Охлаждаемый резец

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ социАлистичесних

РЕСПУВЛИН с g g В 23 Q 11/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

THPbl (21) 3847957/25-08 (22) 29.01.85 (46) 30.06.86. Бюл. В 24 (72) В.П.Коротков (53) 621.9.025(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1195557, 1983. (54)(57) ОХЛАЖДАЕИЫИ РЕЗЕЦ, содержащий полую державку, закрепленную на ней режущую пластину, теплоноситель, размещенный в полости державки с возможностью взаимодействия с пластиной, полый вал с мешалкой и приводной крыльчаткой, установленный в полости державки, коаксиально размещенный в полом валу полый корпус, закрепленные во входном конце корпуса эмиттер электронов, а на выходном коллектор электронов с полупроводниковыми .

„„SU„„1240546 А1 пьезоэлектрическим блоком, оптическим резонатором, световодом и акустическим контактом, и электродинамическую замедляющую систему, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, он снабжен охватывающей полый корпус цилиндрической камерой, входной конец которой связан с вве-денным в резец источником плазмооб- . разующего газа, расположенным по передней стенке державки ускоряющим соплом, закрепленным на втор:.м конце камеры, с электродом, установленным на коллекторе соосно с соплом и связанным с источником тока, а электродинамическая- замедляющая система размещена на внутренней поверхности цилиндрической камеры.

12405

1

Изобретение относится к режущему инструменту и может быть использовано для обработки резанием труднообрабатываемых материалов.

Целью изобретения является расширение его технологических возможнос тей за счет обаспечения комбинирован. ного плазмолазерного и ультразвукового разупрочнения обрабатываемого материала при одновременном снижении 1О экраннрующего действия его паров, ослабляняцих лазерное излучение, и использование высокочастотного нагрева плазмой.

На чертеже приведен резец, про- 15 дольное сечение.

Охлаждаемый резец содержит режущую .пластину 1, установленную на полой державке 2 с легкоиспаряющимся жид, ким теплоносителем 3, размещенным в полости 4, внутри которой с возможностью вращения установлен полый вал 5, выполненный в виде трубы с меЙалкой 6 и крыпьчаткой 7, установлен- . ной в полом валу 5, полый корпус 8, 25 на входном конце которого закреплен эмиттер 9, а на выходном конце— коллектор 10 электронов, электродинамическую замедляющую систему 11, причем коллектор 10 снабжен полупро- .g0 водниковым пьезоэлектрическим блоком 12, оптическим резонатором 13, светоприводом 14 и акустическим контактом 15, охватывающий полый корпус 5 цилиндрическую камеру 16, входной конец которой соединен с патруб.ком 17 плазмообразующего газа (не показан),а другой — а ускоряющий соплом

18,закрепленными на передней стенке 19 державки. 2, при этом электродинами- 40 ческая, замедляющая система 11 установлена внутри цилиндрической камеры 16, а коллектор 10 снабжен электродом 20, подключенным к источнику тока (не показан).

:Эмиттер 9 выполнен в виде многоэлектродной электронной пушки, содержащей катод 21 и систему 22 ускоряющих .и:фокусирующих электродов, коллектор 10 выполнен в виде цилиндрического анода 23 с коническим отверстием 24, а электродинамическая замедляющая система 11 — в виде проводящей цилиндрической спирали.

Полупроводниковый пьезоэлектричес- SS кий блок 12 выполнен из. сульфоселенида кадмия. Оптический резонатор 13 выполнен в виде охватывающих полупро46 2 водниковый пьезоэлектрический блок 12 .поперечных зеркал 26 и 27..

Ускоряющее напряжение на коллектор 10, ток питания на неплавящийся электрод 20, напряжения на электродинамическую замедляющую систему 11 и электроды эмиттера 9 .подаются от внешнего блока питания (не показан) посредством штырей 28, проходящих.через герметичный цоколь 29. Элементы эмнттера 9 для обеспечения.вибростойi кости закреплены на траверсах 30 при помощи демпфирующих вставок. Акустический контакт.15 выполнен в виде диэлектрической шайбы с продольными отверстиями 31 для прохода плазмообразующего газа. Для более эф фективной передачи ультразвуковых-колебаний к режущей пластине 1 передняя

;часть 32 цилиндрической камеры 16 вы)полнена конической формы и играет роль акустического концентратора ультразвуковых колебаний.

В качестве легкоиспаряющегося жид,кого теплойосителя 3 могут быть использованы различные хладоны, например фреон-11 с рабочим диапазоном температур от -40 до +120 С. В качестве плазмообразующего газа могут быть .использованы нейтральные газы, например аргон, гелий, предотвращающие обрабатываемое изделие от окисления в процессе бесконтактного нагрева.

Подача плазмообразующего газа осуществляется через шланг 33, надетый на патрубок 17. Для обеспечения взаимодействия электронного пучка с электромагнитным полем электродинамической замедляющей системы 11 корпус 8 выполнен из радиопрозрачного материала, например кварцевого стекла..

Предлагаемый резец в процессе работы металлорежущего станка функционирует следующим образом.

Поток газообразной фазы теплоносителя 3, движущийся с большой скоростью к задней части державки 2 за счет градиента давления, обеспечиваемого непрерывной конденсацией теплоносителя 3, приводит крыльчатку 7 и связанную с ней валом 5 мешалку 6 во вращение. Лопасти мешалки 6 разбрызгивают теплоноситель 3 на режущую пластину 1 и переднюю часть 32 цилиндрической камеры 16, а также непосредственно на коллектор 10, . полупроводниковый пьезоэлектрический1 блок 12, электрод 20, В результате

3 1240546 испарения теплоносителя 3 от режущей пластины 1, передней части 32 цилиндрической камеры 16, коллектора 10, полупроводникового пьезоэлектрического блока 12 и электрода 20 отводится значительное количество теплоты, равное скрытой теплоте парообразования теплоносителя 3, и их температура поддерживается равной температуре испарения теплоносителя 3 при заданном давлении. Одновременнр вращающая.ся крыльчатка 7 играет роль механического сопла, расширяющего и ускоряющего поток газообразной фазы теплоносителя 3, попадающего в зону конденсации. Конденсат теплоносителя 3 возвращается в зону испарения самотеком под действием гравитационных .сил. Этим осуществляется преобразование отводимой в результате испарения теплоты в механическую работу, используемую для вращения мешалки 6, и отбрасную теплоту более низкого потенциала, отводимую в процессе конденсации.

Электрическая энергия внешнего ! блока питания подаваемая через штыУ .ри 28 герметичного цоколя 29, за счет термоэлектронной эмиссии катода 21 преобразуется в кинетическую .-энергию электронного пучка, направленного по продольной оси полого корпуса 8 и формируемого и фокусируемого системой 22 ускоряющих и фокуси- . рующих электродов эмиттера 9 и элект ростатическим полем электродинамичес(кой замедляющей системы 11. Электронный пучок разгоняется до релятивистских скоростей ускоряющим полем анода 23 и попадает на коллектор 10.

Скорость. электронов, пропорцио . нальная корню квадратному из напряже ния на аноде 23, устанавливается несколько большей, чем скорость индуцируемой электромагнитной волны электродинамической замедляющей системы 11. В результате взаимодействия с замедленной электромагнитной волной электронный пучок эмиттера 9 группируется в электронные сгустки и в нем генерируется высокочастотная составляющая. Одновременно внутри цилиндрической камеры 16 создается электромагнитное поле, обеспечивающее высокочастотный нагрев подаваемого через патрубок 17 плазмообразующего газа и сопутствующую начальную ионнзацию.

Высокочастотные колебания элект-. ронного пучка, .частота которых прямо

20 пропорциональна корню квадратному из напряжения на аноде 23 и обратно пропорциональна радиусу спирали электродинамической замедляющей системы 11, прикладываются к полупроводниковому пьезоэлектрическому блоку 12 и в результате обратного пьезоэффекта генерируют в нем ультразвуковые колеба-, : ния, которые через акустический контакт 15, переднюю часть 32 цилиндрической камеры 16 и переднюю стенку 19 державки 2 передаются режущей пластинке 1 и интенсифицируют процесс резания °

Одновременно электронный пучок через коническое отверстие 24 и поперечное зеркало 27, являющееся для него прозрачным, попадает на полупроводниковый пьезоэлектрический блок 12,. .в результате чего происходит ионизация атомов решетки полупроводникового пьезоэлектрического блока 12, образование и возбужцение вторичных (неравновесных) электронов, обеспечивающее достаточный для возникновения лазерного излучения уровень инверсии (накачку).

Поперечными зеркалами 26 и 27 обеспечивается положительная обратная связь, и непрерывное лагерное излучение через светопривод 14 подводится к обрабатываемому иэделию, осуществляя его бесконтактный нагрев и разупрочнение.

В цилиндрической камере 16, как отмечено вьппе, плазмообразующий газ, подаваемый через патрубок 17, нагре,вается высокочастотным полем электро" динамической замедляющей системы 11. .Механизм нагрева определяется обрат40 ным тормозным эффектом или столкновительным поглощением. Электроны плазмообразующего газа совершают ко- . лебательное движение в электромагнитном коле, при этом они сталкиваются

45 с менее подвижными ионами плазмообразующего газа и энергия колебаний преобразуется в энергию хаотического теплового движения — происходит джоу" лев нагрев из-за столкновения заря50 женных частиц, и температура плазмообразующего газа повьппается. До более высокой температуры плазмообразующий газ нагревается за счет энергии электрической дуги, горящей между электро55 дом 20 и внутренними стенками цилиндрической камеры 16 в ее передней части 32, и плазмообразующий газ в виде сжатой струи высокотемпературной плаз1240546

Составитель В.Ротницкая

Редактор Н.Слободяник ТехредВ.Кадар Корректор М.Пожо

Заказ 3434/9 . . Тираж 826 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

:по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 иы из ускоряющего сопла 1 8 попадает на обрабатываемое изделие, осуществляя eto бесконтактный нагрев и разупрочнение. Одновременно сжатая струя

-высокотемпературной плазмы сдувает пары обрабатываемого материала, образующиеся в результате лазерного воздействия, и- устраняет их экранирующее действие. — Плазмолазернбе и ультразвуковое разупрочнякщее воздействие на обрабатываемый материал s сочетании с ин. тенсивным охлаждением режущего эле5 мента позволяет существенно расширить технологические возможности охлаждаемого резца прн обработ— ке труднообрабатываемых материалов.