Резец Советский патент 1987 года по МПК B23Q11/10 B23B27/10 

Изобретение относится к металлообработке, а именно к резцам с системой охлаждения.

Цель изобретения - повышение стойкости резца за счет утилизации тепла в лазерное излучение.

На фиг. 1 изображен охлаждаемый резец, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, передняя часть; на фиг. 3 - то же, поперечный разрез; на фиг. 4 - индикаторная диаграмма - зависимость давления газа в камере переменного объема от ее объема; на фиг. 5-8 - схема работы камеры переменного объема, соответствующая характерным точкам индикатор 1ой диаграммы.

Резец содержит державку 1, закрепленную на ней режущую пластину 2, теплоноситель 3, размещенный в полости 4 державки 1 с возможностью взаимодействия с пластиной 2 посредством капиллярно-пористого слоя 5, нанесенного на внутренние поверхности пластины 2 и полости 4, и вал 6 с приводной крыльчаткой 7. Кроме того, резец содержит установленный на державке 1 в полости 4 статор 8 с.камерой 9 переменного объема V, образованной наружной поверхностью ротора 10 и внутренней поверхностью статора 8, впускной 11 и выпускной 2 каналы, при этом ротор 10 кинематически связан с валом 6 приводной крыльчатки 7 посредством эксцентрикового вала 13 и зубчатой муфты 14. Выпускной канал 12 соединен с впускным каналом 11 через теплообменник -регенератор 15, заполненный газовой смесью 16. Камера 9 переменного объема снабжена оптическим резонатором 17, образованным зеркалами 18 и 19, а световод 20 оптического резонатора 17 для вывода лазерного излучения ориентирован на зону резания.

Профиль статора 8 выполнен в виде двухэпитро.хоидной поверхности, охватывающей ротор 10, выполненный в виде трехгранного порщня. Для синхронизации пространственного положения ротора-порщня с вращением эксцентрикового вала 13 служат сцепленные между собой шестерни 21 и 22 с внутренними и наружными зубьями, закрепленные соответственно на роторе 10 и статоре 8, передаточное отношение которых равно 3/2.

Электроразрядник, например электрогидравлический разрядник 23, содержит неподвижный электрод 24, подключенный к источнику высокого напряжения (не показан), и подвижные электроды 25-27, выполненные в виде острых выступов на роторе 10.

Всего в статоре 8 образуется камера переменного объема из трех частей. Для предотвращения паразитного газообмена между ними в верщинах ротора 10 предусмотрены радиальные и кольцевые уплотнения, (не показаны).

В качестве теплоносителя 3 может быть использован хладон типа R 1120 (трихлор- этилен).

Газовая с.месь может состоять из газов

СОг, NJ и Не, парциальное давление которых находится в отношении СО : Не 2:2:3. Энергия ионизации для указанных компонентов равна COj - 13, 79 эВ, Ng - 15,58 эВ, Не - 24, 58 эВ. Общее давление газовой смеси 16 до 1 атм.

Зеркала 18 и 19 могут быть плоские, параллельные друг другу и образующие оптический резонатор 17 типа Фабри-Перо. Оптический резонатор 17 может быть также конфокальным - составленным из двух

вогнутых зеркал 18 и 19, удаленных друг от друга на расстояние, равное сумме их фокусных расстояний.

Резец работает следующим образом. При нагреве резца в результате испарения теплоносителя 3, пропитывающего капиллярно-пористый слой 5 в передней части полости 4 державки 1, от режущей пластины 2 отводится в процессе резания значительное количество теплоты, равное скрытой теплоте парообразования теплоносителя 3, и температура режущей пластины 2 поддерживается равной температуре испарения теплоносителя 3 при заданном давлении.

Поток газообразной фазы теплоносителя 3, движущийся с больщой скоростью к

задней части полости 4 державки 1 за счет градиента давления, обеспечиваемого непрерывной конденсацией теплоносителя 3, вращает приводную крыльчатку 7 и кине.мати- чески связанный с ней посредством вала 6, зубчатой муфты 14 и эксцентрикового вала 13 ротора 10.

При вращении эксцентрикового вала 13 за счет обкатки шестерни 21 по шестерне 22 ротор 10 соверщает сложное планетарное

движение, в результате которого часть камеры 9 переменного объема изменяет свой объем V от VMHH до Унакс и свое пространственное положение, периодически сообщаясь с впускным 11 и выпускным 12 каналами. При этом осуществляются последовательно пять процессов, составляющих замкнутый термодинамический цикл и соответствующих определенным пространственным зонам положения ротора 10.

В процессе впуска пространственное положение часть а камеры 10 переменного объема изменяется от нижнего положения до крайнего левого положения, объем V изменяется от VHUH до Уиахс Процесс протекает при постоянном давлении Р и является изобарным. Результатом процесса является заполнение камеры 9 переменного объема свежей газовой смесью 16 из теплообменника-регенератора 15 через впускной канал 11 (точка В).

В процессе сжатия пространственное положение части а камеры 9 переменного объема изменяется от крайнего левого положения до верхнего положения, объем V изменяется от ДО VMUH Процесс протекает при постоянной энтропии и является адиабатным. Результатом процесса является сжатие газовой смеси 16, ее давление Р повышается (точка С).

В процессе разряда пространственное положение части а камеры 9 переменного объема ввиду малой длительности процесса практически не изменяется. Объем V не изменяется. Процесс протекает при постоянном объеме и является изохорным. Электроды 24 и 25 электрогидравлического разрядника 23 максимально сближаются и между ними осуществляется электрический разряд. Результатом процесса является дальнейшее повышение давления газовой смеси 16 до максимального значения (точка D) и генерация мощного лазерного излучения.

Генерация мощного лазерного излучения осуществляется следующ,им образом. Электрический разряд между электродами 24 и 25 электрогидравлического разрядника 23 ионизирует молекулы СОг, Nj, Не газовой смеси 16. Неупругие соударения с электронами приводят к возбуждению молекул СОг. и Ni (Не играет вспомогательную роль) в нижнее колебательное состояние. При этом существенно возрастает населенность состояния 00°1, которое обладает больщим поперечным сечением по отношению к соударениям с N и с электронами. Между уровнями 00°1 и 10°1 возникает инверсия, быстро достигается пороговый коэффициент усиления, и в оптическом резонаторе 17 проис.ходит генерация мощного лазерного излучения, которое через зеркала 18 и 19 и световод 20 подводится к обрабатываемому изделию и осуществляет его бесконтактный нагрев и лазерное разупрочнение, существенно облегчающие процесс резания труднообрабатываемых жаропрочных материалов.

Повышение давления Р газовой смеси 16 происходит за счет релаксации колебательной энергии молекул газовой смеси 16 в тепловую энергию, в результате чего в части а камеры 9 переменного объема происходит импульсное выделение теплоты, газовая смесь 16 нагревается, и ее давление Р повышается до максимального значения (точка D).

Вместе с этим в процессе электрогидравлического разряда между электродами 24 и 25 электрогидравлического разрядника 23

генерируются акустические колебания широкого спектра частот, которые передаются режущей пластине 2 и в значительной мере интенсифицируют процесс резания.

с В процессе расщирения пространственное положение части а камеры 9 переменного объема изменяется от верхнего положения до крайнего правого положения, объем V изменяется от VMUH до V . Процесс протекает при постоянной энтропии

0 и является адиабатным. Результатом процесса является расширение газовой смеси 16, и ее давление Р понижается (точка Е). В этом процессе производится механическая работа и возникает вращающий момент,

5 поддерживающий вращение ротора.

В процессе выпуска пространственное положение части а камеры 9 переменного объема изменяется от крайнего правого положения до нижнего положения, объем V изменяется от ма.кс до пин

0 Процесс протекает при постоянном давлении Р и является изобарным. Результато.м процесса является опорожнение части а камеры 9 переменного объема от газовой с.ме- си 16 в теплообменник-регенератор 15 через

5 выпускной канал 12.

Восстановленная в теплообменнике-регенераторе 15 путем охлаждения газовая с.месь 16 вновь поступает через впускной канал 11 в камеру 9 переменного объема V, осуществляе.мый термодинамический цикл

0 замыкается.

Так как в статоре 8 имеется три части камеры 9 переменного объема, то за один оборот эксцентрикового вала 13 осуществляется три полных термодинамических цикла. Этим достигается высокая, достигающая

5 несколько кГц, частота следования импульсов мощного лазерного излучения.

Формула изобретения

Q Резец, содержащий державку с полостью, заполненной теплоносите,пем, и размещенный в пей вал с приводной крыльчаткой, отличающийся тем, что, с це,:1ью повышения стойкости, он снабжен закрепленным в державке статором с камерой перемен5 ного объема, заполненной газовой смесью, вход и выход которого соединены между собой через введенный в резец теплообменник, размещенным в камере статора и связанным с валом ротором, установленным в статоре параллельно оси резца оптическим

резонатором со световодом и электроразрядником, один из электродов которого размещен в статоре в зоне резонатора, а остальные - на поверхности ротора.

Фи2.2

7 5 гз. г ч

;..// ///

15

Изобретение относится к металлообработке, а именно к резцам с системой охлаждения. Целью изобретения является повышение стойкости резца за счет утилизации тепла в лазерное излучение. В результате испарения теплоносителя 3 в полости 4 вращается крыльчатка, которая через шестерни 21 и 22 врашает ротор 10 в статоре 8, установленном в державке 1. Ротор 10 перегоняет газовую смесь из полости 9 в теплообменник. Электрод 24 через электроразрядник 23 замыкается при вращении статора 8 и возбуждает импульс, который через оптический световод резонатора 17 попадает в зону резания. 8 ил. S 1 6 i ч 8 /I// , /

Фиг. Ч

панс

,,a.S

// 1Z 11 Vf и.6 Фиг.1

12

Фиг. 8