов, обусловленная низкими охлаждающими характеристиками увлажненного ионизированного воздушного потока.

Техническим результатом изобретения является повышение стойкости металлорежущих инструментов путем совокупного действия охлаждающего эффекта, вызванного предварительно охлажденными активированными коронным и барьерным разрядами газообразными СОТС, и смазочного эффекта, обусловленного действием активированных электрическими разрядами газообразных СОТС, как индивидуальных, так и имеющих в своем составе микродозы воды, дополнительно введенных в их состав.

Технический результат достигается тем, что газовый (в частности, воздушный) поток имел двухстадийное охлаждение. На первой стадии охлаждение осуществлялось в вихревой трубке (эффект Ранка-Хилша) с температур 20-24°C до температур от 10-14°C (при давлении на входе 1 атм.) до 1-2°C (при давлении 4 атм.). Дальнейшее охлаждение до температур от 0°C до минус 20°C осуществлялось посредством сопла Лаваля, установленного на холодном выходе вихревой трубки. Использование сопла Лаваля позволяет получить расширяющийся воздушных поток, эффективно охлаждающий зону резания. При температурах ниже минус 20°C наблюдалась дестабилизация процесса охлаждения из-за налипания образующегося из паров воды льда на критическом сечении сопла Лаваля. Давление на входе в вихревую трубку составляло от 1 до 4 атм. При необходимости, во входящий в вихревую трубку газовый поток дополнительно вводились пары воды в количестве 0,05-4,5 г/час. Охлажденный увлажненный воздух подавался в зону резания через специальное сопло Лаваля, установленное на холодном выходе вихревой трубки. Расстояние от сопла до зоны резания составляло 20-100 мм. Уменьшение расстояния менее 20 мм или превышение свыше 100 мм приводило, в первом случае, к нестабильности поступления ионно-воздушной СОТС с микродозами воды в контактную зону инструмента с обрабатываемым материалом в результате помех, возникающих со стороны стружки, во втором - к уменьшению охлаждающей функции СОТС, в результате ее нагрева и смешивания с окружающим воздухом.

Охлажденный газовый поток, в том числе и с находящимися в его составе микродозами воды, активировался электрическими разрядами на выходе из сопла Лаваля вихревой трубки, к которому было приложено соответствующее напряжение. Молекулы воды, находящиеся в газовом потоке в результате достижения точки росы при его охлаждении, а также в результате принудительного увлажнения воздуха на входе в вихревую трубку, взаимодействуя с различными энергетическими частицами, образованными при действии электрических разрядов, переходят в возбужденное состояние и преобразуются по радикально-цепному механизму согласно реакциям:

При взаимодействии гидроксильных радикалов образуется перекись водорода, эффект которой при резании обусловлен способностью выделять активный кислород

где (e, hv…) - энергетические частицы, образованные при действии разрядов; H2O*, O* - возбужденные молекулы воды и кислорода; H., OH., O. - химические радикалы.

Активные в химическом отношении радикалы кислорода при взаимодействии со свежевскрытыми металлическими поверхностями контактной зоны образуют оксидные пленки, которые выполняют функции смазочного материала между инструментальным и обрабатываемым материалами.

Охлаждение зоны резания осуществляется активированным коронным или барьерным разрядами охлажденным газовым потоком.

Апробация предлагаемого способа осуществлялась при лезвийной обработке представителей различных групп конструкционных материалов: углеродистая сталь 45, хромистая сталь 40Х, нержавеющая аустенитная сталь 12Х18Н10Т, титановый сплав ВТ6. Резание проводилось на операциях точения и фрезерования инструментами, изготовленными из быстрорежущих сталей Р6М5, Р9 и оснащенными пластинками твердого сплава Т5К10, ВК6. В качестве смазочного компонента использовались: дистиллированная вода.

Примеры предлагаемого способа.

При точении углеродистой стали 45 упорнопроходными резцами из быстрорежущей стали Р6М5 и твердого сплава Т5К10 при глубине резания t=0,5 мм, подаче S=0,1 мм/об и скорости резания, соответственно V=1,0 м/с и V=3,5 м/с в качестве СОТС использовались: ионизированный коронным разрядом воздушный поток, дистиллированная вода с подачей в зону контакта посредством охлажденного ионизированного воздушного потока. Температура воздушного потока изменялась от 0°C до минус 20°C. Количество воды, подаваемой в контактную зону, составляло 0,05-4,5 г/час. Расстояние от сопла Лаваля до зоны контакта изменялось от 20 до 100 мм. За критерий износа принимался износ по задней поверхности резцов до достижения высоты фаски износа 0,6 мм. Результаты изменения стойкостных характеристик инструментов приведены в табл.1.

Таблица 1
Результаты стойкостных испытаний быстрорежущих резцов при использовании различных СОТС
№ п/п Используемая СОТС Стойкость резцов мин
Базовый объект
1 Ионизированный воздушный поток по [1].
Р6М5 12
Т5К10 17
Прототип
2 Микродозы дистиллированной воды подавались в зону контакта посредством охлажденного до минус 10°С ионизированного воздушного потока. Расстояние от сопла до контактной зоны составляло 60
Р6М5 - в количестве 0,2 г/час 45
Т5К10 - в количестве 2,0 г/час 53
Предлагаемый способ
3 Микродозы дистиллированной воды подавались в зону контакта посредством охлажденного до минус 10°С ионизированного воздушного потока. Расстояние от сопла до контактной зоны составляло 60
Р6М5 - в количестве 0,2 г/час 64
Т5К10 - в количестве 2,0 г/час 76
Граничные значения
4 Температура воздушного потока 0°C
Р6М5 48
Т5К10 55
5 Температура воздушного потока минус 20°C
Р6М5 60
Т5К10 69
6 Расход дистиллированной воды составил
0,05 г/час.
Р6М5 50
Т5К10 62
7 Расход дистиллированной воды составил
Р6М5 - 2,0 г/час 46
Т5К10 - 4,5 г/час 56
8 Расстояние от сопла до зоны контакта 20 мм
Р6М5 49
Т5К10 60
9 Расстояние от сопла до зоны контакта 100 мм
Р6М5 46
Т5К10 57
Запредельные значения
10 Температура воздушного потока плюс 3°C
Р6М5 46
Т5К10 53
11 Расход дистиллированной воды составил 0,04 г/час.
Р6М5 45
Т5К10 52
12 Расход дистиллированной воды составил
Р6М5 - 2,1 г/час 38
Т5К10 - 4,6 г/час 51
13 Расстояние от сопла до зоны контакта 15 мм
Р6М5 43
Т5К10 51
14 Расстояние от сопла до зоны контакта 105 мм
Р6М5 41
Т5К10 50

Соотношение полученных результатов лезвийной обработки при использовании барьерного разряда, а так же для различных операций других обрабатываемых и инструментальных материалов близки к приведенным в таблице.

Литература

1. UK Patent GB №2243319 В Apparatus for machining materials by cutting. Invantors: Akhmetzyanov I.D., Vereschagin LP., Dogadin G.S, Lilin V.I., Suslov A.D., Terentiev A.G.

2. A.c. СССР №210609. Способ охлаждения и смазки распыленными ионизированными жидкостями. Авторы: Латышев В.Н., Солодихин А.Е., Горбунова Е.В.

3. Курносов Н.Е., Тарнопольский А.В. Применение вихревого способа подготовки и подачи воздушно-жидкостного аэрозоля СОТС в зону резания // Вестник машиностроения. 2007. №10. С.52-54.

4. Патент РФ №2288088. Способ подачи смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС). Авторы: Наумов А.Г., Латышев В.Н., Мишуров С.С, Наумова О.А.

1. Способ охлаждения и смазки металлорежущих инструментов с использованием смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), включающий подачу микродоз дистиллированной воды в количестве 0,05-4,5 г/час посредством активированного электрическими разрядами охлажденного до температур от 0°C до -20°C газового потока, отличающийся тем, что охлаждение газового потока с микродозами воды от 0°C до -20°C проводят двустадийно, причем на первой стадии в вихревой трубке Ранка-Хилша с температур 20-24°C до температур от 10-14°C до 1-2°C при давлении газового потока на входе 1-4 атм и посредством сопла Лаваля до температур от 0 до -20°C на второй стадии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение зоны резания осуществляют посредством сопла Лаваля, установленного на вихревой трубке на выходе холодного газового потока, при этом сопло Лаваля в критическом сечении является коронирующим электродом.



 

Похожие патенты:

Режущий инструмент содержит режущую пластину, соединенную с охлаждающей пластиной, выполненной с отверстием для прохода хладагента. Для повышения стойкости режущей пластины передняя поверхность режущей кромки режущей пластины выполнена с выступами и пазами между ними, а охлаждающая пластина выполнена с лицевыми поверхностями, пазами и массивами лицевой поверхности ниже плоскости передней поверхности режущей кромки режущей пластины для соответственного соединения с выступами и пазами режущей пластины.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при высокоскоростной обработке вращающимся инструментом титановых и других материалов с низкой теплопроводностью.
Изобретение относится к области обработки деталей резанием и содержит режущий элемент, привод для приведения в действие режущего элемента, вал, присоединенный к приводу и режущему элементу, пенообразующий аппарат, предназначенный для образования и направления пены через вал к границе резки, вакуумный аппарат, включающий кольцо, проходящее вокруг вала, окружающее границы резки и имеющее множество радиальных и аксиальных всасывающих каналов, источник вакуума, соединенный с упомянутыми каналами и устройство для преобразования пены в жидкость, содержащее несколько трубок, предназначенных для преобразования пены в жидкость при прохождении пены через них.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при пластической деформации микронеровностей внутренней поверхности деталей с подачей смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для подачи смазочно-охлаждающей жидкости. .

Изобретение относится к области высокоскоростной обработки деталей на оборудовании с ЧПУ, в частности к системам охлаждения резцов передней и задней бабок. .

Изобретение относится к охлаждающим устройствам, в частности форсункам, используемым при механической обработке материалов, в частности взрывчатых веществ (ВВ) при утилизации боеприпасов.

Изобретение относится к технологии генерации газокапельных струй эжекцией и может быть использовано в машиностроении, например, для нанесения расплавленного распыленного твердого смазочного материала на шлифовальный круг.

Изобретение относится к обработке металлов и предназначено для охлаждения и смазки режущих инструментов и обрабатываемых изделий при сверлении или расточке глубоких отверстий.
Способ включает подачу СОТС и углеродных нанотрубок в зону контакта инструмента с обрабатываемым материалом посредством жидкого носителя. Для повышения стойкости при лезвийной обработке используют углеродные нанотрубки, имеющие в своем составе микродозы трибоактивных веществ. При этом концентрацию упомянутых углеродных нанотрубок в жидком носителе устанавливают в интервале 0,01-1,50 весовых процентов. 1 табл.

Изобретение относится к переносной ручной моторной цепной пиле. В корпусе пилы расположен узел привода для приведения в движение пильной цепи, перемещаемой вокруг направляющей шины. Узел привода содержит двигатель внутреннего сгорания, коленчатый вал которого расположен перпендикулярно продольной оси моторной цепной пилы и на одном конце имеет приводную звездочку для пильной цепи, а на другом конце - рабочее колесо вентилятора охлаждения двигателя. Поток холодного воздуха от вентилятора охлаждения двигателя проходит перпендикулярно продольной оси моторной цепной пилы, обтекая цилиндр двигателя внутреннего сгорания, расположенный между приводной звездочкой и вентилятором охлаждения двигателя. Поток холодного воздуха выходит через отверстие корпуса. Кроме того, предусмотрена рукоятка в виде трубы, которая огибает корпус двигателя перпендикулярно продольной оси моторной цепной пилы и которой соответствует ограждающее устройство, расположенное между трубообразной рукояткой и передним концом направляющей шины. Ограждающее устройство с помощью по меньшей мере одной ножки крепится в области отверстия корпуса для вывода потока холодного воздуха. В области отверстия корпуса расположен воздухонаправляющий элемент, который закреплен на ножке ограждающего устройства или выполнен с ножкой ограждающего устройства как единое целое. В результате обеспечивается лучшее охлаждение глушителя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), используемых при резании материалов. На станке проводят кратковременное резание (10-15 с) материала без применения СОЖ, фиксируя величины составляющих силы резания. Испытания проводятся с помощью универсального динамометра. Затем проводят кратковременное резание материала, применяя водный раствор СОЖ испытуемой марки, также фиксируя величины составляющих силы резания. Подача СОЖ в зону резания осуществляется свободно падающей струей на режущий инструмент и обрабатываемую деталь. Измерения проводятся при различной скорости резания, подаче и глубине резания. Результаты проведенных испытаний сводятся в таблицу, и рассчитываются результирующие силы резания Ррез с СОЖ и без нее соответственно по формуле: , и определяется коэффициент технологической эффективности К исследуемой марки СОЖ по формуле: , где РрезСОЖ - результирующая сила резания, полученная с применением СОЖ, Н; Ррез - результирующая сила резания, полученная без применения СОЖ, Н. Эффективной считается СОЖ, обеспечивающая наименьшие силы резания и коэффициент К при заданных режимах резания. Заявляемый способ оценки технологической эффективности СОЖ позволяет значительно снизить трудоемкость и время исследования эффективности СОЖ при заданных режимах резания. 2 ил.

Режущий инструмент содержит режущий элемент в виде вставной режущей пластины, охлаждаемой косвенно с помощью теплообменника с микроканалами, который установлен у задней поверхности вставной режущей пластины. Теплообменник выполнен с внутренней камерой, в которую подают охлаждающую жидкость, такую как криогенная жидкость. Камера может содержать ребра для улучшения отвода тепла криогенной жидкостью от вставной режущей пластины. С внутренним пространством теплообменника соединены подающая и отводящая трубки для охлаждающей жидкости. Технический результат: снижение расхода криогенной жидкости. 16 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Держатель инструмента позволяет эжектировать охладитель из положения поблизости от обрабатываемой части и подавать охладитель в требуемое место без необходимости предусмотрения отверстия для подачи смазочно-охлаждающей жидкости внутри инструмента. Держатель инструмента включает хвостовую часть, выполненную с возможностью удерживания основным валом станка, часть крепления инструмента, имеющую на своей торцевой поверхности отверстие для ввода, в которое вводят инструмент, крышку, имеющую трубчатую стенку, которая закрывает внешнюю периферию части крепления инструмента, и донную поверхность, которая закрывает торцевую поверхность части крепления инструмента, и ограничитель, который предотвращает вращение крышки вместе с частью крепления инструмента. На донной поверхности крышки предусмотрены сквозное отверстие, через которое проходит инструмент, и эжекционное отверстие, расположенное на периферии сквозного отверстия для эжектирования охладителя к инструменту. 7 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ включает механическое воздействие на деталь резца в процессе их взаимного перемещения и подачу в зону резания озонированного воздуха под давлением посредством сопла, размещенного на расстоянии 10 мм от передней поверхности резца. При этом продольную ось сопла располагают в плоскости главной задней поверхности резца под углом 70-80° к его главной режущей кромке, а озонированный воздух подают непосредственно на главную режущую кромку резца. Технический результат: повышение износостойкости инструмента, производительности и качества обработки. 1 ил., 2 пр.
Способ включает ионизацию газового потока в коронном разряде. Для повышения стойкости режущего инструмента перед ионизацией поток среды с расходом от 50 до 100 л/мин пропускают через пористо-сетчатую перегородку регулярной структуры, выполненной с направленными порами с размерами от 0,2 до 1 мм.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована при бурении отверстий в бетоне или камне с подачей охлаждающей жидкости в бурильную часть бура. Устройство для подачи охлаждающей жидкости присоединено к электрическому буровому инструменту и выполнено с возможностью подачи охлаждающей жидкости в бурильную часть на дальнем конце бура. Оно содержит первый фланцевый элемент и второй фланцевый элемент, расположенные на торсионном валу, имеющем общую ось с буром. Первый фланцевый элемент расположен со стороны бура, а второй - дальше от бура вдоль торсионного вала, выполнен с возможностью его поднятия и опускания и снабжен стопорным элементом. Между фланцевыми элементами образовано пространство для впрыскивания охлаждающей жидкости. Между первым фланцевым элементом и буром расположен подающий канал для охлаждающей жидкости для направления жидкости в пространство к буру. Обеспечивается качественное выполнение буровых работ в небольшом пространстве с использованием аккумуляторного бурового инструмента. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована при обработке шлифовальными или другими инструментами на станах с полым шпинделем. Переходное устройство содержит входное отверстие в своей первой части для соединения с центральным проходом вала, по меньшей мере одно выходное отверстие во второй своей части, которая выступает в радиальном направлении за первую часть и предназначена для удерживания инструмента, соединительное средство для крепления переходного устройства и распределяющий текучую среду проход, соединяющий впускное отверстие по меньшей мере с одним выходным отверстием так, что смазочно-охлаждающая эмульсия подается к инструменту через по меньшей мере одно выходное отверстие переходного устройства. Улучшается подача смазочно-охлаждающей эмульсии к точкам контакта инструмента с деталью, увеличивается срок службы инструмента и обеспечивается возможность его автоматической смены. 6 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области станкостроения. Штревель для соединения инструментодержателя с цангой в шпинделе станка с ЧПУ содержит корпус для установки инструментодержателя, имеющий продольный проход для подачи охладителя, который имеет возможность соединения с полостью корпуса, уплотнительное кольцо, установленное между концом продольного прохода и упомянутой полостью, пружину, установленную в полости, и шарик, находящийся в контакте с пружиной. Шарик установлен с возможностью открывания или запирания конца продольного прохода в зависимости от режима внутренней или внешней подачи охладителя. Представлен станок с ЧПУ для механической обработки, в котором используется данный штревель. Использование изобретения позволяет повысить производительность за счет исключения переналадки оборудования. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 19 ил., 2 табл.

Изобретение относится к механической обработке металлов, в частности к способу охлаждения и смазки режущих инструментов посредством применения смазочно-охлаждающих технологических средств и компонентов. Способ включает подачу микродоз дистиллированной воды в количестве 0,05-4,5 гчас посредством активированного электрическими разрядами охлажденного до температур от 0°C до -20°C газового потока. Охлаждение газового потока с микродозами воды от 0°C до -20°C проводят двустадийно, причем на первой стадии в вихревой трубке Ранка-Хилша с температур 20-24°C до температур от 10-14°C до 1-2°C при давлении газового потока на входе 1-4 атм. и посредством сопла Лаваля до температур от 0 до -20°C на второй стадии. Способ позволяет повысить стойкость металлорежущих инструментов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх