HUT69911A - Process and apparatus for cooling cutting zone of being processed materials - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás forgácsolásos anyagmegmunkálás zónájának hűtésére, valamint berendezés ezen eljárás megvalósítására.

Az SU-A-1 483 205 sz. szabadalmi leírás alapján ismert egy eljárás anyagok forgácsolásos megmunkálására, amelynél egy örvénycsövön keresztül sűrített levegőt vezetnek egy a levegőáram ionizálására szolgáló készülékbe. A levegő ionizálására koronakisülést alkalmaznak. Egy koronakisülést létrehozó elektródához történő árambevezetéskor koronakisülés jön létre, amely koronakisülés villamos erőterének hatása alatt a levegő ionizálása és ózonizálása megy végbe. Az ionizált és ózonizált levegőt egy csonkon keresztül vezetik be a forgácsolási zónába, ahol ez a levegő levegő a forgácsolószerszámot és a megmunkálandó anyagot. Emellett az ionizált levegőáram meggyorsítja egy vékony oxidhártya képződését a megmunkálandó anyag és a forgácsolószerszám felületén. Az ilyen oxidhártya gyakorlatilag kenőanyagként szolgál a forgácsolás során, amely csökkenti a súrlódást és ezáltal mérsékeli a hőfejlődést a forgácsolási zónában.

Ez az eljárás azonban nem képes biztosítani a megmunkálandó anyag és a forgácsolószerszám felületének kellően hatékony hűtését és kenését. A forgácsolási zónában jelentős konvekciós és gázdinamikai áramlások jönnek létre, amelyek akadályozzák az ionizált és ózonizált levegő bejutását a forgácsolási zónába. Emiatt gyengül az oxidhártya képződése a megmunkálandó anyag és a forgácsolószerszám felületén, ami a szerszám rövid éltartamához és a felületminőség romlásához vezet.

A fentebb ismertetett eljárás egy az SU-A-1 483 205 sz. szabadalmi leírásban ismertetett olyan berendezéssel valósítható meg, amely egy negatív polaritású áramforrást, egy levegőáram létrehozására szolgáló egységet, valamint egy a levegőáram ionizálására szolgáló készüléket tartalmaz, amely készülékhez egy az áramforrásra csatlakoztatott, koronakisülést létrehozó elektróda tartozik. A levegőáram ionizálására szolgáló készülék lényegében egy csőcsonkból áll, amelynek hossztengelye mentén van a koronakisülést létrehozó elektróda elrendezve. A levegőáram létrehozására szolgáló egység egy sűrítettlevegő-forrást tartalmaz, amely egy örvénycsövön keresztül a levegőáram ionizálására szolgáló készülék bemenetével van összekötve. Ez a berendezés ugyanazokkal a hátrányokkal rendelkezik, mint a fentebb ismertetett eljárás.

A találmány által megoldandó feladat olyan eljárás létrehozása forgácsolásos anyagmegmunkálás zónájának hűtésére, amely eljárás kellő sebességgel és szabályozható fizikai-kémiai paraméterek mellett biztosítja a kenő- és hűtőközeg bevezetését a forgácsolási zónába, amely biztosítja továbbá egy egyenletes és kellő vastagású oxidhártya képződését a megmunkált anyag és a forgácsoló szerszám egymással kölcsönhatásban levő felületein, valamint biztosítja a hatékony hőelvezetést a forgácsolási zónából, emellett a találmány által megoldandó feladat olyan berendezés kifejlesztése, amely alkalmas a fenti feladatokat megoldó eljárás megvalósítására.

A kitűzött feladatot egy a forgácsolásos anyagmegmunkálás zónájának hűtésére szolgáló eljárásnál, amelynek során a forgácsolási zónába egy ionizátorban létrehozott koronakisülés erőterében kezelt gáznemű kenő- és hűtőközeget vezetünk, a találmány értelmében azáltal oldjuk meg, hogy a gáznemű kenő- és hűtőközeget olyan sebességgel vezetjük a forgácsolási zónába, amely legalább akkora, mint a vágási sebesség, ugyanakkor a koronakisülés gerjesztésére szabályozható villamos áramot alkalmazunk, amelynek erősségét a gáznemű kenőés hűtőközeg bevezetési sebességének változásától függően változtatjuk.

Az anyagok megmunkálásánál a forgácsolási zónában konvekciós és gázdinamikai áramlások jönnek létre, amelyek akadályozzák a gáznemű kenő- és hűtőközeg bejutását a forgácsolási zónába. Ezen probléma kiküszöbölése érdekében a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességét úgy kell beállítani, hogy az ne legyen kisebb, mint a vágási sebesség. Stabilizált villamos áram alkalmazása a koronakisülés gerjesztésére lehetővé teszi, hogy a megmunkálás során biztosítsuk a gáznemű közeg stabil ionizációs fokát. Ez egy a megmunkálás során kenőanyagként szolgáló egyenletes oxidhártya képződését eredményezi a forgácsolószerszám és a megmunkálandó anyag felületén. Ennek következtében javul a szerszám kopásállósága, valamint a megmunkálás teljesítménye és minősége. Emellett a villamos áram erősségének változtatása a megmunkálás során a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének függvényében lehetővé teszi a közeg ionizációs fokának állandó értéken tartását, miáltal szintén javítható az anyag megmunkálási minősége és a jó eredmények megismételhetőségének valószínűsége különböző anyagok és különböző megmunkálási intenzitás esetén.

A gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének változásánál célszerű, ha a villamos áram erősségét ezen sebesség változásával arányosan változtatjuk. Ez lehetővé teszi, hogy állandó értéken tartsuk a közeg megkívánt ionizációs fokát, annak kémiai aktivitását, miáltal biztosított a magas színvonalú megmunkálás megismételhetősége és nő a forgácsolószerszám éltartama.

Néhány megmunkálandó anyagnál, például automataacéloknál, az áramerősséget a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének változásával egyenesen arányosan kell változtatni .

A koronakisülés gerjesztésére célszerű stabilizált villamos áramot alkalmazni. Ez lehetővé teszi, hogy a szabályozható áramerősség változtatását optimális módon igazítsuk hozzá a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességéhez.

A forgácsolásos anyagmegmunkálás zónájának hűtésére szolgáló találmány szerinti berendezés önmagában ismert módon egy ionizátort tartalmaz, amely egy a gáznemű kenő- és hűtőközeg tápforrásával egy vezetéken keresztül összekötte tésben álló házzal rendelkezik, amelyn ház egy a forgácsolási zóna felé irányított fúvókával van felszerelve, emellett pedig a berendezéshez egy a házban elhelyezett, koronakisülést létrehozó elektróda, valamint egy a koronakisülést létrehozó elektródával áramvezető módon összekötött áramforrás tartozik, és ezen berendezésnél a találmány értelmében a gáznemű kenő- és hűtőközeget bevezető vezetékbe egy ezen közeg bevezetési sebességének szabályozására alkalmas szabályozóegység van beépítve.

A berendezés előnyei megegyeznek a találmány szerinti eljárás előnyeivel.

A találmányt részletesebben egy konkrét kiviteli példa kapcsán, a csatolt rajz alapján ismertetjük, ahol a rajz egyetlen ábrája egy a találmány szerinti eljárás megvalósítására alkalmas berendezés vázlatos elvi felépítését tünteti fel.

A találmány szerinti, forgácsolásos anyagmegmunkálás zóna hűtésére szolgáló berendezés egy tetszőleges felépítésű 1 ionizátort tartalmaz, például negatív polaritású, koronakisülést létrehozó 2 elektródával, tartalmaz továbbá egy a gáznemű kenő- és hűtőközeget bejuttató 3 tápforrást, egy 4 áramforrást, amelyre a 2 elektróda van csatlakoztatva, egy 5 szabályozóegységet a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének szabályozására, valamint egy vezérelhető 6 stabilizátort a kimenő áram erősségének vezérlésére az áramellátó körben.

♦ · ·

- 7 Az 1 ionizátornak egy üreges 7 háza van, amely például pozitív elektródaként szolgál, és van egy a forgácsolási zóna felé irányított 8 fúvókája. A 7 házban, annak hossztengelye mentén van a koronakisülést létrehozó 2 elektróda elrendezve, amely a 4 áramforrásra van csatlakoztatva, amely lehet egy váltóáramú áramforrás vagy egy negatív polaritású áramforrás vagy egy pozitív polaritású áramforrás, amelynek kiválasztása a munkadarab anyagától, a forgácsolószerszámtól, a forgácsolási intenzitástól, valamint a gáznemű technológiai kenő- és hűtőközeg összetételétől függ.

A 7 ház egy 9 vezetéken keresztül összeköttetésben áll a gáznemű kenő- és hűtőközeg, például sűrített levegő 3 tápforrásával, amely közeg a 7 házon való átáramláskor és kölcsönhatásban a koronakisülésnek a 2 elektróda és a 7 ház között gerjesztett erőterével ózon egyidejű képződése mellett ionizálódik és egy irányított áramlás formájában a 8 fúvókán keresztül a forgácsolásos megmunkálás zónájába kerül.

A gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének 5 szabályozóegysége a 9 vezetékbe van beépítve és egy önmagában ismert szerkezetként van kialakítva, amely lehetővé teszi ezen közeg bevezetési sebességének állandó értéken tartását egy a vágási sebesség alá nem kerülő megadott tartományban, és mint ilyen, például egy olyan szelep kerülhet alkalmazásra, amely szelep beavatkozóelemének (záróelemének) vezérlése vagy manuálisan történik, egy a vágási sebességet mérő műszer kijelzett értékei alapján, vagy automatikusan ···· ·· *·· • · megy végbe, egy a megmunkálandó munkadarabon elrendezett és szaggatott vonallal ábrázolt 10 jeladó jelei alapján, ahol a 10 jeladót az 5 szabályozóegység beavatkozóelemével összekötő vezeték szintén szaggatott vonallal van jelezve.

A kimenő áram szabályozható 6 stabilizátora a koronakisülést létrehozó 2 elektróda áramellátó áramkörében, a 4 áramforrás és az 1 ionizátro között van elrendezve és egy önmagában ismert áramstabilizátorként, például egy elektronikus erősítő, vagy a rajzon látható módon két egymással sorba kapcsolt ellenállás, mégpedig egy állandó 12 ellenállás és egy szabályozható 13 ellenállás formájában van kialakítva, amelyek összellenállása nagyobb, mint a koronakisülés ellenállása és amelyek lehetővé teszik az áramerősség szabályozását a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebessége változásának függvényében. Ennek során ezen 13 ellenállás 14 beavatkozóelemének vezérlése történhet manuálisan, az 5 szabályozóegység beavatkozóelemének helyzetváltozását követve, vagy automatikusan, ha a 13 ellenállás 14 beavatkozóelemének bemenete egy a rajzon szaggatott vonallal jelzett 15 összekötő vezetéken keresztül az 5 szabályozóegység beavatkozóelemének kimenetére van csatlakoztatva.

A 4 áramforrás és az 1 ionizátor a 16 zéruspotenciálsínre vannak csatlakoztatva.

Az ilyen berendezés működésmódja a találmány szerinti eljárásnak megfelelően a következő:

Egy forgácsolásos anyagmegmunkálás során a 11 munkadara9

bot adott forgási sebességgel forgásba hozzuk, felületéhez hozzáállítjuk a 17 forgácsolószerszámot és ezek érintkezésekor és kölcsönös mozgásakor következik be a 11 munkadarab forgácsolásos megmunkálása. A vágási sebességet a választott technológiának megfelelően állítjuk be és azt a munkadarab illetve a forgácsolószerszám anyagának, valamint az alkalmazott felszerelés típusának stb. függvényében változtatjuk.

A munkadarab megmunkálásával egyidejűleg a forgácsolási zónába kenő- és hűtőközeget vezetünk, mégpedig egy ionizált és ózonizált levegőáramot, amelyet ismert eljárás szerint az 1 ionizátor koronakisülésének erőterében állítunk elő és egy irányított áramlás formájában a 7 ház 8 fúvókáján keresztül vezetjük be. Az ionizált levegő árama lehűti a 17 forgácsolószerszámot és a 11 munkadarab megmunkálás alatt álló anyagát; ezenfelül az ionizált levegőáram meggyorsítja egy vékony oxidhártya képződését a megmunkált anyag és a forgácsolószerszám felületén, amely oxidhártya kenőanyagként szolgál és csökkenti a hőfejlődést a forgácsolási zónában.

A beállított vagy megváltoztatott vágási sebességnek megfelelően meghatározzuk az 5 szabályozóegységgel a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességét, amelyet a vágási sebességgel egyenlő nagyságúra vagy annál nagyobbra állítunk be, miáltal lehetővé tesszük ezen közegáram számára, hogy leküzdje a forgácsolási zónában keletkező konvekciós és gázdinamikai áramlásokat.

Az ionizált levegőáram paramétereinek egy állandó érté10 • « ··· • · ♦ · ken tartásához egy a beállított vagy megváltoztatott vágási sebességnek megfelelő adott szinten egy szabályozható, stabilizált, 1 juA áramerősségnél kezdődő villamos áramot alkalmazunk, amelynek erősségét a gáznemű kenő- és hűtőközeg Vj bevezetési sebességének változásától függően állítjuk be. Ehhez a vezérjelet az 5 szabályozóegység kimenetéről a vezérelhető 6 stabilizátor, vagyis a 13 ellenállás bemenetére vezetjük, amely 13 ellenállás az áramerősséget a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének változásával arányosan vagy egyenesen arányosan változtatja, ami a forgácsolásos megmunkálás fajtájától illetve a megmunkálandó munkadarab anyagának és az alkalmazott forgácsolószerszámnak a típusától függ.

Az 1 juA-nél kezdődő stabilizált áram erősségének szabályozásánál figyelembe kell venni, hogy 1 pA alatti áramerősségnél nem gerjeszthető koronakisülés az 1 ionizátorban.

1. példa

Egy esztergapadon 20 G típusú acélból levő munkadarab forgácsolásos megmunkálását végeztük, amelyhez egy MS-1460 típusú forgácsolószerszámot használtunk, ugyanakkor 160 m/min vágási sebességet és a gáznemű kenő- és hűtőközeg számára 500 m/min bevezetési sebességet állítottunk be. A koronakisülés gerjesztéséhez 60 jiA-es áramerősséget alkalmaztunk. A vágási sebesség változtatásakor és ennek 250 m/min értékig való növelésekor a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebessége 900 m/min volt, miközben a stabilizátorral • · · · f * * »♦ · t ·

- 11 szabályozható áramerősséget arányosan változtattuk, amely 80 jiA-t tett ki.

Mindezek következtében a szerszám éltartama, amely hagyományos feltételek mellett 34 és 19 perc volt, a találmány szerinti eljárással végzett megmunkálás esetén 61 és 31 percre nőtt.

2. példa

Egy marógépen egy St45 acélból levő munkadarabon forgácsolásos megmunkálást végeztünk egy RGM5 jelű ötvözetből készített marószerszámmal. Ennek során 15 m/min vágási sebességet és a gáznemű kenő- hűtőközeg számára 120 m/min bevezetési sebességet állítottunk be. A koronakisülés gerjesztéséhez 50yUA-es áramerősséget alkalmaztunk. A vágási sebesség változásakor és ennek a 25 m/min értékig való növelésekor a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebessége 200 m/min lett, amikoris a stabilizátorral szabályozható áramerősséget arányosan változtattuk, amely áramerősség értéke 83 /jA volt.

Mindezek hatására a marószerszám éltartama az ismert feltételekhez képest mindkét esetben az 1,45-szörösére nőtt.

A találmány szerinti eljárás anyagok forgácsolásos megmunkálásánál, különösen esztergálásnál, marásnál, fúrásnál, fogmarásnál és hasonló műveleteknél alkalmazható. A forgácsolásos megmunkálás zónájának hűtésére szolgáló berendezés önmagukban ismert szerszámgépeken, automatikus és forgóasztalos gyártósorokon és robottechnikai komplexumokban egyaránt alkalmazható.

Claims (5)

1. Eljárás forgácsolásos anyagmegmunkálás zónájának hűtésére, amelynek során a forgácsolási zónába egy ionizátorban létrehozott koronakisülés erőterében kezelt gáznemű kenő- és hűtőközeget vezetünk, azzal jellemezv e , hogy a kenő- és hűtőközeget olyan sebességgel vezetjük a forgácsolási zónába, amely legalább akkora, mint a vágási sebesség, ugyanakkor a koronakisülés gerjesztésére szabályozható villamos áramot alkalmazunk, amelynek erősségét a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének változásától függően változtatjuk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a koronakisülés gerjesztésére szabályozható stabilizált villamos áramot alkalmazunk.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a villamos áram erősségét a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének változásával arányosan változtatjuk.

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a villamos áram erősségét a gáznemű kenő- és hűtőközeg bevezetési sebességének változásával egyenesen arányosan változtatjuk.

5. Berendezés forgácsolásos anyagmegmunkálás zónájának hűtésére, amely berendezés tartalmaz egy ionizátort (1) , amelynek egy a gáznemű kenő- és hűtőközeg tápforrásával (3) egy vezetéken (9) keresztül összeköttetésben álló háza (7) van, amely ház (7) egy a forgácsolási zóna felé irányított fúvókával (8) van felszerelve, emellett pedig a berendezés egy a házban (7) elhelyezett, koronakisülést létrehozó elektródát (2), valamint egy az elektródával (2) áramvezető módon összekötött áramforrást (4) tartalmaz, azzal j ellemezve, hogy a gáznemű kenő- és hűtőközeget bevezető vezetékbe (9) egy ezen közeg bevezetési sebességének szabályozására alkalmas szabályozóegység (5) van beépítve.