Устройство для вибрационного резания цилиндрических деталей
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. Заявленное устройство для вибрационного резания (фиг.1) состоит из режущего инструмента 1, гидравлической системы 2 подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) под давлением, исполнительного вибрационного узла 3 (вибратора), полости 4, выполненной в режущем инструменте 1 для жидкофазной среды 5 (СОЖ), генератора 6 управляемых вынужденных колебаний, канала 7, выполненного в режущем инструменте 1 для подачи жидкофазной среды 5 непосредственно в зону резания в состоянии вынужденных колебаний и под технологически регламентированным давлением, обеспечивающим непрерывное смывание взаимообращенных поверхностей режущей кромки 8 инструмента 1 и обрабатываемого изделия 9, в том числе и его отделяемой части - стружки. Заявленное устройство может быть использован для обработки резанием труднообрабатываемых высокопрочных сплавов практически любой структуры, включая ультрадисперсную, с высокой скоростью резания, в том числе на автоматизированных линиях, с высоким качеством обрабатываемых поверхностей. 1 н.п. ф-лы, 2 ил.
Полезная модель относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использована для высокоскоростной обработки труднообрабатываемых материалов с повышенным качеством обрабатываемых поверхностей.
Наиболее близким аналогом предлагаемого решения из уровня техники по технической сути является устройство для вибрационного резания, содержащее вибратор, к которому прикрепляется резец, совершающий колебательные движения по направлению скорости резания относительно обрабатываемой заготовки, средства подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания (СОТС). При этом за счет высокой виброскорости инструмента, периодически превышающей скорость резания, между кромкой инструмента и отделяемым материалом периодически образуется зазор, в который проникает СОТС, подаваемая традиционным способом с смыванием детали и режущей кромки сверху. (Подураев В.Н., Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. Стр. 289-290; 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).
К недостаткам известных из уровня техники устройств следует отнести низкую эффективность воздействия СОТС на режущую кромку инструмента в процессе высокоскоростного резания, низкую динамическую жесткость режущего инструмента, связанную с необходимостью его размещения на консольном волноводе, обеспечивающем колебательное перемещение резца, и невозможность получения высокого качества обрабатываемых поверхностей деталей из труднообрабатываемых материалов при высоких скоростях резания.
В основу заявленной полезной модели был положен технический результат по созданию такой конструкции устройства, которая обеспечивала 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.
Технический результат, соответствующий поставленной технической задачи, достигается за счет того, что устройство для вибрационного резания цилиндрических деталей содержит режущий инструмент, средство установки обрабатываемой детали, средства подачи под давлением смазочно-охлаждающей жидкости и исполнительный вибрационный узел, организованный с расположенными в полости режущего инструмента средством передачи колебаний в виде жидкофазной среды и воздействующего на нее генератора колебаний, функционально обеспечивающие создание и передачу вынужденных колебаний режущему инструменту посредством ударного воздействия на него жидкофазной среды и подачу через канал, выполненный в режущем инструменте, смазочно-охлаждающей среды непосредственно в зону, сформированную в процессе металлообработки между взаимообращенными поверхностями режущей части инструмента и внутренней поверхностью отделяемого поверхностного слоя обрабатываемой детали, с возможностью образования в упомянутой зоне жидкостного клина.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 изображена общая схема устройства для вибрационного резания;
- на фиг.2 показана схема подачи смазочно-охлаждаемой среды в зону резания;
Устройство для вибрационного резания состоит из режущего инструмента 1, гидравлической системы 2 подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) под давлением, исполнительного вибрационного узла 3 (вибратора), полости 4, выполненной в режущем инструменте 1 для смазочно-охлаждающей жидкости 5, генератора 6 управляемых вынужденных колебаний, канала 7, выполненного в режущем инструменте 1 для подачи смазочно-охлаждающей жидкости 5 непосредственно в зону резания в состоянии вынужденных колебаний и под технологически регламентированным давлением, обеспечивающим непрерывное смывание взаимообращенных поверхностей режущей кромки 8 инструмента 1 и обрабатываемого изделия 9, в том числе и его отделяемой части - стружки. Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем. В режущем инструменте 1 в полости 4, заполненной смазочно-охлаждающей жидкостью 5, гидравлической системой 2 создается технологически регламентированное статическое давление. Генератором 6 задается режим вынужденных колебаний, который посредством исполнительного узла-вибратора 3, создает в смазочно-охлаждающей жидкости 5 переменное гидравлическое давление (поле), которое возбуждает вынужденные колебания в режущем инструменте 1, в частности режущей кромки 8. В режиме резания режущий инструмент 1 контактирует с обрабатываемым изделием 9 своей режущей кромкой 8, находящейся в состоянии управляемых вынужденных колебаний от генератора 6 и автоколебаний от самого процесса резания. При этом статическое давление в гидравлической системе 2 и амплитуда вынужденных колебаний инструмента в радиальном направлении задается такими, чтобы подача смазочно-охлаждающей жидкости 5 в зону резания была визуально непрерывной. В таких специально организованных условиях резания между заявленным устройством вибрационного резания и обрабатываемой деталью в месте контакта инструмента с обрабатываемым изделием 9 по режущей кромке 8 возникает зона переменного гидравлического давления, превышающего по своему значению таковое в полости 4 и давление от силы резания, что способствует возникновению по всей линии резания гидравлически упругого слоя из смазочно-охлаждаемой жидкости 5 по типу «масляного клина». Этот слой стремится заполнить микротрещины, образующиеся, в том числе перед режущей кромкой 8 в материале обрабатываемого изделия 9, и стремится расширить их, способствуя тем самым отделению стружки от обрабатываемого изделия 9 и повышению чистоты ее обрабатываемой поверхности. При этом проникающая способность смазочно-охлаждающей жидкости 5 в зону резания под переменным давлением значительно выше даже самой острой режущей кромки 8, что приводит к существенному снижению угла резания и облегчению образованию продукта резания в форме стружки. Организация в процессе вибрационного резания устойчивого упругого слоя из смазочно-охлаждающей жидкости 5 по типу «масляного клина» обеспечивает защиту и охлаждение самой режущей кромки 8, обеспечивая повышение стойкости инструмента 1 и качества обрабатываемой поверхности, в том числе из труднообрабатываемых материалов.
Таким образом, предлагаемое устройство вибрационного резания обеспечивает проникновение смазочно-охлаждающей жидкости непосредственно в зону резания, а именно в зону силового контакта режущей кромки инструмента с обрабатываемым изделием на глубину резания. Проникновение смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания при этом не зависит от скорости резания, поскольку зазор между взаимообращенными поверхностями режущей кромки инструмента и обрабатываемого изделия производится не в результате кинематических вибраций, а под действием внутреннего усилия, создаваемого давлением и состоянием жидкофазной среды. Причем конструкция предлагаемого устройства не требует снижения радиальной жесткости инструментального узла, поскольку отпадает необходимость закреплять режущий инструмент на вибраторе.
Полезная модель может быть использована 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.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном устройстве отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении может быть использован для высокоскоростной обработки труднообрабатываемых материалов с повышенным качеством обрабатываемых поверхностей;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета способов, средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект: «Устройство для вибрационного резания цилиндрических деталей», соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Устройство для вибрационного резания цилиндрических деталей, содержащее режущий инструмент, средство установки обрабатываемой детали, средства подачи под давлением смазочно-охлаждающей жидкости и исполнительный вибрационный узел, содержащий расположенные в полости режущего инструмента средство передачи колебаний в виде жидкофазной среды и воздействующий на нее генератор колебаний, функционально обеспечивающие создание и передачу вынужденных колебаний режущему инструменту посредством ударного воздействия на него жидкофазной среды и подачу через канал, выполненный в режущем инструменте, смазочно-охлаждающей среды непосредственно в зону, сформированную в процессе металлообработки между взаимообращенными поверхностями режущей части инструмента и внутренней поверхностью отделяемого поверхностного слоя обрабатываемой детали с возможностью образования в упомянутой зоне жидкостного клина.
