УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ТИПА СТАКАН Российский патент 1997 года по МПК B24B41/04 B23Q3/08 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к холодной обработке металлов резанием, и может быть использовано на всех машиностроительных предприятиях, применяющих абразивную обработку.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении повышения качества обработки торцовых поверхностей тонкостенных пустотелых заготовок.

Известен способ и устройство для окончательного шлифования заготовок с тонкими стенками (патент ФРГ N OS 3306857, кл. В 24 С 3/26, 1984), при котором в процессе обработки поверхности тонкой стенки СОЖ подают на заготовку изнутри на поверхность, противоположную обрабатываемой поверхности, за счет чего интенсифицируется отвод тепла. Однако это изобретение имеет существенные недостатки: при его использовании невозможно обеспечить высокую точность размеров и формы обработанной поверхности на операциях шлифования заготовок с тонкими стенками вследствие их нежесткости, обуславливающей значительные упругие сжатия под действием сил резания. Кроме того, теплопроводность водной СОЖ на 2-3 порядка ниже теплопроводности металла, что замедляет процесс отвода тепла от тонкой стенки, а это в свою очередь способствует накоплению тепла в заготовке и как следствие вызывает нежелательные структурно-фазовые изменения в материале стенок.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является упор в виде переходника, установленного на магнитной плите. Технологической базой в этом случае является внутренняя торцовая поверхность заготовки [1]
У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: в обоих случаях стаканообразная заготовка устанавливается на жесткий упор, установленный на магнитной плите.

Основным недостатком прототипа является невозможность его применения при обработке заготовок из немагнитных материалов. Кроме того, другим недостатком этого устройства является низкая эффективность теплоотвода с поверхности тонкостенной заготовки, противоположной обрабатываемой поверхности: контакт двух неровных поверхностей, имеющих определенную шероховатость и волнистость (поверхности, противоположной обрабатываемой, и поверхности упора), происходит фактически по нескольким микроучасткам (точкам).

Воздух, находящийся в стыке, является отличным теплоизолятором, что способствует накоплению тепла в заготовке. Высокое контактное термическое сопротивление является причиной возникновения нежелательных структурно-фазовых изменений в заготовке под действием теплоты, выделяемой в зоне резания.

Цель изобретения повышение качества обработки торцовых поверхностей тонкостенных пустотелых заготовок за счет снижения контактного термического сопротивления (КТС) между заготовкой и упором и закрепления заготовок путем откачки жидкости из зоны контакта заготовки и упора.

Для достижения поставленной цели предлагаемое устройство содержит установленный на магнитной плите базовый элемент, отличающийся тем, что базовый элемент выполнен в виде стакана, в дне которого выполнено сквозное отверстие, а на наружной поверхности дна выполнены связанные между собой и с указанным отверстием канавки, причем стакан размещен в установленной на магнитной плите ванне с СОЖ, а внутренняя полость стакана связана с введенным в устройство источником разрежения.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: с целью повышения качества обработанной поверхности за счет снижения КТС в зоне контакта создают разрежение, откачивая из нее жидкость. При этом базовый элемент выполнен в виде стакана, в дне которого выполнено сквозное отверстие, а на наружной поверхности дна выполнены связанные между собой и с указанным отверстием канавки, причем стакан размещен в установленной на магнитной плите ванне с СОЖ, а внутренняя полость стакана связана с введением в устройство источником разрежения.

За счет этого воздух, заполняющий стык, вытесняется более теплопроводной средой жидкостью, что и обеспечивает снижение КТС.

Это подтверждается расчетом.

Общую тепловую проводимость контакта заготовка упор можно определить по формуле (Шлыков Ю.П. Ганин Е.А. Царевский С.Н. Контактное термическое сопротивление. М. Энергия, 1977, с.293-294):

где α_с тепловая проводимость среды, находящейся в контакте между поверхностью упора и поверхностью, противоположной обрабатываемой;
α_м тепловая проводимость через непосредственный контакт двух металлических шероховатых поверхностей;
λ_м, λ_с соответственно коэффициенты теплопроводности металла и среды, Вт/(м • К);
h₁, h₂ средняя высота неровностей контактирующих поверхностей, мкм;
σ_в предел прочности материала, МПа;
Р давление сжатия поверхностей, МПа;
ψ_t, ψ_к коэффициенты стягивания и формы микровыступов;
ϒΨ относительная величина зазора.

Рассчитав общую тепловую проводимость контакта для прототипа и заявляемого изобретения, можно оценить влияние проводимости среды в стыке. При R_a (0,4.0,5) мкм; 389,6 Вт/(м • к); 0,0257 Вт/(м • К) теплопроводность воздуха; λ_c2 0683 Вт/(м • к) - теплопроводность жидкости на водной основе, материал заготовки сплав 36НХТ10, материал упора медь ММ1 тепловая проводимость стыка в условиях прототипа будет равна α₁ 5470 Вт/(м² • К), а в условиях заявляемого изобретения α₂ 26745 Вт/(м² • К).

Таким образом, создание разрежения в контакте заготовка упор за счет откачки жидкости из стыка во внутреннюю полость стакана через отверстие в дне стакана и систему каналов на наружной поверхности упора позволяет повысить тепловую проводимость стыка в (4,5-5) раз.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: прокачиваемая через стык заготовка упор за счет разрежения жидкость вытесняет из стыка заполняющий его воздух, что приводит к снижению КТС и, как следствие, этого снижению теплонапряженности процесса шлифования тонкостенной заготовки, уменьшению вероятности нежелательных структурных изменений в поверхностном слое заготовки, повышению качества обработанной поверхности.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов сущность заявляемого изобретения не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый результат новое свойство объекта совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована при шлифовании тонкостенных заготовок с получением технического результата, заключающегося в повышении контактной тепловой проводимости стыка заготовка упор, обуславливающего достижение поставленной цели повышение качества обработанной поверхности, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1.

Заготовку 1 устанавливают на стакан 2, при этом технологической установочной базой заготовки является ее внутренняя плоская поверхность, противоположная обрабатываемой. После начала откачки среды из внутренней полости Б стакана 2 через штуцер 3 и отверстие В в отверстии Г и системе каналов Д создается разрежение. За счет разности давлений среды внутри заготовки и снаружи обеспечивается надежное ее закрепление на базовой поверхности и равномерное прижатие нежесткой торцовой поверхности к стакану. За счет более низкого давления в стыке происходит подсос жидкости через зазор Е из ванны 4, установленной на магнитной плите 5 стакана.

Сечения отверстия Г и зазора Е подбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимое усилие прижима заготовки к упору.

Каналы Д на базовом торце могут быть выполнены точением и фрезерованием.

Как показали результаты расчетов, при использовании заявляемого изобретения обеспечивается достижение более высокой тепловой проводимости стыка по величине, превышающей в (4,5.5) раза тот же показатель у прототипа, и соответственное снижение температуры в поверхностном слое заготовки при шлифовании, а следовательно, уменьшение нежелательных структурных изменений в этом слое.

Заявляемое устройство для закрепления заготовок типа стакана, представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволяет повысить качество обработанных заготовок за счет повышения контактной тепловой проводимости стыка заготовка упор.

Заявляемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Использование: в области холодной обработки металлов резанием. Сущность изобретения: на магнитную плиту 5 устанавливается ванна 4 с СОЖ. В ней размещен стакан 2, в дне которого выполнено сквозное отверстие, а на наружной поверхности дна выполнены связанные между собой и сквозным отверстием канавки. Внутренняя полость стакана связана с источником разрежения. 2 ил.

Устройство для закрепления заготовок типа стакан, содержащее установленный на магнитной плите базовый элемент, отличающееся тем, что базовый элемент выполнен в виде стакана, в дне которого выполнено сквозное отверстие, а на наружной поверхности дна выполнены связанные между собой и с указанным отверстием канавки, причем стакан размещен в установленной на магнитной плите ванне с СОЖ, а внутренняя полость стакана связана с введением в устройство источником разрежения.