Устройство и способ определения коэффициента усадки стружки

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к токарной обработке, и может быть использовано для определения деформаций срезаемого слоя при резании металлов. Устройство выполнено в виде заполненной жидкостью и установленной в вертикальное положение емкости в виде пустотелого цилиндра, в котором размещен поршень. Внутренняя поверхность емкости снабжена кольцевым выступом, предназначенным для взаимодействия с торцом поршня. Поршень, установленный с возможностью перемещения вдоль оси емкости, снабжен выемкой, предназначенной для размещения в ней отрезка стружки. В верхней части емкости установлена герметично закрывающая ее крышка, снабженная отверстием. Емкость посредством гибкой трубки соединена с вертикально установленной стеклянной трубкой, в которой выполнено отверстие в виде капилляра. На трубке нанесена тарированная шкала, предназначенная для отсчета уровня жидкости в капилляре. Способ заключается в точении на станке заготовки с установленными величинами глубины резания и подачи. При этом срезают с заготовки слой обрабатываемого материала, который превращают в стружку. Затем отделяют отрезок стружки и размещают в емкости, заполненной жидкостью, измеряют объем жидкости, вытесненной в капилляр из емкости отрезком стружки, и определяют коэффициент усадки стружки по формуле. Технический результат заключается в повышении точности и надежности определения коэффициента усадки стружки и упрощение процесса измерения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для определения деформаций срезаемого слоя при резании металлов.

Известно устройство для измерения усадки стружки, состоящее из двух частей: постоянного корпуса и регулируемого корпуса, которые устанавливают и крепят относительно друг друга с помощью винта [А.С. 404609 СССР, B 23 Q l5/00. Устройство для измерения усадки стружки / Плющ Ю.А. - №1746199/25-8, Заявл. 08.02.72; Опубл. 22.10.73, Бюл. №44 (прототип)]. Корпуса снабжены углублениями, в которых размещены стеклянные трубки. Стеклянные трубки наполнены машинным маслом на одном уровне, определяемом по делениям шкалы, нанесенной на корпусы. Стеклянные трубки закреплены винтом и снабжены наконечниками. Резиновое кольцо-уплотнитель предназначено для герметизации, и фиксирует стеклянные трубки в заданном положении, и не пропускает масло из наконечников в корпусах. В наконечники установлены шарики с возможностью вращения и соприкосновения со стружкой и обрабатываемой поверхностью, при точении. Шарик, установленный в наконечнике постоянного корпуса, приводят в соприкосновение с поверхностью стружки, а шарик, установленный в наконечнике регулируемого корпуса, приводят в соприкосновение с поверхностью обрабатываемой заготовки. При вращении шариков расходуется находящееся в стеклянных трубках масло. Так как скорость перемещения шарика по поверхности стружки и обрабатываемой поверхности (заготовки) неодинаковы, расход масла в трубках различается. Показания уровня остатка масла в трубках снимают с левой и правой частей шкалы. Коэффициент усадки стружки определяют как отношение числа делений на левой части шкалы к числу на правой части шкалы.

Однако это устройство не позволяет с достаточной точностью и надежностью измерять коэффициент усадки стружки вследствие того, что вибрации, сопровождающие процесс резания, приводят к прерывистости контакта шариков с поверхностями заготовки и стружки. Корпусы с открытыми трубками, заполненными маслом, при измерениях приходится наклонять, что приводит к возможности разлива масла и затруднениям при работе. Также вызывает затруднение одновременное касание шариками двух поверхностей (заготовки и стружки), перемещающихся с разной динамикой, причем при образовании суставчатой стружки скорость ее движения является периодически изменяющейся, что также снижает точность измерений.

Известен способ определения коэффициента усадки стружки, в котором устанавливают на станке заготовку, глубину резания t и подачу S, точением срезают с заготовки слой обрабатываемого материала, превращающийся в стружку, и отделяют отрезок стружки. Измеряют длину отрезка стружки l_cтp и взвешивают отрезок стружки на весах [Машевич З.А. Основы учения о резании металлов и режущий инструмент. - Машгиз, 1957: Стр. 58-61]. Коэффициент усадки стружки рассчитывают по формуле:

где l₀ - длина пути, проходимая резцом при резании, мм;

l_стр - длина отрезка стружки, мм;

f_cтp - площадь поперечного сечения стружки, мм²;

f - площадь поперечного сечения срезаемого слоя, мм²;

V_стр - объем отрезка стружки, мм³;

t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

g - вес отрезка стружки, г;

γ - удельный вес обрабатываемого материала, г/мм³.

Для определения удельного веса обрабатываемого материала γ изготавливают образец материала как правило в форме цилиндра, взвешивают образец на весах и определяют вес образца g_oб. Далее измеряют диаметр D_oб, высоту l_об образца и вычисляют его объем по формуле:

где D_oб - диаметр образца, мм;

l_об - высота образца, мм.

Удельный вес материала образца рассчитывают по выражению:

где g_oб - вес образца, г;

V_oб - объем образца, мм³.

Однако этот способ не позволяет с достаточной точностью определять коэффициент усадки стружки вследствие накапливания погрешностей, возникающих при взвешивании отрезка стружки и образца, при измерении размеров образца и при определении удельного веса материала образца.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка технологии определения коэффициента усадки стружки.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении точности и надежности определения коэффициента усадки стружки, путем исключения неустойчивого контакта шариков с поверхностями заготовки и стружки при точении, исключения взвешивания стружки, исключения изготовления образца, исключения измерения его размеров, исключения взвешивания и определения удельного веса образца, а также использования капилляра для повышения точности измерения объема жидкости.

Указанный технический результат по объекту - устройство достигается тем, что в устройстве для определения коэффициента усадки стружки, содержащем заполненную жидкостью и установленную в вертикальное положение емкость в виде цилиндра, внутренняя поверхность емкости снабжена уступом, предназначенным для взаимодействия с торцом поршня, установленного в емкости с возможностью перемещения вдоль его оси. Причем поршень снабжен выемкой, предназначенной для размещения в ней отрезка стружки. В верхней части емкости установлена герметично закрывающая его крышка. Крышка снабжена наконечником с отверстием, на котором закреплен конец гибкой трубки, предназначенной для перекачивания жидкости из емкости в установленную вертикально стеклянную трубку. Стеклянная трубка снизу снабжена наконечником, на котором закреплен другой конец гибкой трубки. При этом отверстие в трубке выполнено в виде капилляра, а на трубке нанесена тарированная шкала.

Указанный технический результат по объекту - способу достигается тем, что в способе определения коэффициента усадки стружки при точении на станке с установленными величинами глубины резания и подачи, срезают с заготовки слой обрабатываемого материала, превращающегося в стружку, отделяют отрезок стружки и измеряют его длину. Измеряют объем отрезка стружки и определяют коэффициент усадки стружки по выражению:

где а_стр - толщина стружки, мм;

а_среза - толщина среза, мм;

f_стр - площадь поперечного сечения стружки, мм²;

f_среза - площадь поперечного сечения срезаемого слоя, мм²;

d - диаметр капилляра в стеклянной трубке, мм;

H₁ - начальный уровень жидкости в капилляре стеклянной трубки, мм;

Н₂ - конечный уровень жидкости в капилляре стеклянной трубки, мм;

t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

l_стр - длина отрезка стружки, мм.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку образует единый изобретательский замысел, причем один заявленных объектов группы - устройство предназначено для осуществления другого заявленного объекта группы - способа определения коэффициента усадки стружки. При этом оба объекта направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

Преимуществом заявляемых устройства и способа определения коэффициента усадки стружки является использование капилляра для повышения точности измерения объема жидкости, вытесненной из емкости отрезком стружки, а также более высокая точность и надежность определения коэффициента усадки стружки вследствие исключения погрешностей, возникающих при взвешивании стружки, измерении размеров, определении объема и удельного веса материала образца.

Устройство и способ поясняются чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг.2 и фиг.3 показано крепление гибкой трубки к наконечнику крышки емкости и стеклянной трубке, на фиг.4-8 показана последовательность работы по определению коэффициента усадки стружки с использованием устройства для его определения. Стрелками на фиг.4-7 обозначено направление движения поршня.

Устройство содержит емкость 1 в виде установленного вертикально пустотелого цилиндра, заполненного жидкостью 2. Цилиндрическая внутренняя поверхность 3 емкости 1 в верхней части выполнена с кольцевым уступом 4, который предназначен для взаимодействия с торцом 5 поршня 6, установленного с возможностью вертикального перемещения вдоль оси 7 цилиндра 1. Поршень 6 снабжен выемкой 8, предназначенной для размещения в ней отрезка стружки 9. В верхней части 10 емкости 1 установлена герметично закрывающая его крышка 11. Крышка 11 снабжена отверстием 12, проходящим через наконечник 13 крышки 11, на котором закреплен конец 14 гибкой трубки 15, предназначенной для перекачивания жидкости 2 из емкости 1 в стеклянную трубку 16, установленную в вертикальное положение. Другой конец 17 гибкой трубки 15 закреплен на наконечнике 18 стеклянной трубки 16. В стеклянной трубке 16 выполнено сквозное отверстие в виде капилляра 19 диаметром d. На стеклянной трубке 16 нанесена тарированная шкала 20, предназначенная для отсчета уровня жидкости 2 в капилляре 19.

Способ определения коэффициента усадки стружки с использованием устройства осуществляют следующим образом.

На станке устанавливают заготовку, устанавливают величину глубины резания t и подачи S. При точении срезают с заготовки слой обрабатываемого материала, превращающегося в стружку. Отделяют отрезок 9 стружки и измеряют его длину l_cmp. В емкость 1, установленную в вертикальное положение, заливают жидкость 2. Сверху емкость 1 герметично закрывают крышкой 11. К наконечнику 13 крышки 11 присоединяют конец 14 гибкой трубки 15. Другой конец 17 гибкой трубки 15 закрепляют на наконечнике 18 стеклянной трубки 16. Вручную или другим известным способом перемещают поршень 6 в крайнее верхнее положение (положение A₁) (см. фиг.4) до соприкосновения торца 5 поршня 6 с уступом 4 емкости 1, при этом жидкость 2 перекачивают через гибкую трубку 15 из емкости 1 в капилляр 19 стеклянной трубки 16. Производят начальный отсчет уровня H₁ жидкости 2 в капилляре 19 по тарированной шкале 20 стеклянной трубки 16 (см. фиг.4). Поршень 6 отводят в крайнее нижнее положение (положение А₂) (см. фиг.6). При этом жидкость 2 откачивают из капилляра 19 стеклянной трубки 16 через гибкую трубку 15 в емкость 1. Снимают крышку 11, и размещают отрезок стружки 9 в выемке 8 поршня 6, заполненный жидкостью 2 (см. фиг.6). Емкость 1 герметично закрывают крышкой 11 и вторично перемещают поршень 6 в крайнее верхнее положение (положение А₃) (см. фиг.7) до соприкосновения торца 5 поршня 6 с уступом 4 емкости 1. При этом жидкость 2 перекачивают через гибкую трубку 15 из емкости 1 в капилляр 19 стеклянной трубки 16. Производят повторный отсчет уровня Н₂ жидкости 2 в капилляре 19 стеклянной трубки 16 по шкале 20 (см. фиг.7). Коэффициент усадки стружки определяют по выражению:

где d - диаметр капилляра, мм;

H₁ - начальный уровень жидкости в капилляре стеклянной трубки, мм;

Н₂ - конечный уровень жидкости в капилляре стеклянной трубки, мм;

t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

l_сmp - длина отрезка стружки, мм.

Такая реализация способа определения коэффициента усадки стружки и устройства для его осуществления вследствие исключения погрешностей, возникающих при динамическом контакте шариков с поверхностями заготовки и стружки при взвешивании стружки, исключения измерений размеров, исключения необходимости определения объема и удельного веса материала образца, а также вследствие использования капилляра для повышения точности измерения, позволяет повысить точность определения коэффициента усадки стружки.

1. Устройство для определения коэффициента усадки стружки, содержащее заполненную жидкостью стеклянную трубку с отверстием, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит емкость, заполненную жидкостью и установленную в вертикальное положение, внутренняя поверхность которой в верхней части снабжена кольцевым выступом, предназначенным для взаимодействия с торцем поршня, установленного в емкости с возможностью перемещения вдоль ее оси, причем поршень снабжен выемкой, предназначенной для размещения в ней отрезка стружки, а в верхней части емкости установлена герметично закрывающая ее крышка, снабженная отверстием, при этом емкость посредством гибкой трубки соединена с вертикально установленной стеклянной трубкой, в которой выполнено отверстие в виде капилляра, а на трубке нанесена тарированная шкала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкость выполнена в виде цилиндра.

3. Способ определения коэффициента усадки стружки, в котором при точении на станке, с установленными величинами глубины резания и подачи, срезают с заготовки слой обрабатываемого материала, превращающегося в стружку, отделяют отрезок стружки и измеряют его длину, отличающийся тем, что используют устройство согласно пп.1 и 2, в котором отрезок стружки размещают в емкости, заполненной жидкостью, измеряют объем жидкости, вытесненной в капилляр из емкости отрезком стружки, и определяют коэффициент усадки стружки по выражению:

где d - диаметр капилляра, мм;

H₁ - начальный уровень жидкости в капилляре стеклянной трубки, мм;

Н₂ - конечный уровень жидкости в капилляре стеклянной трубки, мм;

t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

l_стр - длина отрезка стружки, мм.