СПОСОБ ПОДАЧИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ Российский патент 2003 года по МПК B23Q11/10 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке металлов лезвийным инструментом с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) на операциях получения отверстий в заготовках из различных материалов осевым инструментом.

Известен способ ультразвуковой активации СОЖ при обработке отверстий (см. патент РФ 2027579 Способ подачи СОЖ./В.М. Сорокин, В.С. Перепелкин, от 12.09.93), согласно которому в ванне на столе приспособления находится жидкость, в которую погружена обрабатываемая заготовка с предварительно проделанным сквозным отверстием, в специальное отверстие корпуса приспособления вводится подвижный излучатель ультразвуковых колебаний (УЗК), который с помощью уплотнительных элементов образует вместе с обрабатываемой заготовкой и инструментом частично изолированный объем жидкости, имеющий возможность сообщаться с ванной. Ультразвуковые колебания, усиливаясь по амплитуде, возбуждают колебания СОЖ, что активирует ее и наделяет повышенной проникающей и охлаждающей способностью.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что при известном способе подачи СОЖ в обрабатываемой детали необходимо предварительно выполнить сквозное отверстие, что неприемлемо при обработке глухих отверстий.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков является выбранный в качестве прототипа способ подачи и активации СОЖ (см. патент РФ на полезную модель 4934 "Устройство для обработки деталей металлорежущим инструментом". /3веровщиков В. З. , Климушкина М.В. от 30.11.95.), включающий в себя подачу в зону резания свободно падающей струей СОЖ, на которую при ее прохождении через направляющее сопло-излучатель накладываются УЗК постоянной амплитуды и частоты. В результате активации УЗК у СОЖ повышается проникающая способность из-за возникновения в струе жидкости кавитации и гидротечений, что приводит к повышению периода стойкости режущего инструмента и производительности обработки.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что при известном способе подачи активированной СОЖ при выходе ее из сопла колебания жидкости начинают затухать и в зону резания попадает СОЖ с колебаниями, значительно ослабленными по амплитуде, что снижает ее охлаждающие свойства и проникающую способность. Реализация функциональных свойств СОЖ в зоне обработки к тому же сдерживается параметрами выходного сигнала, поступающего на излучатель с генератора. Синусоидальная форма сигнала не дает возможность полностью реализовать эффект кавитации, способствующей интенсификации проникновения СОЖ в зону резания, так как для каждой амплитуды УЗК существует свой диапазон размеров газовых пузырьков, являющихся зародышами кавитации: в процессе кавитации участвуют лишь те пузырьки, размер которых меньше резонансных (Л. К. Зарембо, В.А. Красильников. Введение в нелинейную акустику. - М.: Наука, 1966, с. 262).

Технический результат - увеличение производительности обработки и периода стойкости режущего инструмента при обеспечении заданного качества обработанных деталей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что, как и при известном способе подачи СОЖ, производят подачу жидкости в зону обработки свободно падающей струей (поливом), особенность заключается в том, что ультразвуковые колебания, модулированные по амплитуде, накладываются на направляющую (кондукторную) втулку, которая передает колебания на инструмент, имеющий малую жесткость в радиальном направлении. Таким образом, ультразвуковые колебания возбуждаются в зазоре между осевым инструментом и заготовкой, поэтому активация СОЖ происходит непосредственно в зоне резания. Такое решение позволяет достигнуть большей интенсивности процесса кавитации (образуется большее число кавитационных пузырьков, так как увеличивается амплитудный диапазон УЗК), что в свою очередь усиливает проникающие, охлаждающие, смазывающие и другие функциональные свойства СОЖ. Кроме того, использование УЗК, модулированных по амплитуде, позволяет значительно расширить диапазон размеров пузырьков, участвующих в кавитационных процессах. Это также приводит к увеличению периода стойкости режущего инструмента и производительности обработки.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существующим признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе подачи СОЖ и изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа подачи СОЖ. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом для специалиста из известного уровня развития техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Описываемое изобретение не основано на изменении количественных признаков, представлении их во взаимосвязи, либо изменении их вида.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит волновод 1, одновременно являющийся направляющей втулкой (на конце волновод имеет отверстие). Втулка-волновод связана с преобразователем (вибратором) 2. Источником сигнала является УЗ-генератор с модуляцией выходного сигнала по амплитуде. Втулка-волновод 1 с малым зазором охватывает инструмент 3 и потому передает ему колебания.

СОЖ подается в зону обработки свободно падающей струей, проникает в зазор между инструментом и просверленной частью отверстия, где происходит наложение на нее амплитудно-модулированных УЗК. Электрические колебания УЗ-частоты с амплитудной модуляцией, генерируемые УЗ-генератором 4, преобразуются в упругие колебания втулки-волновода с помощью преобразователя 2. В результате наложения УЗК на СОЖ в ней возникают высокие мгновенные давления. При этом происходит образование и колебание газовых полостей, ударных волн, вызывающих макро- и микропотоки СОЖ, образование микроканалов (капилляров) в обрабатываемом материале заготовки и в стружке, следовательно, жидкость легче проникает в отверстие. Улучшаются условия работы режущего инструмента, облегчается выход стружки, уменьшается температура в зоне резания. А так как колебания жидкости возбуждаются в большем количестве кавитирующих пузырьков непосредственно в зоне обработки (в зазоре между инструментом и заготовкой), эффективность действия УЗК увеличивается. Поэтому происходит более полное использование энергии УЗК, что повышает эффективность обработки.

Для проверки эффективности способа были проведены лабораторные испытания устройства при сверлении отверстий в заготовках из материалов различных групп обрабатываемости. Анализ результатов испытаний показал, что при использовании предлагаемого способа происходит снижение крутящего момента М_кр и осевой составляющей силы резания Р_о (см. таблицу). Это свидетельствует об улучшении условий работы инструмента и проникновения СОЖ в зону резания, а следовательно, о повышении периода стойкости инструмента, снижении энергозатрат на процесс резания и повышении производительности обработки.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа подачи СОЖ следующей совокупности условий:
- способ подачи СОЖ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в машиностроении, а именно на операциях обработки отверстий из различных материалов осевым инструментом;
- для заявленного способа подачи СОЖ в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- способ подачи СОЖ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на операциях обработки отверстий в заготовках осевым лезвийным инструментом с применением смазочно-охлаждающих жидкостей. В подаваемой поливом СОЖ возбуждают модулированные по амплитуде ультразвуковые колебания непосредственно в зоне обработки, для чего осуществляют их наложение на направляющую кондукторную втулку, передающую колебания на режущий инструмент в радиальном направлении. Такие действия способствуют повышению производительности обработки и увеличению периода стойкости режущего инструмента за счет усиления проникающей способности СОЖ под действием амплитудно-модулированных колебаний, снижения трения режущего инструмента о заготовку и облегчения выхода стружки. 1 ил., 1 табл.

Способ подачи смазочно-охлаждающих жидкостей при обработке отверстий, включающий наложение на смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что колебания на СОЖ передают через режущий инструмент путем наложения радиальных колебаний, модулированных по амплитуде, на направляющую инструмент втулку.