Резец

 

Изобретение относится к металлообработке , а именно к резцам с системой охлаждения . Целью изобретения является повышение стойкости резца за счет утилизации тепла в лазерное излучение. В результате испарения теплоносителя 3 в полости 4 вращается крыльчатка, которая через шестерни 21 и 22 врашает ротор 10 в статоре 8, установленном в державке 1. Ротор 10 перегоняет газовую смесь из полости 9 в теплообменник . Электрод 24 через электроразрядник 23 замыкается при вращении статора 8 и возбуждает импульс, который через оптический световод резонатора 17 попадает в зону резания. 8 ил. S 1 6 i ч 8 /I// , /

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3979584/25-08 (22) 25.11.85 (46) 23.04.87. Бюл. № 15 (75) В. П. Коротков (53) 621.91.079 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 944874, кл. В 23 Q 1111//1100, 1980. (54) РЕЗЕЦ (57) Изобретение относится к металлообработке, а именно к резцам с системой охлаждения. Целью изобретения является по(su 4 В 23 11 10 В 23 B 27 10 вышение стойкости резца за счет утилизации тепла в лазерное излучение. В результате испарения теплоносителя 3 в полости 4 вращается крыльчатка. которая через шестерни 21 и 22 вращает ротор 10 в статоре 8, установленном в державкс 1. Ротор 10 псрегоняет газовую смесь из полости 9 в теплообменник. Электрод 24 через электроразрядник 23 замыкается при вращении статора 8 и .возбуждает импульс, который через оптический световод резонатора 17 попадает в зону резания. 8 ил. (, )

CO

Сл

CD

CO (.Л

1305005

SO

Изобретение относится к металлообработке, а именно к резцам с системой охлаждения.

Цель изобретения — повышение стойкости резца за счет утилизации тепла в лазерное излучение.

На фиг. 1 изображен охлаждаемый резец, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, передняя часть; на фиг. 3 — то же, поперечный разрез; на фиг. 4 — индикаторная диаграмма — зависимость давления газа в камере переменного объема от ее объема; на фиг. 5 — 8 — схема работы камеры переменного объема, соответствующая характерным точкам индикаторной диаграммы.

Резец содержит державку 1, закрепленную на ней режущую пластину 2, теплоноситель 3, размещенный в полости 4 державки 1 с возможностью взаимодействия с пластиной 2 посредством капиллярно-пористого слоя 5, нанесенного на внутренние поверхности пластины 2 и полости 4, и вал 6 с приводной крыльчаткой 7. Кроме того, резец содержит установленный на державке 1 в полости 4 статор 8 с,камерой 9 переменного объема V, образованной наружной поверхностью ротора 10 и внутренней поверхностью статора 8, впускной 11 и выпускной 12 каналы, при этом ротор 10 кинематически связан с валом 6 приводной крыльчатки 7 посредством эксцентрикового вала 13 и зубчатой муфты 14. Выпускной канал 12 соединен с впускным каналом 11 через теплообменник -регенератор 15, заполненный газовой смесью 16. Камера 9 переменного объема снабжена оптическим резонатором 17, образованным зеркалами 18 и 19, а световод 20 оптического резонатора

17 для вывода лазерного излучения ориентирован на зону резания.

Профиль статора 8 выполнен в виде двухэпитрохоидной поверхности, охватывающей ротор 10, выполненный в виде трехгранного поршня. Для синхронизации пространст венного положения ротора-поршня с вращением эксцентрикового вала 13 служат сцепленные между собой шестерни 21 и 22 с внутренними и наружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе 10 и статоре 8, передаточное отношение которых равно 3/2.

Электроразрядник, например электрогидравлический разрядник 23, содержит неподвижный электрод 24, подключенный к исгочнику высокого напряжения (не показан), и подвижные электроды 25 — 27, выполненные в виде острых выступов на роторе 10.

Всего в статоре 8 образуется камера переменного объема из трех частей. Для предотвращения паразитного газообмена между ними в вершинах ротора 10 предусмотрены радиальные и кольцевые уплотнения, (не показаны).

t5

В качестве теплоносителя 3 может быть использован хладон типа К 1120 (трихлорэтилен).

Газовая смесь может состоять из газов

СО, N и Не, парциальное давление которых находится в отношении СО: N Не =

= 2:2:3. Энергия ионизации для указанных компонентов равна СΠ— 13, 79 эВ, N

15,58 эВ, Не — 24, 58 эВ. Общее давление газовой смеси 16 до 1 атм.

Зеркала 18 и 19 могут быть плоские, параллельные друг другу и образующие оптический резонатор 17 типа Фабри-Перо.

Оптический резонатор 17 может быть также конфокальным — составленным из двух вогнутых зеркал 18 и 19, удаленных друг от друга на расстояние, равное сумме их фокусных расстояний.

Резец работает следующим образом.

При нагреве резца в результате испарения теплоносителя 3, пропитывающего капиллярно-пористый слой 5 в передней части полости 4 державки 1, от режущей пластины 2 отводится в процессе резания значительное количество теплоты, равное скрытой теплоте парообразования теплоносителя 3, и температура режущей пластины 2 поддерживается равной температуре испарения теплоносителя 3 при заданном давлении.

Поток газообразной фазы теплоносителя 3, движущийся с большой скоростью к задней части полости 4 державки I за счет градиента давления, обеспечиваемого непрерывной конденсацией теплоносителя 3, вращает приводную крыльчатку 7 и кинематически связанный с ней посредством вала 6, зубчатой муфты 14 и эксцентрикового вала 13 ротора 10.

При вращении эксцентрикового вала 13 за счет обкатки шестерни 21 по шестерне 22 ротор 10 совершает сложное планетарное движение, в результате которого часть камеры 9 переменного объема изменяет свой объем V от Vw > до V»„, и свое пространственное положение, периодически сообщаясь с впускным 11 и выпускным 12 каналами. При этом осуществляются последовательно пять процессов, составляющих замкнутый термодинамический цикл и соответствующих определенным пространственным зонам положения ротора 10.

В процессе А-В впуска пространственное положение часть а камеры 10 переменного объема изменяется от нижнего положения до крайнего левого положения, объем

V изменяется от Ума до V . Процесс протекает при постоянном давлении Р и является изобарным. Результатом процесса является заполнение камеры 9 переменного объема свежей газовой смесью 16 из теплообменника-регенератора 15 через впускной канал 11 (точка В).

1305005

Формула изобретения

В процессе ВС сжатия пространственное положение части а камеры 9 переменно"о объема изменяется от крайнего левого положения до верхнего положения, объем изменяется от У „,„, до Ъ щ„, . Процесс протекает при постоянной энтропии и является адиабатным. Результатом процесса является сжатие газовой смеси 16, ее давление P повышается (точка С).

В процессе С- D разряда пространственное положение части а камеры 9 переменного объема ввиду малой длительности процесса практически не изменяется. Объем V не изменяется. Процесс протекает при постоянном объеме и является изохорным.

Электроды 24 и 25 электрогидравлического разрядника 23 максимально сближаются и между ними осуществляется электрический разряд. Результатом процесса является дальнейшее повышение давления газовой смеси !6 до максимального значения (точка D) и генерация мощного лазерного излучения.

Генерация мощного лазерного излучения осуществляется следующим образом.

Электрический разряд между электродами

24 и 25 электрогидравлического разрядника 23 ионизирует молекулы СО, N, Не газовой смеси 16. Неупругие соударения с электронами приводят к возбуждению молекул СОт и N (Не играет вспомогательную роль) в нижнее колебательное состояние. При этом существенно возрастает населенность состояния 00 1, которое обладает большим поперечным сечением по отношению к соударениям с N и с электронами.

Между уровнями 00 1 и !0 1 возникает инверсия, быстро достигается пороговый коэффициент усиления, и в оптическом резонаторе 17 происходит генерация мощного лазерного излучения, которое через зеркала

18 и 19 и световод 20 подводится к обрабатываемому изделию и осуществляет его бесконтактный нагрев и лазерное разупрочнение, существенно облегчающие процесс резания труднообрабатываемых жаропрочных материалов.

Повышение давления Р газовой смеси 6 происходит за счет релаксации колебательной энергии молекул газовой смеси 16 в тепловую энергию, в результате чего в части а камеры 9 переменного объема происходит импульсное выделение теплоты, газовая смесь 16 нагревается, и ее давление P повышается до максимального значения (точка D) .

Вместе с этим в процессе электрогидравлического разряда между электродами 24 и 25 электрогидравлического разрядника 23

35 генерируются акустические колебания широкого спектра частот, которые передаются режущей пластине 2 и в значительной мере интенсифицируют процесс резания.

В процессе 0-+Е расширения пространственное положение части а камеры 9 переменного объема изменяется от верхнего положения до крайнего правого положения, объем V изменяется от тнн до

Процесс протекает при постоянной энтропии и является адиабатным. Результатом процесса является расширение газовой смеси 16, и ее давление P понижается (точка Е). В этом процессе производится механическая работа и возникает вращающий момент, поддерживающий вращение ротора, В процессе Е->Л выпуска пространственное положение части а камеры 9 переменного объема изменяется от крайнего правого положения до нижнего положения, объем V изменяется от 3 иткс до

Процесс протекает при постоянном давлении P и является изобарным. Результатом процесса является опорожнение части а камеры 9 переменного объема от газовой смеси 16 в теплообменник-регенератор 15 через выпускной канал 12.

Восстановленная в теплообменнике-регенераторе 15 путем охлаждения газовая смесь 16 вновь поступает через впускной канал 11 в камеру 9 переменного объема V, осуществляемый термодинамический цикл з ам ы кается.

Так как в статоре 8 имеется три части камеры 9 переменного объема, то за один оборот эксцентрикового вала 13 осуществляется три полных термодинамических цикла. Этим достигается высокая, достигающая несколько кГц, частота следования импульсов мощного лазерного излучения.

Резец. содержащий державку с полостью, заполненной теплоносителем, и размегцснный в ней вал с приводной крыльчаткой, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости, он снабжен закрепленным в державке статором с камерой переменного объема, заполненной газовой смесью, вход и выход которого соединены между собой через введенный в резец теплообменник, размещенным в камере статора и связанным с валом ротором, установленным в статоре параллельно оси резца оптическим резонатором со световодом и электроразрядником, один из электродов которого размещен в статоре в зоне резонатора, а остальные — на поверхности ротора. (305005

17 c5 gg. 7<1

В

1О

7У и

2Z

9

1б

Фиг. 2

А-Б бС а I °

77 12 77

Фиг 9 (оставитель В. Ротницкая

Реда к тор О. <) у ги р Тех род И. Верес Корректор 1) Зимокосов

Заказ 13 (2<13 Тираж 787 1!одпис)и)е

I)I II (i II II I 1 )с,,(

1 13(13<), Мос«ва, Ж 35, Р<)) ьиская иа<)., д. -1 5

I <р<и, <и

74

73 11

Фиг. б Фиг.7 Фиг. 8