Устройство для охлаждения при алмазно-абразивной обработке

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке металлов резанием на шлифовальных станках. Устройство содержит камеру смешения смазочно-охлаждающей технологической смеси (СОТС) и газа и сопло для подвода газожидкостной СОТС в зону резания. В камере смешения в виде корпуса располагают концентратор с отверстиями для подачи СОТС и газа - двуокиси углерода. Концентратор представляет собой поршень, соединенный со штоком гидроударника, который формирует гидроудары определенной частоты и впрыскивает через сопло газожидкостную СОТС в зону резания. При обработке инструментом с аксиально смещенным режущим слоем сопло установлено подвижно с помощью боковин с петлями, закрепленными на подшипниковых опорах инструмента под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения инструмента. Сопло совершает продольно-возвратные движения синхронно осциллирующим перемещениям режущего слоя. Так как смесь выходит из сопла с большой скоростью, то температура в зоне резания при расширении газа снижается, эффективно охлаждая шлифованную поверхность, импульсная струя газожидкостной СОТС пробивает аэродинамический поток воздуха, а скорость вхождения смеси в контакт с режущим профилем круга приближается к скорости резания, что улучшает условия образования защитных карбонадно-окисных пленок на связке и зернах и повышает стойкость инструмента. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к чистовой обработке металлов резанием на шлифовальных станках, использующих вращающийся алмазно-абразивный инструмент.

Известно устройство для охлаждения при алмазном шлифовании, включающее подачу смазочно-охлаждающей технологической смеси (СОТС) и воздуха вне зоны резания, при этом воздух подают через башмак с расширительной камерой и отверстиями, на отраженный поток жидкости под углом 30-60^o к направлению подачи СОТС [1].

Недостатком известного устройства для охлаждения является снижение стойкости алмазно-абразивного инструмента с аксиально смещенным режущим слоем (АРС) и снижение эффекта отражения СОТС от круга из-за осцилляции АРС. При этом значительная часть потока жидкости не попадает на осциллирующую периферийную поверхность и, следовательно, не отражается от него, в результате чего эффект действия устройства отрицательный.

Задача изобретения - повышение стойкости абразивно-алмазного инструмента и снижение температуры алмазно-абразивной обработки.

Поставленная задача решается путем применения предлагаемого устройства для охлаждения при алмазно-абразивной обработке, содержащее камеру смешения смазочно-охлаждающей технологической смеси (СОТС) и газа, причем оно снабжено гидроударником, подпружиненным концентратором в виде поршня, установленным с возможностью взаимодействия со штоком гидроударника, и соплом для подвода в зону резания алмазно-абразивным инструментом газожидкостной СОТС, при этом камера смешения выполнена в виде корпуса с отверстиями для подачи СОТС и газа - двуокиси углерода, а поршень расположен в упомянутом корпусе с обеспечением впрыскивания в зону резания за счет гидроудара газожидкостной СОТС через сопло, связанное с камерой смешения.

Кроме того, алмазно-абразивный инструмент установлен под острым углом α к плоскости, перпендикулярной его продольной оси вращения с образованием аксиально смещенного режущего слоя с помощью втулки с коническим посадочным отверстием, двух подшипниковых опор, между которыми размещен инструмент, двух втулок с косым торцом и гайки, при этом устройство снабжено расположенным в радиальном пазу неподвижного кожуха инструмента стопором и закрепленными на упомянутых подшипниковых опорах под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения инструмента, боковинами с петлями, на которых установлено с возможностью продольно-возвратного движения синхронно осциллирующему перемещению режущего слоя инструмента сопло, удерживаемое от вращения стопором, закрепленным на боковине.

Предлагаемое устройство для охлаждения при алмазно-абразивной обработке поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено устройство крепления сопла к кожуху, вид сбоку, частичный разрез по А-А на фиг.2; на фиг.2 - вид спереди, продольный разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - принципиальная схема гидроударника; на фиг.4 - общий вид сбоку предлагаемого устройства, вид Г на фиг.2.

Устройство для охлаждения при алмазно-абразивной обработке состоит из следующих узлов: узел подвижного крепления сопла и узел приготовления газожидкостной смазочно-охлаждающей технологической смеси (СОТС).

Узел подвижного крепления сопла (фиг.1, 2, 4) устроен следующим образом. Так как алмазно-абразивный инструмент 1 установлен под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с целью получения аксиально смещенного режущего слоя, который обеспечивает снижение температуры в зоне обработки, то его крепление осуществляется с помощью втулки 2 с буртиком, имеющей коническое посадочное отверстие, сопрягаемое со шпинделем 3 станка.

На втулке 2 устанавливаются две подшипниковые опоры 4, между которыми через картонные прокладки закреплен под острым углом α к плоскости, перпендикулярной к оси вращения, алмазно-абразивный инструмент 1 с помощью гайки 5 и двух проставочных втулок 6 с косым под углом α торцом.

Крепление и привод подвижного сопла 7 осуществляется с помощью боковин 8, которые закреплены на подшипниковых опорах 4 под острым углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси вращения алмазно-абразивного инструмента с аксиально смещенным режущим слоем. Боковины 8 соединены с соплом 7 шарнирно с помощью петель 9.

По мере износа абразивного инструмента и уменьшения его диаметра имеется возможность радиального перемещения сопла 7 по боковинам 8 с целью установления минимального заданного зазора между соплом и абразивным инструментом для эффективной подачи газожидкостной СОТС в осциллирующую зону резания.

Подвижное в продольном направлении крепление сопла 7 на подшипниковых опорах 4 требует торможения и строгой ориентации сопла близ осциллирующей зоны резания, которые осуществляются с помощью стопора 10, вставленного в радиальный паз 11 неподвижного кожуха 12.

В колеблющееся в такт осциллирующей зоне резания сопло 7 подается газожидкостная СОТС через гофрированный металлорезиновый патрубок 13. Усиленный металлической оплеткой гофрированный патрубок 13 должен обладать высокой механической прочностью и эластичностью ввиду того, что СОТС поступает под импульсным давлением и прошедшая смесительную камеру гидроударника.

Второй узел - узел приготовления газожидкостной смазочно-охлаждающей технологической смеси (СОТС) состоит из гидроударника [2] и камеры смешения.

Гидроударник 14 со штоком 15 образуют камеру А¹ обратного хода, которая соединена с напорной магистралью, а также тормозную камеру G (фиг.3). Поршень 16 отделяет камеру В, заполненную газом, от гидравлической камеры, сообщающейся с напорной магистралью. Плунжер 17, имеющий проточку F, образует с корпусом камеру С рабочего хода, сообщающуюся последовательно с напорной и сливной магистралями посредством золотника 18, перемещаемого плунжерами 20 и 19, образующими с корпусом камеры управления D и возврата Е.

В исходном положении рабочая жидкость поступает из напорной магистрали через проточку F на плунжере 17 в камеру управления D, золотник 18 переключается, так как площадь плунжера управления 20 больше площади плунжера возврата 19, и камера С рабочего хода сообщается со сливной магистралью. Камера А¹ соединена с напорной магистралью, но обратный ход штока не происходит, так как кольцевой выступ на штоке остается в тормозной камере G.

Пружины 21 перемещают концентратор 22 со штоком 15 вверх (согласно фиг. 3), который выходит из тормозной камеры G. Дальнейший обратный ход штока будет осуществляться под действием жидкости, поступающей в камеру А¹.

В период переключения золотника и обратного хода штока происходит накопление жидкости в гидропневмоаккумуляторе напорной магистрали. При завершении обратного хода штока проточка F на плунжере 17 соединит камеру управления D со сливной магистралью и золотник 18 переключится под действием плунжера возврата 19 и сообщит камеру рабочего хода с напорной магистралью. Плунжер 17 и шток 15 под действием жидкости, поступающей в камеру С рабочего хода, ускоренно перемещаются в сторону концентратора 22. В начальной стадии движения, при низкой скорости штока, часть жидкости продолжает поступать от насоса в гидропневмоаккумулятор, сжимая в нем газ. С увеличением скорости штока растет потребление рабочей жидкости и при некоторой скорости штока станет равной расходу жидкости, поступающей из напорной магистрали, в этот момент давление жидкости достигает максимального значения за рабочий цикл. При дальнейшем увеличении скорости штока величина потребления превосходит подачу жидкости в камеру из напорной магистрали. Вследствие этого давление жидкости в камере и напорной магистрали падает.

При понижении давления жидкости в напорной магистрали начинает работать гидропневмоаккумулятор - под действием газа жидкость из его камеры вытесняется в напорную магистраль. Дополнительная подача жидкости из гидропневмоаккумулятора частично покрывает потребление жидкости на больших скоростях штока и предотвращает резкое падение давления жидкости в напорной магистрали и камере рабочего хода. Рабочий ход штока 15 завершается ударом концентратора 22 по СОТС, находящейся под ним.

При соударении концентратора с СОТС проточка сообщает камеру управления D с напорной магистралью, золотник 18 перемещается и соединяет камеру С рабочего хода со сливной магистралью. Одновременно с переключением золотника шток 15 завершает по инерции ход совместно с концентратором 22. В период совместного движения штока и концентратора кинетическая энергия, накопленная штоком, передается через концентратор рабочей жидкости, находящейся в зоне смесительной камеры 23, в виде импульса силы, вызывая кавитацию в зоне обработки и воздействуя на режущую поверхность абразивного инструмента.

Концентратор со штоком перемещается с большой скоростью, и шток входит в тормозную камеру G, дросселирует через кольцевой зазор между штоком и корпусом жидкость, отсеченную в полости, обеспечивая плавное торможение штока. Гашение скорости исключает удары по корпусу, а следовательно, его деформацию и повреждения.

Концентратор 22, находясь в смесительной камере 23, постоянно стремится занять верхнее положение (согласно фиг.3) под действием пружин 21, которые закреплены на осях 24.

Смесительная камера 23 через резиновые прокладки 24 жестко соединена с корпусом 25 гидроударника.

Сопло 7 соединено со смесительной камерой 23 концентратора 22 посредством металлорезинового патрубка 13. Для подвода рабочей жидкости под концентратор в зону смесительной камеры 23 в ней размещены штуцера 26 и 27, связанные с системами подачи СОТС и углекислого газа (не показаны) гофрированными патрубками.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Подвижное сопло 7 устанавливают как можно ближе к зоне обработки, через патрубок 13 которого подают газожидкостную СОТС к вращающемуся кругу 1 под импульсным давлением 0,1...0,5 МПа с частотой 50...250 Гц при расходе жидкости не менее 2...5 л/мин.

Приготовление газожидкостной СОТС осуществляют в смесительной камере 23, куда по патрубкам 26 и 27 подают СОТС и газ - двуокись углерода. Под импульсным действием концентратора 22 происходит интенсивное перемешивание и обогащение жидкости газом и впрыскивание смеси через сопло 7 в зону резания. Так как смесь выходит из сопла с большой скоростью, то, во-первых, температура в зоне резания при расширении газа снижается, эффективно охлаждая шлифованную поверхность, во-вторых, импульсная струя газожидкостной СОТС пробивает аэродинамический поток воздуха, образованный и вовлекаемый за собой вращающимся кругом, и эффективно, смачивая режущий профиль, производит охлаждение, и, в-третьих, скорость вхождения смеси в контакт с режущим профилем круга приближается к скорости резания, что улучшает условия образования защитных карбонадно-окисных пленок на связке и зернах.

В результате обогащения СОТС двуокисью углерода режущая поверхность круга входит в контакт не только с компонентами, входящими в жидкость, но и углеродом и кислородом. Присутствие повышенного содержания углекислого газа интенсифицирует образование на режущей поверхности круга - алмазных зернах и связке - защитных карбонадных окисных пленок, которые исключают непосредственный контакт зерен и связки с ювенильными поверхностями металла в момент резания.

Создание большого содержания газа в рабочей жидкости, а также впрыскивание ее под импульсным давлением в зону резания создают условия усиленного эффекта кавитационной эрозии, что позволяет повысить эффективность охлаждения и очистки режущей поверхности алмазно-абразивного инструмента с аксиально смещенным режущим слоем.

Возможность сопла 7 совершать продольно-возвратные движения синхронно осциллирующим перемещениям периферийной зоны резания алмазно-абразивного инструмента с аксиально смещенным режущим слоем позволяет целенаправленно расходовать СОТС и отслеживать вибрационную зону контакта потоком жидкости без потери ею скорости.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает повышение стойкости алмазно-абразивных кругов в 1,5. . . 2 раза и снижение теплонапряженности шлифования, которое позволяет интенсифицировать процесс резания, увеличивая производительность и улучшая качество обработки.

Источники информации 1. Авт. св. СССР 1273237, МКИ B 24 B 55/02. Способ охлаждения при алмазном шлифовании. Л.И. Ящерицын, В.В. Смоляк и др.

2. Ушаков Л. С. , Котылев Ю.Е., Кравченко В.А. Гидравлические машины ударного действия. М., Машиностроение, 2000, с. 128-130.

Формула изобретения

1. Устройство для охлаждения при алмазно-абразивной обработке, содержащее камеру смешения смазочно-охлаждающей технологической смеси (СОТС) и газа, отличающееся тем, что оно снабжено гидроударником, подпружиненным концентратором в виде поршня, установленным с возможностью взаимодействия со штоком гидроударника, и соплом для подвода в зону резания алмазно-абразивным инструментом газожидкостной СОТС, при этом камера смешения выполнена в виде корпуса с отверстиями для подачи СОТС и газа - двуокиси углерода, а поршень расположен в упомянутом корпусе с обеспечением впрыскивания в зону резания за счет гидроудара газожидкостной СОТС через сопло, связанное с камерой смешения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что алмазно-абразивный инструмент установлен под острым углом α к плоскости, перпендикулярной его продольной оси вращения, с образованием аксиально смещенного режущего слоя с помощью втулки с коническим посадочным отверстием, двух подшипниковых опор, между которыми размещен инструмент, двух втулок с косым торцом и гайки, при этом устройство снабжено расположенным в радиальном пазу неподвижного кожуха инструмента стопором и закрепленными на упомянутых подшипниковых опорах под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения инструмента, боковинами с петлями, на которых установлено с возможностью продольно-возвратного движения синхронно осциллирующему перемещению режущего слоя инструмента сопло, удерживаемое от вращения стопором, закрепленным на боковине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4