ОХЛАЖДАЕМЫЙ РЕЗЕЦ Российский патент 1994 года по МПК B23B27/10 B23Q11/10 

Изобретение относится к обработке металлов резанием, а именно к резцам с внутренним охлаждением.

Известен резец с внутренним охлаждением, в державке которого выполнена наклонная полость. С одной стороны наклонная полость закрыта режущей пластиной, с другой стороны к наклонной полости подсоединена трубка из теплопроводного материала. Полость частично заполнена охлаждающей средой. Трубка из теплопроводного материала соединена с помощью трубопровода с резервуаром, который заполнен инертным газом. Между тепловодной трубкой и трубопроводом расположена низкотеплопроводная вставка, изолирующая первое от газового резервуара для уменьшения колебаний температуры внутри последнего, что увеличивает точность регулирования зоны конденсации при работе. Трубка из теплопроводного материала снабжена охлаждающей радиационной поверхностью-холодильником. Однако сложность и громоздкость конструкции, необходимость использования при изготовлении и эксплуатации, большое количество разнородных материалов и веществ являются существенными и главными недостатками вышеназванного резца.

Кроме того, утверждение авторов о наличии во внутренней полости резца при его работе, границы раздела пар-газ не соответствуют действительности, т. к. при работе вышеназванного резца в его внутренней полости имеют место явления диффузии возникающие тогда, когда в газовой смеси существует разность (градиент) концентрации какого-либо компонента. Процесс диффузии в этом случае приводит к исчезновению градиента и превращает неоднородную газовую смесь в однородную, а разность температур во внутренней полости вышеназванного резца, обеспечивающей термодиффузию, создает конвективное течение газовой смеси (пар + инертный газ). В результате такой конвекции нагретая часть газовой смеси (пар + инертный газ) движется относительно холодной части (инертный газ), образуя противоток. При этом происходит интенсивное перемешивание паров воды с инертным газом, например азотом, и образование границы раздела пар-газ физически не возможен.

Известен резец с внутренним охлаждением, содержащий корпус, в котором со стороны режущей пластинки выполнена полость, частично заполненная теплоносителем. Между режущей пластинкой и полостью резца расположена прокладка, выполненная из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например, из меди. К корпусу резца шарнирно присоединена трубка, также выполненная из теплопроводного материала, например меди. В качестве теплоносителя могут быть использованы вода либо легкокипящие жидкости, например один из видов фреонов.

В трубке размещен поршень со штоком, выведенным за ее свободный торец и имеющим на своей наружной поверхности кольцевые проточки. В сквозном поперечном отверстии свободного конца трубки размещен стержень с проточкой, входящий в один из кольцевых проточек штока и подпружиненный с одной стороны упругой пластинкой, закрепленной на трубке посредством кольца. В поршне размещен обратный клапан, соединенный с атмосферой через сквозное отверстие штока. На наружной поверхности трубки могут быть выполнены ребра, а на свободном конце штока для удобства пользования - рукоятка. Основным недостатком вышеназванного резца наряду со сложностью и громоздкостью его конструкции является и то, что для изменения температурного режима трубки-теплоносителя необходимо как вмешательство рабочего, так и дополнительное оборудование.

Известен также резец с внутренним охлаждением, содержащий державку с герметичным каналом, частично заполненным жидкостью, установленную в каналах втулку из электроизоляционного материала, размещенный в канале поршень с токопроводящим штоком, связанный со штоком и размещенный во втулке электроизолятор, два электроконтакта, один из которых установлен на штоке, а другой установлен во втулке с возможностью взаимодействия со штоком и электроизолятором и подпружинен пружиной относительно державки, и режущую пластинку, закрепленную на державке. Кроме того, поршень подпружинен относительно втулки пружиной. Электроконтакты связаны с системой управления станка. При обработке режущая пластина нагревается. Тепло через пластинку передается на державку с жидкостью. Жидкость испаряется, охлаждая при этом державку. По достижении в канале давления, превышающего давление пружины, поршень перемещается вместе со штоком. При этом электроизолятор перемещается относительно контакта до тех пор, пока не замкнется контакт с токопроводящим штоком. Электрическая цепь замыкается и в систему управления станка поступает сигнал на отвод резца от детали для его охлаждения или на изменение режимов резания [1].

Резец имеет следующие недостатки: теплообмен между режущей пластиной и теплоносителем, в качестве которого используется жидкость, осуществляется через материал державки (стали марок У8 или У9, У10, 40Х, 45Х), который обладает небольшим значением коэффициента теплопроводности, вследствие чего не обеспечивается достаточно эффективный теплоотвод от режущей пластины в глубь державки резца, что приводит к интенсивному нагреву передней части корпуса державки резца. При этом все более интенсивно испаряется жидкий теплоноситель, находящийся в передней части герметичного канала, выполненного вдоль корпуса державки резца. Теплоотвод к жидкому теплоносителю через внутреннюю поверхность передней части корпуса державки резца превысит теплоотвод от него в глубь корпуса державки резца, испарившимся теплоносителем, через внутреннюю поверхность герметичного канала не ограниченного поршнем. Газовая составляющая теплоносителя увеличивается и давление в герметичном канале растет. По достижении в герметичном канале давления, превышающего усилие пружины, поршень перемещается вместе со штоком. При этом электроизолятор перемещается относительно подпружиненного электроконтакта до тех пор, пока последнее не замкнется с токопроводящим штоком. Электрическая цепь замыкается и в систему управления станка поступает сигнал на отвод резца от детали для его охлаждения или на уменьшение скорости резания и уменьшение подачи, что приводит к снижению производительности обработки.

Предлагаемый охлаждаемый резец, содержащий державку с герметичной наклонной полостью, частично заполненной жидкой охлаждающей средой, и режущую пластину, закрепленную в державке и закрывающую с одного конца указанную полость, от известных отличается тем, что герметичная полость частично образована внутренними поверхностями введенных в резец двух телескопически связанных между собой втулок, наружная из которых с выполненной полированной внутренней поверхностью неподвижно закреплена посредством резьбы в державке, а внутренняя, закрытая в торце, установлена с возможностью осевого перемещения при изменении давления в наклонной полости, при этом на трех четвертях наружной поверхности внутренней втулки выполнена теплообменная поверхность.

На фиг. 1 представлен предлагаемый резец, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.

Резец состоит из державки 1, в которой выполнена наклонная полость 2. С одной стороны наклонная полость 2 закрыта режущей пластиной 3 и частично заполнена жидкой охлаждающей средой 4 с низкой температурой кипения, например водой. Объем охлаждающей среды 4 рекомендуется выбрать из соображений обеспечения возможности смачивания опорной поверхности режущей пластины 3. С другой стороны в наклонной полости 2 размещены герметично две телескопически связанных между собой медные втулки 5 и 6. Наружная втулка 5 с выполненной полированной внутренней поверхностью неподвижно закреплена посредством резьбы в державке 1. Во втулке 5 с возможностью осевого перемещения при изменении давления в наклонной полости 2 герметично установлена закрытая в торце втулка 6. Герметичность обеспечивается наличием эластичного уплотнительного кольца 7, например из резины, установленного на открытом, переднем конце втулки 6, где выполнено соответствующее посадочное место - кольцевой паз по наружной поверхности. Глубина кольцевого паза выполнена такой, что при размещении в нем эластичного уплотнительного кольца 7 последнее оказывает на внутреннюю поверхность втулки 5 минимальное, но достаточное для сохранения герметичности в наклонной полости 2 усилие. На 3/4 своей длины втулка 6 имеет теплообменную поверхность, выполненную в виде чередующихся продольных выступов и пазов прямоугольной формы по наружной ее поверхности. Ограничение хода втулки 6 при перемещении ее вдоль втулки 5 осуществляется при помощи винта 8, установленного на конце втулки 5.

Резец работает следующим образом. В процессе обработки режущая пластина 3 нагревается и тепло от нее передается охлаждающей среде 4. Под действием температуры охлаждающая среда 4 испаряется и в виде пара переносится к герметичной наклонной полости, образованной внутренними поверхностями втулок 5 и 6. На холодных стенках пар конденсируется и под действием сил тяжести конденсат возвращается в зону нагрева наклонной полости 2 и цикл повторяется. При обработке металла с другими теплофизическими характеристиками, а также при обработке материалов с неоднородной твердостью при поперечном точении и при обработке деталей с переменным припуском меняется мощность тепловыделения в зоне резания. При увеличении последнего увеличивается и давление пара в герметичной полости. Когда давление пара в этой полости станет достаточным для преодоления сил трения эластичного уплотнительного кольца 7 о внутреннюю поверхность втулки 5, втулка 6 выдвигается из нее, увеличивая объем полости и, следовательно, увеличивая поверхность конденсации. Когда же происходит уменьшение мощности тепловыделения в зоне резания, то уменьшается и давление пара в полости, образуемой внутренними стенками втулок 5 и 6. Тогда под действием атмосферного давления втулка 6 вдавливается обратно во втулку 5.

Таким образом, благодаря использованию предлагаемой упрощенной конструкции резца становится возможным автоматическое изменение условий конденсаций пара, позволяющее как расширить технологические возможности за счет изменения условий конденсации пара при обработке материалов с различной твердостью и на различных режимах резания, так и повысить стойкость резца за счет более эффективного охлаждения режущей пластины.

Использование: обработка металлов резанием резцами с внутренним охлаждением. Сущность изобретения: охлаждающий резец содержит державку 1 с герметичной наклонной полостью 2, частично заполненной охлаждающей средой 4. Полость 2 с одного конца закрыта режущей пластиной 3 и частично образована внутренними поверхностями двух телескопических связанных между собой втулок 5 и 6, наружная 5 из которых имеет внутреннюю полированную поверхность и неподвижно закреплена посредством резьбы в державке 1, а внутренняя 6 закрыта с торцом и установлена с возможностью осевого перемещения при изменении давления в наклонной полости 2, при этом на трех четвертях наружной поверхности внутренней втулки 6 выполнена теплообменная поверхность. При изменении мощности тепловыделения в зоне резания, например увеличении, увеличивается давление пара в полости 2, втулка 6 выдвигается из втулки 5, увеличивая объем полости и, следовательно, увеличивая поверхность конденсации. При уменьшении же мощности тепловыделения в зоне резания уменьшается давление пара в полости 2 и под действием атмосферного давления втулка 6 вдвигается обратно во втулку 5, уменьшая поверхность конденсации. 2 ил.

ОХЛАЖДАЕМЫЙ РЕЗЕЦ, содержащий державку с герметичной наклонной полостью, частично заполненной жидкой охлаждающей средой, и режущую пластину, закрепленную в державке и закрывающую с одного конца указанную полость, отличающийся тем, что герметичная полость частично образована внутренними поверхностями введенных в резец двух телескопически связанных между собой втулок, наружная из которых, с выполненной полированной внутренней поверхностью, неподвижно закреплена посредством резьбы в державке, а внутренняя, закрытая с торца, установлена с возможностью осевого перемещения при изменении давления в наклонной полости, при этом на трех четвертях наружной поверхности внутренней втулки выполнена теплообменная поверхность.