УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ХЛАДАГЕНТА Российский патент 2003 года по МПК F25B9/02 

Изобретение предназначено для повышения теплопроводности охлаждающей газовой среды. Устройство содержит канал обдува зоны лезвийного контакта инструмента и обрабатываемой детали посредством воздуховода-антенны - гибкой токопроводящей трубки (аналога катетера), согласованной импедансом с выходом генератора высокой частоты. Канал обдува, воздуховод-антенна, выполнен эластичным, термостойким, металлизированным изнутри и содержащим мандрен (проволоку) аналогично медицинскому катетеру. Этот воздуховод-антенна - магистраль хладагента подключен к генератору (аналогично антенне) к выходу мощного генератора или передатчика и имеет собственную длину, соответствующую длине волны генератора или передатчика

где L - длина воздуховода, λ - длина волны генератора.

Вокруг воздуховода-антенны укреплен трансформатор тока, подключенный к регулятору автоматической подстройки частоты и амплитуды генератора, озонообразующий выходной конец воздуховода укреплен на суппорте вместе с резцом с оптимальным (минимальным) зазором; входной конец воздуховода-антенны - к источникам - ВЧ-генератору и сжатого воздуха. Одновременно такое выполнение устройства позволит расширить технологические возможности.

Во многих технологических процессах, связанных с необходимостью отвода тепла, применяют различные устройства охлаждения, в том числе с использованием жидкостей, зачастую активных. Применение газовых охлаждающих сред требует повышения их эффективности, например, за счет ионизации в зоне контакта лезвийного или образивного инструмента. Для поддержания высокого уровня ионизации, например поддержания наибольшей концентрации катионов, анионов азота или озона в зависимости от технологического процесса, необходимо минимизировать расстояние от источника ионизации до зоны резания. Такую задачу можно решить, применяя гибкие воздуховоды с проволокой и металлизацией изнутри, и с соответствующим подключением к генератору (например, к выходу ВЧ-генератора или передатчика), причем амплитудная или частотная модуляция изменяет режимы охлаждения, заданные с выходных портов ЧПУ станка, а блок АПЧ (автоматической подстройки частоты) и мощности поддерживают заданные режимные параметры как в ручном, так и в автоматическом режиме. Аналогичным устройством является техническое решение по запитке высоким напряжением трубчатого электрода с трансформатором тока в обратной связи пат. России 2115070, основным недостатком которого является отсутствие гибкого воздуховода-антенны запитанного ВЧ-генератором для подвода ионов к зоне обработки детали т.е. воздуховода-антенны (или вибратора), или гибкого воздуховодного канала для подвода хладагента к зоне резания, запитанного ВЧ-генератором с возможностью регулирования параметров тока на выходе сопла воздуховода охлаждения. Указанные недостатки устранены в предлагаемом устройстве для увеличения теплопроводности хладагента. Гибкий воздуховод-антенна, металлизированный изнутри (имеющий кроме того внутри канала провод), подключен к выходу генератора (аналог работы передатчика на вибратор или антенну), выходной конец укреплен за штуцер на суппорте вблизи зоны резания. Вокруг воздуховода-антенны укреплен трансформатор тока (измеритель мощности и частоты), который подключен к регулятору-блоку АПЧ (автоматической подстройки частоты) и амплитуды генератора. На рабочем конце - выходном штуцере сопла воздуховода-антенны укреплено кольцо жесткости. Устройство имеет возможность настройки параметров вручную и автоматически посредством интерфейсной связи с ЭВМ-ЧПУ. Поставленная цель осуществляется следующим образом.

Устройство для повышения теплопроводности хладагента, содержащее источник сжатого газа, гибкий воздуховод зоны охлаждения, регулируемый генератор высокой частоты, выход которого подключен к генератору и укреплен к источнику газа хомутами, отличающееся тем, что канал обдува выполнен в виде гибкой трубки-антенны с металлизированным внутри отверстием и проволокой внутри, кроме того, воздуховод-антенна подключен к входу мощного высокочастотного генератора, застабилизированного подключенным к его входу блоком автоматической подстройки частоты и амплитуды посредством трансформатора тока, укрепленного вокруг гибкого воздуховода-антенны, согласованного по длине с частотой генератора.

Кроме того, устройство отличается тем, что кольцо жесткости на выходном конце гибкой трубки воздуховода-антенны имеет возможность крепления в зоне охлаждения с минимальным зазором между деталью и инструментом.

Сформулированная формула изобретения, пути его решения, а также средства, с помощью которых осуществляется решение, ранее не известны, следовательно совокупность существенных признаков соответствует критерию "существенные отличия".

Устройство состоит из воздуховода-антенны с проводом внутри и генератора - источника ВЧ-энергии и схемы управления. На фиг.1а представлена функциональная схема устройства воздуховода-антенны 1 в виде эластичной трубки из эластичного термостойкого диэлектрика с металлизированным изнутри проводящим слоем 3 трубки, внутри которой помещена проволока 2 длиной L с возможностью пропускания по этому же каналу газового хладагента (воздуха, азота и т.д.) от компрессора 4. Воздуховод-антенна 1 подключен и соединен флецевым электрозажимом 16 с выходом мощного генератора 5 и источником воздуха - компрессором 4 соответственно. Генератор 5 имеет возможность настройки на максимум напряжения на выходном конце воздуховода-антенны 1, который укреплен наконечником 6 выходного сопла и зажимом 7, причем длина воздуховода на частотах соответствует длине волны (частоте) передатчика или генератора

где L - длина воздуховода, λ - длина волны генератора.

т. е. четвертьволновому или полуволновому вибратору (см. [2]). Диаграмма распределения токов и напряжений по длине воздуховода-антенны показаны на фиг.1б, причем на рабочем выходном конце воздуховода-антенны формируется напряжение, при котором в зазоре Δ зоны резания формируется оптимальный уровень ионизации. На вход генератора подключен блок автоматической подстройки частоты (АПЧ) и амплитуды 8, который через интерфейс 9 подключен к ЭВМ ЧПУ 10.

Вокруг воздуховода-антенны 1 укреплен трансформатор тока 11 для измерения частоты и мощности и подключен ко входу блока 8, формирующего сигнал управления генератором. Жесткий выходной штуцер, наконечник трубки 6, укреплен к суппорту 12 вблизи обрабатываемой детали 13 и резца 14 и суппорта 15 с зазором Δ между выходом воздуховода и режущей кромкой. Модулятор М подключен к блоку 8.

Работает устройство следующим образом. После включения блока питания по внутреннему металлизированному отверстию воздуховода-антенны L начинает течь ток ВЧ-генератора 5 и в зазоре Δ после настройки воздуховода-антенны L на оптимальную величину (максимум) амплитуды появляется свечение тлеющего разряда и запах озона. Отрегулировав вручную или программно от ЭВМ ЧПУ 10 выбранную мощность, начинают процесс охлаждения в момент резания.

Для поддержания стабильной мощности, отдаваемой в воздуховод-антенну L, работает блок автоматической подстройки частоты 8, т.е. такой частоты, на которой амплитуда на срезе выходного сопла штуцера наконечника 6 жесткости оптимальна для данных технических условий. В трансформаторе тока 11 формируется ток воздуховода-антенны L и частота, которые передаются в блок АПЧ 8, выходное напряжение с которого поддерживает частоту и амплитуду генератора 5 в заданных пределах эквивалентной мощности, отдаваемой в воздуховод-антенну 1. Зачастую в генераторе имеется амплитудная и частотная модуляция, то возможно еще управление и по этим параметрам в совокупности с упомянутыми, т.е. мощность на воздуховоде-антенне 1 задается либо дискретно, либо плавно, согласно заданной программе ЭВМ ЧПУ. В процессе охлаждения мощность может меняться от нуля до максимума.

Источники информации
1. Г.Б. Белоцерковский. Основы радиотехники, ч.II "Антенны", 1970 г.

2. Патент России 2115070, кл. 6 F 25 B 9/02 от 10.VII.98, "Устройство повышения теплопроводности газовой среды ионизацией". Авторы: Трифонов О.Н. и Панин М.Г.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам охлаждения инструментов или поверхностей деталей. Охлаждение осуществляют потоком воздуха, подаваемого по гибкому воздуховоду-антенне с металлизированным изнутри слоем и проволокой внутри. Входной конец воздуховода-антенны подключен к источнику сжатого воздуха и регулируемому генератору высокой частоты, застабилизированному подключенным к его входу блоком автоматической подстройки частоты и амплитуды посредством трансформатора тока, закрепленного вокруг гибкого воздуховода-антенны, длина которого согласована с частотой генератора. Имеется возможность управления полярностью и токами рабочих параметров ионизации посредством модулятора, которым снабжен генератор. Кольцо жесткости закреплено на выходном конце воздуховода-антенны с оптимальным зазором между деталью и инструментом. Использование изобретения позволит повысить эффективность охлаждения инструмента. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для повышения теплопроводности хладагента, содержащее источник сжатого газа, регулируемый генератор высокой частоты, отличающийся тем, что устройство снабжено воздуховодом-антенной, выполненным в виде гибкой трубки с металлизированным изнутри слоем и проволокой внутри, при этом входной конец воздуховода-антенны подключен к источнику сжатого воздуха и регулируемому генератору высокой частоты, застабилизированному подключенным к его входу блоком автоматической подстройки частоты и амплитуды посредством трансформатора тока, закрепленного вокруг гибкого воздуховода-антенны, длина которого согласована с частотой генератора, снабженного модулятором. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что снабжено кольцом жесткости, закрепленным на выходном конце воздуховода-антенны в зоне охлаждения с оптимальным зазором между деталью и инструментом.