RU2125929C1

RU2125929C1 - Cutting zone cooling method

Info

Publication number: RU2125929C1
Application number: RU98116415A
Authority: RU
Inventors: И.Д. Ахметзянов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная компания РОСТЕХНО
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 1999-02-10
Also published as: WO2000013845A1; AU2444099A

Abstract

FIELD: material cutting, namely, processes for cooling cutting zone, possible in different branches of machine engineering. SUBSTANCE: method comprises steps of feeding to cutting zone gaseous cutting fluid processed in field of corona discharge of ionizator; feeding cutting fluid to ionizator by pressure no less than 0.04 atm and forming stream of cutting fluid; setting length of stream at outlet of ionizator less than 30 diameters of stream. Such combination of pressure and length parameters of stream allows to optimize parameters of oriented flow of cutting fluid, namely it provides enhanced stability of stream relative to convection flows that may cause stream breakage. It provides formation of stable homogeneous oxide film on surface of cutting tool and worked surface. EFFECT: increased wear resistance of tool, lowered roughness of worked surface. 4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к способам обработки материалов резанием, а именно к способу охлаждения зоны резания. The invention relates to methods for processing materials by cutting, and in particular to a method for cooling a cutting zone.

Известен способ охлаждения зоны резания (RU, A, 203788), при котором газообразную смазочно-охлаждающую среду подают в зону резания через ионизатор с коронирующим разрядом. Под действием электрического поля коронирующего разряда происходит ионизация и озонирование смазочно-охлаждающей среды. Ионизированный и озонированный поток смазочно-охлаждающей среды подается в зону резания со скоростью не менее скорости резания. Для возбуждения коронного разряда используют регулируемый электрический ток. Величину тока изменяют в соответствии с изменением скорости подачи газообразной смазочно-охлаждающей среды, что позволяет регулировать физико-химические параметры газообразной смазочно-охлаждающей среды. В результате окисная пленка, образуемая на взаимодействующих поверхностях обрабатываемого материала и режущего инструмента, имеет достаточную и равномерную толщину, а также происходит эффективный отвод тепла из зоны резания. A known method of cooling the cutting zone (RU, A, 203788), in which a gaseous cutting fluid is supplied to the cutting zone through an ionizer with a corona discharge. Under the influence of the electric field of the corona discharge, ionization and ozonation of the cutting fluid takes place. The ionized and ozonized flow of the cutting fluid is supplied to the cutting zone at a speed not less than the cutting speed. To excite a corona discharge, an adjustable electric current is used. The current value is changed in accordance with a change in the feed rate of the gaseous cutting fluid, which allows you to adjust the physico-chemical parameters of the gaseous cutting fluid. As a result, the oxide film formed on the interacting surfaces of the processed material and the cutting tool has a sufficient and uniform thickness, as well as an effective heat removal from the cutting zone.

Однако такой способ не может обеспечить достаточной размерной стойкости инструмента. However, this method cannot provide sufficient dimensional stability of the tool.

В основу изобретения положена задача создания способа охлаждения зоны резания, который обеспечил бы подачу в зону резания газообразной смазочно-охлаждающей среды с оптимальными физико-химическими параметрами, при которых обеспечивается повышенная размерная износостойкость инструмента, а также создание устройства для осуществления этого способа. The basis of the invention is the creation of a method of cooling the cutting zone, which would provide a supply to the cutting zone of a gaseous cutting fluid with optimal physico-chemical parameters, which provides increased dimensional wear resistance of the tool, as well as creating a device for implementing this method.

Поставленная задача решается тем, что в способе охлаждения зоны резания, при котором в зону резания подают газообразную смазочно-охлаждающую среду, обработанную в ионизаторе в поле коронного разряда, согласно изобретению, газообразную смазочно-охлаждающую среду подают в ионизатор под давлением не менее 0,04 ат, в котором формируют из газообразной смазочно-охлаждающей среды струю, длину которой устанавливают меньше 30 ее диаметров на выходе из ионизатора. The problem is solved in that in the method of cooling the cutting zone, in which a gaseous cutting fluid, treated in an ionizer in a corona discharge field, is supplied to the cutting zone, according to the invention, a gaseous cutting fluid is supplied to the ionizer at a pressure of at least 0.04 at, in which a jet is formed from a gaseous cutting fluid, the length of which is set to less than 30 diameters at the outlet of the ionizer.

Соотношение между длиной сформированной струи и ее диаметром на выходе из ионизатора получено экспериментальным путем. Длина струи, выбранная из данного соотношения, и величина давления, под которым подается в ионизатор газообразная смазочно-охлаждающая среда, позволяют оптимизировать параметры направленного потока смазочно-охлаждающей среды, а именно, повышается устойчивость струи конвенционным потокам, которые приводят к ее разрушению. Это способствует образованию устойчивой равномерной окисной пленки на поверхности режущего инструмента и обрабатываемой поверхности. Образовавшаяся окисная пленка служит смазкой в процессе обработки. В результате чего повышается износостойкость инструмента, а именно размерная износостойкость, что особенно важно при обработке поверхностей с минимальными геометрическими допусками, одновременно снижается шероховатость обрабатываемой поверхности. Минимальная длина струи ограничена конструктивными параметрами установки, реализующей предлагаемый способ, а также размерами зоны резания. Так как процесс обработки происходит не в точке, а на определенной поверхности, необходимо, чтобы и окисная пленка образовывалась на всей обрабатываемой в данный момент времени поверхности. При увеличении длины струи свыше 30 ее диаметров на выходе ионизатора сформированная струя разрушается образующимися конвенционными потоками, что приводит к образованию неравномерной окисной пленки, а это влечет за собой снижение стойкости инструмента, его неравномерный износ и повышение шероховатости обрабатываемой поверхности. Т.е. струя смазочно-охлаждающей среды не оказывает влияния на результат обработки. The relationship between the length of the formed jet and its diameter at the exit of the ionizer was obtained experimentally. The jet length selected from this ratio and the pressure value under which a gaseous cutting fluid is supplied to the ionizer can optimize the parameters of the directed flow of the cutting fluid, namely, the stability of the stream increases for conventional flows, which lead to its destruction. This contributes to the formation of a stable uniform oxide film on the surface of the cutting tool and the machined surface. The resulting oxide film serves as a lubricant during processing. As a result, the wear resistance of the tool is increased, namely, dimensional wear resistance, which is especially important when machining surfaces with minimal geometric tolerances, while the roughness of the machined surface is reduced. The minimum jet length is limited by the design parameters of the installation that implements the proposed method, as well as the size of the cutting zone. Since the processing does not occur at a point, but on a certain surface, it is necessary that an oxide film also forms on the entire surface being processed at a given time. With an increase in the length of the jet over 30 of its diameters at the exit of the ionizer, the formed jet is destroyed by the formed conventional flows, which leads to the formation of an uneven oxide film, which entails a decrease in tool life, its uneven wear and an increase in the roughness of the treated surface. Those. a jet of cutting fluid does not affect the processing result.

В последующем изобретение поясняется подробным описанием конкретного примера его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: на фиг. 1 изображена схема устройства для охлаждения зоны резания; на фиг. 2 - схема расположения нескольких ионизаторов; на фиг. 3 - график зависимости износа инструмента; на фиг. 4 - график зависимости шероховатости обрабатываемой поверхности. In the following, the invention is illustrated by a detailed description of a specific example of its implementation with reference to the accompanying drawings, in which: in FIG. 1 shows a diagram of a device for cooling a cutting zone; in FIG. 2 - arrangement of several ionizers; in FIG. 3 is a graph of tool wear; in FIG. 4 is a graph of the roughness of the treated surface.

Устройство для охлаждения зоны резания (фиг. 1) содержит ионизатор 1 любой конструкции с коронирующим электродом 2, например отрицательным, источник 3 подачи газообразной смазочно-охлаждающей среды, источник 4 питания, подключенный к коронирующему электроду 2, регулятор 5 давления газообразной смазочно-охлаждающей среды. A device for cooling the cutting zone (Fig. 1) contains an ionizer 1 of any design with a corona electrode 2, for example negative, a supply 3 of a gaseous cutting fluid, a power supply 4 connected to a corona electrode 2, a pressure regulator 5 of a gaseous cutting fluid .

Ионизатор 1 содержит полый корпус 6, являющийся, например, электродом положительной полярности, с соплом 7, направленным в зону резания. Между корпусом 6 и соплом 7 установлен трубопровод 8. В корпусе 6 по его продольной оси установлен коронирующий электрод 2, подключенный к источнику 4 питания, в качестве которого использован источник переменного тока, или источник тока отрицательной полярности, или источник тока положительной полярности, выбор которого зависит от материала заготовки, режущего инструмента, режимов резания и состава газообразной смазочно-охлаждающей технологической среды. The ionizer 1 contains a hollow body 6, which is, for example, an electrode of positive polarity, with a nozzle 7 directed into the cutting zone. A pipeline 8 is installed between the housing 6 and the nozzle 7. A corona electrode 2 is installed in the housing 6 along its longitudinal axis and connected to a power source 4, which is used as an alternating current source, or a current source of negative polarity, or a current source of positive polarity, the choice of which depends on the material of the workpiece, cutting tool, cutting conditions and the composition of the gaseous cutting fluid technology.

Корпус 6 сообщен магистралью 9 с источником 3 подачи газообразной смазочно-охлаждающей среды, например сжатого воздуха, который при прохождении через корпус 6 и взаимодействии с полем коронного разряда, возбуждаемым между коронирующим электродом 2 и корпусом 6, ионизируется с одновременным образованием озона и в виде сформированной струи подается через сопло 7 в зону резания. Housing 6 is connected by line 9 to a supply source 3 of a gaseous cutting fluid, such as compressed air, which, when passing through housing 6 and interacting with a corona discharge field excited between the corona electrode 2 and housing 6, is ionized with the formation of ozone and in the form the jet is fed through the nozzle 7 into the cutting zone.

Регулятор 5 давления газообразной смазочно-охлаждающей среды включен в магистраль 9 и выполнен в виде известного устройства, обеспечивающего поддержание в заданных пределах давления подачи этой среды, в качестве которого можно использовать, например, вентиль, управление исполнительным (запорным) органом которого можно осуществлять вручную по показаниям прибора. The pressure regulator 5 of the gaseous cutting fluid is included in the line 9 and is made in the form of a known device that maintains the supply pressure of this medium within specified limits, for which, for example, a valve can be used, the control of the executive (shut-off) organ of which can be carried out manually by instrument readings.

Источник 4 питания и ионизатор 1 подключены к шинам 10 нулевого потенциала. The power source 4 and the ionizer 1 are connected to the buses 10 of zero potential.

Трубопровод 8 может быть выполнен из гибкого материала, что позволит расположить выходное отверстие сопла 7 на любом расстоянии от зоны резания и таким образом установить необходимую длину струи. The pipe 8 can be made of flexible material, which will allow you to position the outlet of the nozzle 7 at any distance from the cutting zone and thus set the desired length of the jet.

При фрезеровании, зубофрезеровании или сверлении, т.е. когда зона резания имеет значительные размеры, недостаточно иметь только один ионизатор 1, необходимо расположить несколько ионизаторов 1, как это показано на фиг. 2. When milling, hobbing or drilling, i.e. when the cutting zone is large, it is not enough to have only one ionizer 1, it is necessary to arrange several ionizers 1, as shown in FIG. 2.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

При обработке резанием обрабатываемую деталь 11 приводят во вращение с заданной скоростью V, подводят к ее поверхности режущий инструмент 12 и при их контакте и взаимном относительном перемещении производится обработка детали 11 резанием. Скорость резания устанавливают в соответствии с выбранной технологией и изменяют в зависимости от материала заготовки и режущего инструмента, от типа используемого оборудования и так далее. When cutting, the workpiece 11 is brought into rotation with a given speed V, the cutting tool 12 is brought to its surface, and when they contact and relative relative movement, the workpiece 11 is cut. The cutting speed is set in accordance with the selected technology and is changed depending on the material of the workpiece and cutting tool, on the type of equipment used and so on.

Корпус 6 ионизатора 1 устанавливают вблизи зоны обработки детали 11 так, чтобы с помощью трубопровода 8 сформированная соплом 7 струя имела длину, не превышающую 30 ее диаметров. The housing 6 of the ionizer 1 is installed near the processing zone of the part 11 so that with the help of the pipe 8 the jet formed by the nozzle 7 has a length not exceeding 30 of its diameters.

Одновременно с обработкой детали 11 в ионизатор 1 подают газообразную смазочно-охлаждающую среду под давлением не менее 0,04 ат, которое устанавливается с помощью регулятора 5 давления. Обработанная известным образом в поле коронного разряда ионизатора 1 газообразная смазочно-охлаждающая среда, попадая в трубопровод 8 и выйдя через сопло 7, формируется в струю, которая и подается в зону резания. Сформированная струя из газообразной смазочно-охлаждающей среды охлаждает режущий инструмент 12 и обрабатываемый материал детали 11, кроме того, такая струя ускоряет образование тонкой окисной пленки на поверхности обрабатываемого материала детали 11 и режущего инструмента 12, которая служит смазкой и снижает тепловыделение в зоне резания. Simultaneously with the processing of the part 11, a gaseous cutting fluid is supplied to the ionizer 1 at a pressure of at least 0.04 atm, which is set using the pressure regulator 5. Processed in a known manner in the corona discharge field of the ionizer 1, a gaseous cutting fluid, entering the pipe 8 and exiting through the nozzle 7, is formed into a jet, which is fed into the cutting zone. The generated jet of a gaseous cutting fluid cools the cutting tool 12 and the workpiece material 11, in addition, this jet accelerates the formation of a thin oxide film on the surface of the workpiece material 11 and the cutting tool 12, which serves as a lubricant and reduces heat in the cutting zone.

Для подтверждения выбранных параметров способа на токарном станке осуществляли обработку резанием детали из сплава 12Х18Н10Т, использовали режущий инструмент ВК8, скорость резания установили 90 м/мин. Обработку проводили в течение 60 мин. Для возбуждения коронного разряда использовали силу электрического тока 60 мкА. Диаметр выходного отверстия сопла для подачи смазочно-охлаждающей среды 5 мм. To confirm the selected parameters of the method on a lathe, parts of 12X18H10T alloy were cut by cutting, VK8 cutting tool was used, cutting speed was set to 90 m / min. Processing was carried out for 60 minutes An electric current of 60 μA was used to excite a corona discharge. The diameter of the nozzle outlet for supplying a cutting fluid is 5 mm.

А) Изменяли расстояние L от выходного отверстия сопла до зоны резания от 10 мм до 200 мм, а газообразную смазочно-охлаждающую среду подавали в ионизатор под давлением Р = 0,04 атм. A) The distance L from the nozzle outlet to the cutting zone was changed from 10 mm to 200 mm, and a gaseous cutting fluid was supplied to the ionizer at a pressure of P = 0.04 atm.

При изменении расстояния L замеряли шероховатость R (мм) обрабатываемой поверхности и износ h (мм) инструмента. На фиг. 4 и 5 показаны данные зависимости в виде кривых А. Как видно из графиков, при соотношении больше 30 шероховатость R поверхности и износ h инструмента достигают максимума, т.е. использование смазочно-охлаждающей струи не сказывается на процессе обработки. With a change in the distance L, the roughness R (mm) of the treated surface and the wear h (mm) of the tool were measured. In FIG. Figures 4 and 5 show the dependence data in the form of curves A. As can be seen from the graphs, with a ratio of more than 30, the surface roughness R and tool wear h reach a maximum, i.e. the use of a cutting lubricant does not affect the processing.

Б) Расстояние L от выходного отверстия сопла до зоны обработки устанавливали 40 мм, а давление Р газообразной смазочно-охлаждающей среды изменяли от 0 до 0,3 атм. B) The distance L from the nozzle outlet to the treatment zone was set to 40 mm, and the pressure P of the gaseous cutting fluid was changed from 0 to 0.3 atm.

Как видно из графиков на фиг. 4 и 5 (кривая В), при значениях давления Р меньше 0,04 атм происходит интенсивный износ инструмента, а обрабатываемая поверхность имеет высокую шероховатость. As can be seen from the graphs in FIG. 4 and 5 (curve B), at values of pressure P less than 0.04 atm, intensive wear of the tool occurs, and the surface being machined has a high roughness.

Пример 1. На токарном станке 16К20 осуществляли обработку резанием детали из стали 20 Г, использовали режущий инструмент МС 1460, скорость резания установили 160 м/мин. Для возбуждения коронного разряда используют силу электрического тока 50 мкА. Диаметр выходного отверстия сопла для подачи смазочно-охлаждающей среды 5 мм, при этом установили расстояние от выходного отверстия сопла до зоны обработки 40 мм, т.е. соотношение между длиной струи и ее диаметром составило 8. Газообразную смазочно-охлаждающую среду подавали в ионизатор под давлением 0,05 Атм. Example 1. On a lathe 16K20, machining of a part made of steel 20 G was performed, a cutting tool MS 1460 was used, the cutting speed was set to 160 m / min. An electric current of 50 μA is used to excite a corona discharge. The diameter of the nozzle outlet for supplying a cutting fluid is 5 mm, and the distance from the nozzle outlet to the treatment zone of 40 mm was established, i.e. the ratio between the length of the jet and its diameter was 8. A gaseous cutting fluid was supplied to the ionizer at a pressure of 0.05 bar.

В результате размерная стойкость инструмента (до износа по задней поверхности 0,4 мм) по прототипу составила 40 мин, а при обработке предлагаемым способом составила 70 мин. As a result, the dimensional resistance of the tool (to wear on the rear surface of 0.4 mm) according to the prototype was 40 minutes, and during processing by the proposed method was 70 minutes

Пример 2. На токарном станке DZ 500 осуществляли точение колец подшипников из стали 100 Сr 6 (ШХ15). Для обработки наружного диаметра кольца использовали режущий инструмент НМW РТ NMG 2204 12, а для обработки торцевой поверхности - SNMG 1204 12, при этом скорость резания 120 м/мин, подача 0,35 мм/об, а глубина резания 1,0 мм. Для каждого инструмента был установлен свой ионизатор с диаметром сопла 4 мм. Для обработки наружного диаметра кольца ионизатор был установлен таким образом, что расстояние от выходного отверстия сопла до зоны резания составило 10 мм, а для обработки торцевой поверхности кольца ионизатор был снабжен гибким трубопроводом длиной 120 мм, при этом расстояние от выходного отверстия сопла до зоны резания составило 15 мм. Для возбуждения коронного разряда в ионизаторах использовали силу электрического тока 60 мкА и газообразную смазочно-охлаждающую среду в ионизаторы подавали под давлением в 1,2 атм. Таким образом, используя предлагаемый способ, до замены инструмента из-за его размерного износа было обработано 470 колец. Аналогичные детали были обработаны по способу-прототипу. Одним инструментом до его замены было обработано 264 кольца. Example 2. On a DZ 500 lathe, the bearing rings of steel 100 Cr 6 (ШХ15) were turned. To process the outer diameter of the ring, the NMW RT NMG 2204 12 cutting tool was used, and for the end surface processing, SNMG 1204 12 was used, with a cutting speed of 120 m / min, a feed of 0.35 mm / rev, and a cutting depth of 1.0 mm. Each instrument had its own ionizer with a nozzle diameter of 4 mm. To process the outer diameter of the ring, the ionizer was installed in such a way that the distance from the nozzle outlet to the cutting zone was 10 mm, and to process the end surface of the ring the ionizer was equipped with a flexible pipe 120 mm long, while the distance from the nozzle outlet to the cutting zone was 15 mm An electric current of 60 μA was used to excite a corona discharge in the ionizers, and a gaseous cutting fluid was supplied to the ionizers under a pressure of 1.2 atm. Thus, using the proposed method, before replacing the tool due to its dimensional wear, 470 rings were processed. Similar details were processed by the prototype method. One tool processed 264 rings before replacing it.

Из приведенного примера видно, что стойкость инструмента увеличивается почти в 2 раза. From the above example it can be seen that the tool life is increased by almost 2 times.

Claims

A method of cooling a cutting zone, in which a gaseous cutting fluid is fed into the cutting zone, processed in an ionizer in a corona discharge field, characterized in that the gaseous cutting fluid is supplied to the ionizer under a pressure of at least 0.04 atm, and is formed from gaseous cutting fluid stream, the length of which is set less than 30 diameters at the outlet of the ionizer.