RU117841U1

RU117841U1 - VIBRATION CUTTING DEVICE FOR CYLINDER PARTS

Info

Publication number: RU117841U1
Application number: RU2011113314/02U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Григорьев; Михаил Павлович Козочкин; Фан Сагирович Сабиров; Нестор Вашингтон Солис-Пинарготе
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-07-10

Abstract

Устройство для вибрационного резания цилиндрических деталей, содержащее режущий инструмент, средство установки обрабатываемой детали, средства подачи под давлением смазочно-охлаждающей жидкости и исполнительный вибрационный узел, содержащий расположенные в полости режущего инструмента средство передачи колебаний в виде жидкофазной среды и воздействующий на нее генератор колебаний, функционально обеспечивающие создание и передачу вынужденных колебаний режущему инструменту посредством ударного воздействия на него жидкофазной среды и подачу через канал, выполненный в режущем инструменте, смазочно-охлаждающей среды непосредственно в зону, сформированную в процессе металлообработки между взаимообращенными поверхностями режущей части инструмента и внутренней поверхностью отделяемого поверхностного слоя обрабатываемой детали с возможностью образования в упомянутой зоне жидкостного клина. A device for vibration cutting of cylindrical parts containing a cutting tool, means for setting the workpiece, means for supplying lubricating-cooling liquid under pressure and an executive vibration unit containing means for transmitting oscillations in the form of a liquid-phase medium and an oscillator acting on it, located in the cavity of the cutting tool, functionally providing the creation and transmission of forced vibrations to the cutting tool through the impact of a liquid-phase medium on it and the supply through the channel made in the cutting tool of the lubricating-cooling medium directly to the zone formed during metalworking between the reciprocal surfaces of the cutting part of the tool and the inner surface of the separated surface layer of the processed parts with the possibility of forming a liquid wedge in said zone.

Description

Полезная модель относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использована для высокоскоростной обработки труднообрабатываемых материалов с повышенным качеством обрабатываемых поверхностей.The utility model relates to the field of metalworking industry and can be used for high-speed processing of difficult-to-process materials with improved quality of machined surfaces.

Наиболее близким аналогом предлагаемого решения из уровня техники по технической сути является устройство для вибрационного резания, содержащее вибратор, к которому прикрепляется резец, совершающий колебательные движения по направлению скорости резания относительно обрабатываемой заготовки, средства подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания (СОТС). При этом за счет высокой виброскорости инструмента, периодически превышающей скорость резания, между кромкой инструмента и отделяемым материалом периодически образуется зазор, в который проникает СОТС, подаваемая традиционным способом с смыванием детали и режущей кромки сверху. (Подураев В.Н., Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. Стр. 289-290; Кириллов А.К., Верещака А.С. и др. Разработка и исследование технологии сухого резания труднообрабатываемых материалов с компенсацией физических функций СОТС // СТИН, №1. 2009. С.35-40).The closest analogue of the proposed solution from the prior art in technical essence is a device for vibration cutting, containing a vibrator, to which a cutter is attached, making oscillating movements in the direction of the cutting speed relative to the workpiece, means for supplying a cutting fluid to the cutting zone (COTS). At the same time, due to the high vibration speed of the tool, periodically exceeding the cutting speed, a gap periodically forms between the tool edge and the material to be separated, into which COTS penetrates, fed in the traditional way with washing off the part and cutting edge from above. (Poduraev V.N., Cutting with vibrations. M .: Mashinostroenie, 1970. P. 289-290; Kirillov A.K., Vereshchaka A.S. et al. Development and research of dry cutting technology for hard-to-process materials with physical compensation functions of SOTS // STIN, No. 1. 2009. S.35-40).

К недостаткам известных из уровня техники устройств следует отнести низкую эффективность воздействия СОТС на режущую кромку инструмента в процессе высокоскоростного резания, низкую динамическую жесткость режущего инструмента, связанную с необходимостью его размещения на консольном волноводе, обеспечивающем колебательное перемещение резца, и невозможность получения высокого качества обрабатываемых поверхностей деталей из труднообрабатываемых материалов при высоких скоростях резания.The disadvantages of the devices known from the prior art include the low efficiency of the effect of COTS on the cutting edge of the tool during high-speed cutting, the low dynamic stiffness of the cutting tool associated with the need to place it on a cantilever waveguide, which provides oscillatory movement of the cutter, and the impossibility of obtaining high quality workpiece surfaces from difficult materials at high cutting speeds.

В основу заявленной полезной модели был положен технический результат по созданию такой конструкции устройства, которая обеспечивала снижение необходимых усилий резания и повышение динамической жесткости режущего инструмента, а также повышение чистоты обрабатываемой поверхности детали при высоких скоростях резания, за счет изменения схемы процесса резания, в частности, за счет изменения организации процесса подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания.The claimed utility model was based on the technical result of creating such a device design that provided a reduction in the necessary cutting forces and an increase in the dynamic stiffness of the cutting tool, as well as an increase in the cleanliness of the workpiece surface at high cutting speeds, by changing the cutting process scheme, in particular due to changes in the organization of the supply of cutting fluid to the cutting zone.

Технический результат, соответствующий поставленной технической задачи, достигается за счет того, что устройство для вибрационного резания цилиндрических деталей содержит режущий инструмент, средство установки обрабатываемой детали, средства подачи под давлением смазочно-охлаждающей жидкости и исполнительный вибрационный узел, организованный с расположенными в полости режущего инструмента средством передачи колебаний в виде жидкофазной среды и воздействующего на нее генератора колебаний, функционально обеспечивающие создание и передачу вынужденных колебаний режущему инструменту посредством ударного воздействия на него жидкофазной среды и подачу через канал, выполненный в режущем инструменте, смазочно-охлаждающей среды непосредственно в зону, сформированную в процессе металлообработки между взаимообращенными поверхностями режущей части инструмента и внутренней поверхностью отделяемого поверхностного слоя обрабатываемой детали, с возможностью образования в упомянутой зоне жидкостного клина.The technical result corresponding to the technical task is achieved due to the fact that the device for vibration cutting of cylindrical parts contains a cutting tool, means for installing the workpiece, means for supplying pressurized cutting fluid and an actuating vibration unit arranged with means located in the cavity of the cutting tool transmission of vibrations in the form of a liquid-phase medium and an oscillator acting on it, which functionally ensure the creation and the transmission of forced vibrations to the cutting tool by means of the impact of a liquid-phase medium on it and feeding through the channel made in the cutting tool, a cutting fluid directly into the zone formed during metal processing between the mutually reversed surfaces of the cutting part of the tool and the inner surface of the detached surface layer of the workpiece, with the possibility of formation in the said zone of a liquid wedge.

Полезная модель поясняется графическими материалами, где:The utility model is illustrated by graphic materials, where:

- на фиг.1 изображена общая схема устройства для вибрационного резания;- figure 1 shows a General diagram of a device for vibration cutting;

- на фиг.2 показана схема подачи смазочно-охлаждаемой среды в зону резания;- figure 2 shows a flow diagram of a lubricant-cooled medium in the cutting zone;

Устройство для вибрационного резания состоит из режущего инструмента 1, гидравлической системы 2 подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) под давлением, исполнительного вибрационного узла 3 (вибратора), полости 4, выполненной в режущем инструменте 1 для смазочно-охлаждающей жидкости 5, генератора 6 управляемых вынужденных колебаний, канала 7, выполненного в режущем инструменте 1 для подачи смазочно-охлаждающей жидкости 5 непосредственно в зону резания в состоянии вынужденных колебаний и под технологически регламентированным давлением, обеспечивающим непрерывное смывание взаимообращенных поверхностей режущей кромки 8 инструмента 1 и обрабатываемого изделия 9, в том числе и его отделяемой части - стружки. Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем. В режущем инструменте 1 в полости 4, заполненной смазочно-охлаждающей жидкостью 5, гидравлической системой 2 создается технологически регламентированное статическое давление. Генератором 6 задается режим вынужденных колебаний, который посредством исполнительного узла-вибратора 3, создает в смазочно-охлаждающей жидкости 5 переменное гидравлическое давление (поле), которое возбуждает вынужденные колебания в режущем инструменте 1, в частности режущей кромки 8. В режиме резания режущий инструмент 1 контактирует с обрабатываемым изделием 9 своей режущей кромкой 8, находящейся в состоянии управляемых вынужденных колебаний от генератора 6 и автоколебаний от самого процесса резания. При этом статическое давление в гидравлической системе 2 и амплитуда вынужденных колебаний инструмента в радиальном направлении задается такими, чтобы подача смазочно-охлаждающей жидкости 5 в зону резания была визуально непрерывной. В таких специально организованных условиях резания между заявленным устройством вибрационного резания и обрабатываемой деталью в месте контакта инструмента с обрабатываемым изделием 9 по режущей кромке 8 возникает зона переменного гидравлического давления, превышающего по своему значению таковое в полости 4 и давление от силы резания, что способствует возникновению по всей линии резания гидравлически упругого слоя из смазочно-охлаждаемой жидкости 5 по типу «масляного клина». Этот слой стремится заполнить микротрещины, образующиеся, в том числе перед режущей кромкой 8 в материале обрабатываемого изделия 9, и стремится расширить их, способствуя тем самым отделению стружки от обрабатываемого изделия 9 и повышению чистоты ее обрабатываемой поверхности. При этом проникающая способность смазочно-охлаждающей жидкости 5 в зону резания под переменным давлением значительно выше даже самой острой режущей кромки 8, что приводит к существенному снижению угла резания и облегчению образованию продукта резания в форме стружки. Организация в процессе вибрационного резания устойчивого упругого слоя из смазочно-охлаждающей жидкости 5 по типу «масляного клина» обеспечивает защиту и охлаждение самой режущей кромки 8, обеспечивая повышение стойкости инструмента 1 и качества обрабатываемой поверхности, в том числе из труднообрабатываемых материалов.The device for vibrational cutting consists of a cutting tool 1, a hydraulic system 2 for supplying a cutting fluid (coolant) under pressure, an actuating vibrating unit 3 (vibrator), a cavity 4 made in a cutting tool 1 for a cutting fluid 5, and a controlled generator 6 forced vibrations of the channel 7, made in a cutting tool 1 for supplying a cutting fluid 5 directly to the cutting zone in the state of forced vibrations and under technologically regulated pressure, about espechivayuschim continuous flushing vzaimoobraschennyh surfaces of the cutting edge 8 of the tool 1 and the workpiece 9, including detachable portion and - chip. The principle of operation of the claimed device is as follows. In the cutting tool 1 in the cavity 4, filled with cutting fluid 5, the hydraulic system 2 creates a technologically regulated static pressure. The generator 6 sets the forced oscillation mode, which, through the actuator-vibrator 3, creates an alternating hydraulic pressure (field) in the cutting fluid 5, which excites forced oscillations in the cutting tool 1, in particular the cutting edge 8. In the cutting mode, the cutting tool 1 in contact with the workpiece 9 with its cutting edge 8, which is in a state of controlled forced oscillations from the generator 6 and self-oscillations from the cutting process itself. In this case, the static pressure in the hydraulic system 2 and the amplitude of the forced oscillations of the tool in the radial direction are set such that the supply of cutting fluid 5 to the cutting zone is visually continuous. In such specially organized cutting conditions, between the claimed vibratory cutting device and the workpiece in the place of contact of the tool with the workpiece 9 along the cutting edge 8, a zone of variable hydraulic pressure arises, which exceeds that in the cavity 4 and the pressure from the cutting force, which contributes to the entire cutting line of a hydraulically elastic layer of a lubricant-cooled fluid 5 according to the type of "oil wedge". This layer seeks to fill microcracks formed, including in front of the cutting edge 8 in the material of the workpiece 9, and seeks to expand them, thereby contributing to the separation of chips from the workpiece 9 and to increase the cleanliness of its processed surface. At the same time, the penetrating ability of the cutting fluid 5 into the cutting zone under variable pressure is significantly higher than even the sharpest cutting edge 8, which leads to a significant reduction in the cutting angle and facilitating the formation of a cutting product in the form of chips. The organization in the process of vibrational cutting of a stable elastic layer of cutting fluid 5 according to the type of "oil wedge" provides protection and cooling of the cutting edge 8 itself, providing an increase in tool life 1 and the quality of the machined surface, including from difficult to process materials.

Таким образом, предлагаемое устройство вибрационного резания обеспечивает проникновение смазочно-охлаждающей жидкости непосредственно в зону резания, а именно в зону силового контакта режущей кромки инструмента с обрабатываемым изделием на глубину резания. Проникновение смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания при этом не зависит от скорости резания, поскольку зазор между взаимообращенными поверхностями режущей кромки инструмента и обрабатываемого изделия производится не в результате кинематических вибраций, а под действием внутреннего усилия, создаваемого давлением и состоянием жидкофазной среды. Причем конструкция предлагаемого устройства не требует снижения радиальной жесткости инструментального узла, поскольку отпадает необходимость закреплять режущий инструмент на вибраторе.Thus, the proposed device for vibration cutting provides the penetration of the cutting fluid directly into the cutting zone, namely, into the area of power contact of the cutting edge of the tool with the workpiece to the depth of cut. The penetration of the cutting fluid into the cutting zone is not dependent on the cutting speed, since the gap between the reciprocal surfaces of the cutting edge of the tool and the workpiece is made not as a result of kinematic vibrations, but under the influence of the internal force created by the pressure and state of the liquid-phase medium. Moreover, the design of the proposed device does not require a decrease in the radial rigidity of the tool node, since there is no need to fix the cutting tool on the vibrator.

Полезная модель может быть использована для обработки резанием труднообрабатываемых высокопрочных сплавов практически любой структуры, включая ультрадисперсную структуру, с высокой скоростью резания, в том числе на автоматизированных линиях, с высоким качеством обрабатываемых поверхностей.The utility model can be used for cutting difficult to machine high-strength alloys of virtually any structure, including an ultrafine structure, with a high cutting speed, including on automated lines, with high quality machined surfaces.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.

Свойства, регламентированные в заявленном устройстве отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.The properties regulated in the claimed device by individual features are well known in the art and require no further explanation.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении может быть использован для высокоскоростной обработки труднообрабатываемых материалов с повышенным качеством обрабатываемых поверхностей;- the object embodying the claimed technical solution, in its implementation can be used for high-speed processing of difficult to process materials with improved quality of the processed surfaces;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета способов, средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the methods, means and methods known from the prior art on the priority date as described in the application materials is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект: «Устройство для вибрационного резания цилиндрических деталей», соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed object: “Device for vibrational cutting of cylindrical parts”, meets the requirements of patentability conditions “novelty” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

A device for vibrational cutting of cylindrical parts, containing a cutting tool, means for installing the workpiece, means for supplying lubricant-cooling fluid under pressure, and an actuating vibrating unit containing vibration transfer means located in the cavity of the cutting tool in the form of a liquid-phase medium and an oscillation generator acting on it, functionally providing the creation and transmission of forced vibrations to the cutting tool by means of the impact of a liquid-phase medium on it rows and feeding through the passage formed in the cutting tool, cutting fluid directly to an area formed during metal cutting between vzaimoobraschennymi surfaces of the tool and an inner surface separated surface layer of the workpiece so as to form in said zone a liquid wedge.