Способ механической обработки Советский патент 1993 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к способам механической обработки с получением оребренной поверхности на цилиндрических и плоских поверхностях, а также на поверхностях сложного профиля. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для увеличения поверхности теплообмена в теплообменниках конвектиЕ рго типа, для увеличения поверхности парообразования и конденсации в испарительно-конденсаци- онных устройствах, для подготовки поверхности под нанесение композиционного покрытия и др.

Целью изобретения является повышение качества оребренных поверхностей путем управления их геометрическими параметрами.

На фиг. 1 изображена схема процесса формирования оребренной поверхности; на фиг.2 - инструмент для осуществления способа; на фиг.З - расчетная схема выбора технологических параметров обработки для нормально расположенных ребер; на фиг. 4 - аналогичная расчетная схема для наклонных ребер.

При движении инструмента 1 относительно заготовки 2 (фиг. 1) в направлении вектора скорости V производят подрезание поверхностного слоя главной режущей кромкой 3 инструмента, отгибают подрезанный слой передней поверхностью 4 инструмента и изгибают подрезанный и отогнутый слой вспомогательной рабочей кромкой 5 инструмента 1. В результате пластической деформации по всему сечению подрезанно

ю

00

о

GO О

го слоя в зонах А и Б (в области рабочих кромок инструмента) формируется ребро 6. На следующем проходе инструмента процесс повторяется, и после обработки на заготовке формируется оребренная поверхность 7. Способ осуществляется при использовании инструмента, выполненного в виде резца и имеющего режущую кромку 1 (фиг.2), которая производит подрезание поверхностного слоя заготовки, и вспомогательную рабочую кромку 2, на которой процесс резания отсутствует. Это делает существенными отличия заявляемого способа по сравнению с обычным резанием, при котором процесс резания осуществляется на обеих кромках инструмента, а подрезанный слой заготовки отделяется в виде стружки. Геометрия рабочей части инструмента для реализации способа позволяет осуществлять процесс резания на главной режущей кромке, а на вспомогательной рабочей кромке - целенаправленное пластическое деформирование подрезанного и отогнутого слоя.

Для осуществления способа необходимо назначить такие технологические параметры (режимы) его реализации, при которых на заготовке будет получена оребренная поверхность с заданными геометрическими характеристиками. К таким характеристикам относятся: толщина ребра а, высота ребра п, ширина канавки Ь, угол наклона ребер р, шаг структуры. К технологическим параметрам реализации способа относятся: угол р подрезания поверхностного слоя заготовки, подача S и глубина внедрения t инструмента,

Способ осуществляют следующим образом.

Исходя из данного отношения q толщины ребра а (рис.З) к шагу S оребренной поверхности,угол подрезания поверхностного слоя р назначают по зависимости (q/|;), где Ј - коэффициент искажения сечения ребра. Слой материала заготовки АДЕС (рис.З), находящийся между двумя последовательными положениями 1 и 2 инструмента, подрезается по линии АД под углом р к направлению подачи S, причем подача инструмента S (мм/дв.ход при строгании, мм/об при течении) численно равна шагу (периоду) оребренной поверхности. Из прямоугольного треугольника ABC следует, что толщина подрезанного слоя а S sin p. Подрезанный слой АДЕС, оставаясь прикрепленным к заготовке в зоне ДЕ (это условие обеспечивается геометрией инструмента), перемещается по передней поверхности 3 и, без

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

учета пластической деформации, занимает положение АЩЕСт. В реальном процессе происходит искажение сечения ребра - вследствие пластической деформации ребро становится, как правило, ниже и толще ожидаемого, т.е. занимает положение А2ДЕС2.

Этот процесс аналогичен усадке стружи при обычном резании, но, вследствие запрета усадки подрезанного слоя по его длине (ребро остается прикрепленным к заготовке по всей своей длине), происходит его усадка по высоте с соответствующим изменением толщины ребра. Это обстоятельство учитывается коэффициентом искажения формы ребра Ј. которыйс численно равен отношению высоты полученного ребра А2Д к ожидаемому , Значение коэффициента Ј зависит в основном от свойств обрабатываемого материала и определяется экспериментально. С учетом коэффициента Ј следует а/Ј S . sin p, и, учитывая, что q a/S, назначают угол подрезания р arcsin (q/|).

После однозначного выбора угла подрезания (р и исходя из заданной толщины ребра а назначают подачу , sin f, что также определяется при рассмотрении треугольника ABC (фиг.З), причем назначение угла подрезания ip и подачи инструмента S не зависит от высоты оребренной поверхности h и угла наклона ребра р, так как от этих параметров не зависит толщина ребра а.

Глубину внедрения t инструмента назначают исходя из заданной высоты h оребренной поверхности с учетом требуемого угла наклона ребер р. На фмг.4 представлена наиболее общая схема формирования оребренной поверхности, когда сформированное ребро устанавливается подугломум, который задается вспомогательной рабочей кромкой инструмента. Подрезанный слой из положения А устанавливается в положение В, его изгибная деформация происходит относительно точки О, расположенной в срединной плоскости ребра, при этом с достаточной степенью точности следует p. После формирования ребра В отрезок ОК занимает положение OKi. Высота оребренной поверхности h OKi sin (p + t sin p

+Ah или h

-f Ah. Из рассмотреSin p ния прямоугольного треугольника MiFKi, с

учетом равенства

с

KiMiF 180-() величина Л Ј ( Общая высота оребренной поверхности h -u (p+(p,) откуда с учетом коsm p

+

ропласт, полиэтилен, капрон и др.) с тонкостью очистки от 5 до 100 мкм,а также металлических сит для сепарации твердых частиц. Оребренные поверхности с шириной канавок от 10 до 100 м км могут быть использова- ны в качестве капиллярно-пористых структур тепловых труб. При заданной нулевой или отрицательной ширине канавок, в процессе реализации способа происходит упрочнение поверхности на глубину до 5 мм, так как оребрениая структура обладает большей твердостью (вследствие деформации материала ребер), чем материал заготовки. Способ обеспечивает возможность управления параметрами оребренных по- верхностей в широких пределах. Уменьше- ние ширины канавок не приводит к усложнению способа и конструкции инструмента для его реализации. Способ обработки является безотходным и может быть освоен в условиях любого производства, имеющего стандартное металлорежущее Оборудование. Отдельные типоразмеры оребренных поверхностей могут быть изготовлены только при использовании заявля- емого способа. Производительность способа определяется скоростью обработки, которая выбирается равной скорости ре зания соответствующих обрабатываемых материалов на металлорежущих станках.

Способ позволяет получать на пластичных материалах оребренные поверхности со следующими геометрическими параметрами: высота оребрения - до 0,1 до 8,0 мм, ширина, канавок - от 0 до 3,0 мм, шаг оребренной поверхности-К от 0,1 до 5,0 мм. При последовательной реализации способа в двух взаимно перпендикулярных направлениях получают не оребренные, а штырьковые .поверхности с более развитой поверхностью и улучшенными теплообмен- ными характеристиками..

Форм у л а изобретения Способ механической обработки, заключающийся в подрезании поверхностного слоя заготовки главной режущей кромкой инструмента, отгибке подрезанного слоя передней поверхностью инструмента и изгибе подрезанного и отогнутого слоя вспомогательной рабочей кромкой, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения качества оребренных поверхностей, угол подрезания поверхностного слоя р назначают по формуле: р arcsin (q/|), где q - заданное отношение толщины ребра а к шагу (периоду) оребренной поверхности, Ј- экспериментальный коэффициент искажения сечения ребра, лежащий в диапазоне 0,9 - 1,1, подачу инструмента S назначают по формуле S а/Ј sfn p , а глубину внедрения t инструмента назначают по формуле

t h Ј | sjn ((p - pi ) 55. . где h - заданная высота оребренной поверхности, р - заданный угол наклона ребер.

2

эффициента искажения сечения ребра |, назначают глубину внедрения инструмента по зависимости t hi | - |з1п( + ),-.

Для оребренной поверхности с нормально расположенными ребрами 90°) зависимость для выбора глубины внедрения инструмента упрощается: t (h Ј х

S cos р) sin р,

Таким образом, однозначно выбранная совокупность технологических параметров (режимов) реализации способа позволяет получить оребренную поверхность с заданными геометрическими характеристиками, причем управление этими характеристиками производится путем варьирования режимами обработки.

Другой целью настоящего изобретения является получение канавок заданной (в том числе нулевой) ширины. Задача получения узких, глубоких канавок (например, шириной до 10 мкм и глубиной несколько миллиметров) практически не может быть решена традиционными методами механической обработки.

Поставленная цель достигается тем, что угол подрезания поверхностного слоя р выбирают из соотношения р - s re s In

r sin fl . ГУ 1 -u. h/ Ј J- где У1 заданный угол наклона ребер; Ь - заданная ширина канавок; а - заданная толщина ребер; Ј- коэффициент исках ения сечения ребра. Рассматривая прямоугольный треугольник EGH (фиг.4),

а + b получаем: sin (f , или sin

(a + b)slnp - i

, откуда после преоб- 40

разований получаем зависимость для выбоSifl p

pa угла подрезания у arcsm ГТ ГБ/аТ

Для лучшего понимания данного изобретения приводятся примеры конкретного выполнения, способа.

П р и м е р 1. Для плоского теплообменника заданы следующие параметры плоской оребренной поверхности: толщина ребра а 1 мм, высота оребрения h 4,5 мм, угол наклона ребер 90°. шаг оребрения S 2 мм. Обрабатываемый материал медь МОб. Экспериментально определенный коэффициент искажения сечения ребра. Ј. 0,95, Для реализации способа по зависимостям, приведенным в формуле изобретения, были назначены следующие параметры обработки: угол подрезания поверхностного слоя 31,8°, подача 5 2 мм-дв, ход,

5

0

5

0

0

5

0

5

0

5

глубина внедрения инструмента t 1,81 мм. Обработка производилась на поперечно- строгальном станке марки 7Е35, инструмент из .быстрорежущей стали Р6М5. Скорость перемещения инструмента составляло 0,6 м/с. В результате осуществления способа на поверхности заготовки получена оребренная поверхность с геометрическими параметрами, отличающимися не более, чем на 6% от заданных, Время обработки при размерах заготовки 100x300 мм составило 2,5 мин.

Пример 2, Для подготовки поверхности под склеивание заданы следующие геометрические параметры цилиндрической оребренной поверхности: а 0,12 мм, гг 0,28 мм, S 0,22 мм, 1 84°. Обрабатываемый материал - коррозионностойкая сталь 12X18НЮТ. Коэффициент 0,92. Назначены следующие параметры обработки: у 36,4°; S 0,22 мм; t 0,097 мм. Обработка производится на токарно-винторезном станке марки 16K2Q. Скорость обработки составляла 0,7 м/с, применялся инструмент для твердого сплава ВК8, После осуществления способа получена оребренная поверхность с заданными геометрическими параметрами с точностью до 0,02 мм. Время обработки заготовки диаметром 100 мм и длиной 100 мм оставило 3,45 мин.

П р и м е р 3. Для просеивания твердых частиц требуется изготовить сито из титано вого сплав с шириной канавки 0,02 мм, с толщиной ребра 0,3 мм при наклоне ребер 45°. В соответствии с п.2, формулы изобретения, угол подрезания поверхностного слоя заготовки выбираем Ј 37,1° при коэффициенте 4 1,1. Обработка проводилась на токарном станке; при этом обрабатывался торец заготовки (нарезалась винтовая канавка на торце). Применялся инструмент из твердого сплава ВКбМ. После осуществления способа измеренная ширина канавки составила 0,019 мм. Время обработки при диаметре заготовки 100 мм составило 3,2 мин;. .-.Способ может быть реализован при изготовлении теплообменных поверхностей, в том числе оребрения труб теплообменных аппаратов, радиаторов радиоэлектронных приборов, Способ используется для увеличения адгезионной способности склеиваемых поверхностей, а также для подготовки под нанесение покрытий различного функционального назначения (фрикционных, антифрикционных, электроконтактных и др.). Оребренные поверхности с заданной шириной канавок применимы для изготовления фильтров из полимерных материалов (фто

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к способам механической обработки для получения оребренной поверхности. Изобретение может быть использовано при изготовлении поверхностей теплообмена, для подготовки под склеивание деталей и нанесение различных покры-. тий, при изготовлении фильтров и сит, для глубокого упрочнения поверхностей пластичных материалов. Цель изобретения - повышение качества оребренных поверхностей путем управления их геометрическими параметрами, Оребренную поверхность получают путем подрезания поверхностного слоя заготовки с образованием ребра, причем угол подрезания задают исходя из отношения, толщины ребра к шагу оребрен- цой поверхности, подачу инструмента назначают по заданной толщине ребра, а глубину внедрения инструмента - исходя из заданной высоты оребренной поверхности. Возможно получение канавок заданной, в том числе нулевой, толщины. Управление параметрами оребренной поверхности производят путем изменения технологических режимов обработки. Способ является безотходным и реализуется на стандартном металлорежущем оборудовании. 4 ил. ел С