Патент на изобретение №2274539

(54) СПОСОБ ПОДАЧИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ В ЗОНУ ШЛИФОВАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при обработке шлифовальным кругом с аксиально-смещенным режущим слоем с подачей смазочно-охлаждаюшей жидкости (СОЖ). СОЖ подают через сопла в конические шайбы-воронки с наклонными лопастями на их внутренней поверхности на торцы круга с аксиально-смещенным режущим слоем. Круг имеет ступицу и синусоидальный диск с периферийным аксиально-смещенным режущим слоем. Последний выполнен из условия образования радиальных торцовых впадин и выступов, расположенных в шахматном порядке на торцах круга. Конические шайбы-воронки используют с отверстиями в основании конусов для подвода СОЖ к торцам круга. Совмещают отверстия в шайбах-воронках с радиальными торцовыми впадинами круга, величина которых в осевом направлении круга равна половине высоты круга по выступам. Приведена расчетная формула для определения количества торцовых выступов в зависимости от степени понижения температуры. В результате обеспечивается целенаправленная подача СОЖ поливом, уменьшается температура заготовки, улучшаются условия выноса шлама из зоны резания, снижается вероятность появления прижогов и микротрещин, что способствует повышению качества и производительности обработки. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к станкостроению, а именно к способам подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону алмазно-абразивной металлообработки инструментом с аксиально-смещенным режущим слоем свободно падающей, напорной и воздушно-жидкостной струей с торцов круга.

Известен способ подачи СОЖ в зону при круглом шлифовании, согласно которому при вращении круга вращаются воронки и СОЖ через отверстия в осях попадает во внутренние полости воронок, а оттуда – на торцы круга [1]. Между большими основаниями воронок и торцами круга образован зазор, размер которого лежит в определенных пределах. СОЖ, вытекая через зазор, омывает торцы и проникает в поры круга, при этом за счет лопастей в воронках происходит кавитация СОЖ в слое около торцов круга, что улучшает условия очистки и проникновения СОЖ в поры круга.

Существенным недостатком известного способа является значительная модернизация оборудования, необходимая для реализации этого способа, которая потребует большого количества средств и времени при внедрении, что повышает себестоимость готовой продукции, а сложность конструкции устройства, требующая дополнительный привод, снижает надежность ее работы и усложняет обслуживание и эксплуатацию. Кроме того, эффективность подача СОЖ через поры круга с течением времени резко снижается по причине засорения и закупорки пор круга отходами шлифования и загрязнением СОЖ, а это приводит к быстрому засаливанию круга и прижогам на обрабатываемой поверхности заготовок.

Другим недостатком известного способа является невозможность использования его при применении высокоэффективных снижающих температуру шлифования кругов с аксиально-смещенным режущим слоем.

Задача изобретения – повышение эффективности охлаждения за счет улучшения условий проникновения СОЖ между торцовыми воздушными потоками и торцами круга непосредственно в осциллирующую зону резания за счет образования приторцовых впадин и целевое направление в них приторцовых потоков СОЖ, способствующих обеспечению равномерного охлаждения всей осциллирующей площади контакта круга и изделия, а также повышению качества, производительности шлифования труднообрабатываемых материалов, склонных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин и стойкости круга благодаря уменьшению засаливаемости.

Это достигается применением способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону шлифования, включающий ее подачу через сопла в конические шайбы-воронки с наклонными лопастями на их внутренней поверхности на торцы круга, причем подачу СОЖ осуществляют на торцы алмазно-абразивного круга с аксиально-смещенным режущим слоем, который закрепляют на шпинделе с помощью упомянутых шайб-воронок и имеет ступицу и синусоидальный диск с периферийным аксиально-смещенным режущим слоем, выполненный из условия образования радиальных торцевых впадин и выступов, расположенных в шахматном порядке на торцах круга, при этом используют конические шайбы-воронки с отверстиями в основании конусов для подвода СОЖ к торцам круга и устанавливают их с торцов круга, совмещая отверстия в шайбах-воронках с радиальными торцевыми впадинами круга, величина которых в осевом направлении круга равна половине высоты круга по выступам, причем количество торцовых выступов n круга определяют в зависимости от степени понижения температуры по формуле:

n=·D/P,

где D – наружный диаметр круга, м;

Р – период синусоиды, определяемый по формуле:

P=2(B/2)²·V_и·C/(10·a),

В – высота круга по вершинам, м;

V_и – частота вращения инструмента, м/с;

а – температуропроводность материала заготовки, м²/с;

С – коэффициент синусоидальности, определяемый по формуле:

С=(1-k_k)/(k_А+k_B·V_отн),

V_отн – относительная скорость перемещения заготовки, определяемая по формуле:

V_з – частота вращения заготовки, м/с;

k_k, k_A, k_B – коэффициенты, зависящие, соответственно, от относительной скорости и степени понижения температуры, имеющие значения соответственно степени понижения температуры на 10%, 20%, 30%, 40% – k_k10%=0,18; k_A10%=1; k_B10%=0,1; k_k20%=0,28; k_A20%=1; k_B20%=0,32; k_30%=0,53; k_A30%=0,53, k_B30%=0,75; k_k40%=0,74, k_A40%=5; k_B40%=1,7.

Сущность способа поясняется чертежами.

На фиг.1 приведено устройство, реализующее предлагаемый способ подачи СОЖ, частичный продольный разрез; на фиг.2 – вид слева по А на фиг.1; на фиг.3 – общий вид шлифовального круга, имеющего ступицу и синусоидальный диск с периферийным аксиально-смещенным режущим слоем; на фиг.4 – развертка следа круга (размером в пол-оборота) на обрабатываемой поверхности с указанными зонами попадания СОЖ и торцовыми воздушными потоками.

Предлагаемый способ предназначен для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону шлифования через сопла и конические шайбы-воронки на торцы круга с аксиально-смещенным режущим слоем.

СОЖ через два сопла 1 подается на торцы алмазно-абразивного круга 2, выполненного с возможностью размещения на инструментальном шпинделе 3 шлифовального станка (не показан). Круг снабжен двумя коническими шайбами-воронками 4 с наклонными лопастями 5 на их внутренней конической поверхности и с отверстиями 6 в основании конусов для подвода СОЖ к торцам круга 2. Шайбы-воронки 4 установлены с каждого торца круга 2, который получают известными способами, например формованием, и который имеет ступицу 7, синусоидальный диск 8 с периферийным аксиально-смещенным режущим слоем 9 из условия образования радиальных торцевых впадин 10, 11 и выступов, расположенных в шахматном порядке на торцах круга 2.

Отверстия 6 расположены в основании конусов шайб-воронок 4, по форме представляют собой пол-эллипса, по количеству равны количеству впадин на торцах круга и при сборке совпадают с радиальными торцевыми впадинами 10 и 11 круга 2.

В процессе вращения круга СОЖ из сопел 1 подается в круговую коническую шайбу-воронку 4, захватывается лопастями 5, заполняет внутреннее коническое пространство воронки и попадает в отверстия 6. Вытекая под действием центробежной силы из отверстий 6 воронок 4, СОЖ растекается по радиальным пазам 10 и 11 круга 2, которые расположены против отверстий и расширяются к периферии круга, заставляя СОЖ свободно течь к периферийной рабочей поверхности абразивного круга. Торцовые воздушных потоки, энергия которых настолько велика, что достаточна для отбрасывания струй СОЖ, подаваемых извне свободным поливом при работе традиционных кругов, в данном случае действуют только по вершинам синусоидальных торцов круга и не препятствуют попаданию СОЖ в зону обработки. СОЖ под действием центробежной силы вытекает по радиальным пазам 10 и 11 и охлаждает свободным поливом только что освобожденную благодаря осцилляции круга зону резания.

Число торцовых радиальных пазов n определяется в зависимости от степени понижения температуры [3] по формуле:

где D – наружный диаметр круга, м;

Р – период синусоиды, определяемый по формуле:

В – высота круга по вершинам, м;

V_и – частота вращения инструмента, м/с;

а – температуропроводность материала заготовки, м²/с,

С – коэффициент синусоидальности, определяемый по формуле:

V_отн – относительная скорость перемещения заготовки, определяемая по формуле:

V_з – частота вращения заготовки, м/с;

k_A, k_B – коэффициенты, зависящие от степени понижения температуры, выбираются по таблице;

k_k – коэффициент, зависящий от относительной скорости, выбирается по таблице

Величина впадин В_вп в осевом направлении равна половине высоты В круга, взятая по выступам.

Предлагаемый способ, реализуемый кругом, имеющим удобную для закрепления его на шпинделе с помощью шайб-воронок ступицу с торцами, перпендикулярными продольной оси, а диск – синусоидальную форму с периферийным аксиально-смещенным режущим слоем, позволяет:

– снизить температуру шлифования в зоне контакта на 30…40%;

– шлифовать заготовки с более форсированными режимами, не вызывая появления прижогов и микротрещин. За счет этого производительность обработки возрастает в 2…3 раза;

– сохранять длительное время хорошую режущую способность зерен, работающих в режиме самозатачивания, число правок уменьшить в 3…5 раз, общую стойкость кругов увеличить в 2…3 раза;

– сократить брак и добиться виброустойчивости на операциях шлифования заготовок из сталей и сплавов, предрасположенных к прижогам и трещинам;

– существенно улучшить условия проникновения СОЖ в зону обработки.

Пример 1. Определить количество торцовых впадин для подачи СОЖ и геометрические параметры абразивного круга с синусоидальной торцовой поверхностью и аксиально-смещенным режущим слоем для круглого и плоского шлифования периферией круга.

Режимы шлифования: частота вращения круга V_и=35 м/с, частота вращения заготовки V_з=0,5 м/с; глубина шлифования t=0,25·10^-3 м; наружный диаметр инструмента D_и=0,2 м; высота круга В=0,02 м; материал заготовки – сталь 12Х2Н4А с температуропроводностью а=3·10^-6 м²/с; степень понижения температуры k_T=30%.

Определяем относительную скорость перемещения заготовки по формуле:

Определяем коэффициент синусоидальности по формуле:

Определяем величину периода синусоиды по формуле:

Из полученных данных определяем число торцовых впадин на круге с синусоидальной периферией диаметром 200 мм:

Округляем число торцовых впадин до n=8 и определяем параметры алмазно-абразивного круга с синусоидальной периферией:

Принимаем величину впадин в осевом направлении В_вп=В/2=10 мм.

Пример 2. По данным примера 1 определить число торцовых впадин для понижения температуры на 10%, 20% и 40%.

Произведя расчеты по выше приведенным формулам определяем число торцовых впадин для понижения температуры на 10%, 20% и 40% для круга диаметром 200 мм, соответственно, n_10%=1; n_20%=2; n_40%=20.

Наличие у круга у торцовых поверхностей радиальных пазов и шайб-воронок обеспечивает целенаправленную подачу СОЖ поливом, уменьшает температуру заготовки не только в результате лучшего подвода СОЖ, но и вследствие меньшего трения круга о поверхность заготовки, а это, безусловно, уменьшает опасность появления прижогов и шлифовочных трещин на шлифуемой поверхности.

Предлагаемый способ подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону шлифования улучшает условия выноса шлама из зоны резания, снижает вероятность появления прижогов и микротрещин, что повышает производительность процесса обработки и обеспечивает возможность повышения износостойкости инструмента с аксиально-смещенным режущим слоем и снижает расход абразива.

Источники информации

1. А.с. СССР 1373549, МКИ⁴ В 24 В 55/02. Устройство для подачи СОЖ через поры круга. Е. С. Киселев и др. 4124275/31-08, 24.09.86; 15.02.88; Бюл. №6 – прототип.

2. Кащук В.А., Верещагин А. Б. Справочник шлифовщика. – М.: Машиностроение, 1988. – С.245.

3. Якимов А.В. Абразивно-алмазная обработка фасонных поверхностей. – М.: Машиностроение, 1984. – С.118-124.

Формула изобретения

Способ подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону шлифования, включающий ее подачу через сопла в конические шайбы-воронки с наклонными лопастями на их внутренней поверхности на торцы круга, отличающийся тем, что подачу СОЖ осуществляют на торцы алмазно-абразивного круга с аксиально-смещенным режущим слоем, который размещают на шпинделе с помощью упомянутых шайб-воронок и имеет ступицу и синусоидальный диск с периферийным аксиально-смещенным режущим слоем, выполненный из условия образования радиальных торцовых впадин и выступов, расположенных в шахматном порядке на торцах круга, при этом конические шайбы-воронки используют с отверстиями в основании конусов для подвода СОЖ к торцам круга и устанавливают их с торцов круга, совмещая отверстия в шайбах-воронках с радиальными торцовыми впадинами круга, величина которых в осевом направлении круга равна половине высоты круга по выступам, причем количество торцовых выступов n определяют в зависимости от степени понижения температуры по формуле

n=·D/P,

где D – наружный диаметр круга, м;

Р – период синусоиды, определяемый по формуле

P=2(B/2)²·V_И·C.(10·a);

В – высота круга по вершинам, м;

V_И – частота вращения инструмента, м/с;

а – температуропроводность материала заготовки, м²/с;

С – коэффициент синусоидальности, определяемый по формуле

C=(1-k_k)/(k_A+k_B·V_отн);

V_отн – относительная скорость перемещения заготовки, определяемая по формуле

V_отн=V_З·B/2a;

V_З – частота вращения заготовки, м/с;

k_k, k_A и k_B – коэффициенты, зависящие, соответственно, от относительной скорости и степени понижения температуры и имеющие следующие значения соответственно степени понижения температуры на 10%, 20%, 30%, 40% – k_k10%=0,18; k_A10%=1; k_B10%=0,1; k_k20%=0,28; k_A20%=1; k_B20%=0,32; k_k30%=0,53; k_A30%=4; k_B30%=0,75; k_k40%=0,74; k_A40%=5; k_B40%=1,7.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.09.2006

Извещение опубликовано: 20.05.2008 БИ: 14/2008