RU2151042C1

RU2151042C1 - Method for hydraulically cleaning surface of grinding wheel

Info

Publication number: RU2151042C1
Application number: RU97104957A
Authority: RU
Inventors: Е.С. Киселев; А.Н. Унянин; В.И. Деревянко; И.Г. Лейбель; А.В. Семенов
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: metal cutting, possibly grinding blanks of different materials. SUBSTANCE: method comprises steps of feeding cutting fluid to gap between surface of grinding wheel and waveguide; subjecting waveguide to ultrasonic frequency-modulated oscillations for attracting a large number of bubbles to cavitation process in order to enhance cleaning process. EFFECT: intensified cleaning of working surface of grinding wheel. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к машиностроению, касается обработки металлов резанием и может быть использовано при шлифовании заготовок из различных материалов. The invention relates to mechanical engineering, for the processing of metals by cutting and can be used when grinding workpieces from various materials.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении повышения эффективности операций шлифования за счет гидроочистки рабочей поверхности шлифовальных кругов. The invention is aimed at solving the problem, which is to provide increased efficiency of grinding operations due to hydrotreating the working surface of the grinding wheels.

Известен способ очистки шлифовальных кругов по а.с. 111330 СССР (опубл. в БИ N 2-3, 1958), при котором их рабочая поверхность находится в ванне с СОЖ, активирующейся энергией УЗК от магнитострикционного преобразователя. В жидкостной ванне возбуждаются мощные ультразвуковые волны, которые способствуют кавитации на границе с рабочей поверхностью круга, что способствует гидроочистке его рабочей поверхности. A known method of cleaning grinding wheels on.with. 111330 USSR (publ. In BI N 2-3, 1958), in which their working surface is in a bath with coolant activated by ultrasonic energy from a magnetostrictive transducer. Powerful ultrasonic waves are excited in the liquid bath, which contribute to cavitation at the boundary with the working surface of the circle, which contributes to hydrotreating its working surface.

Недостатком описанного аналога является малая эффективность гидроочистки абразивного инструмента, поскольку реализация функциональных свойств СОЖ в зоне обработки сдерживается параметрами выходного ультразвукового (УЗ)-сигнала, поступающего на излучатель с генератора. Синусоидальная форма этого сигнала не дает полностью реализовать эффект кавитации, способствующей стабильному протеканию процесса очистки абразивного инструмента по следующей причине. Известно, что для каждой частоты УЗК существует верхний предел размеров R₀ газовых пузырьков, являющихся зародышами кавитации: в процессе кавитации участвуют лишь те пузырьки, размер которых меньше резонансных (Л. К. Зарембо, В. А.Красильников. Введение в нелинейную акустику. - М.: Изд-во Наука, 1966, с. 262). Таким образом, при синусоидальной форме сигнала с фиксированным значением частоты, поступающей на излучатель, в процессе кавитации не принимают участия все растворенные в жидкости воздушные пузырьки.The disadvantage of the described analogue is the low efficiency of hydrotreating an abrasive tool, since the implementation of the functional properties of the coolant in the processing zone is constrained by the parameters of the output ultrasonic (ultrasound) signal supplied to the emitter from the generator. The sinusoidal shape of this signal does not fully realize the effect of cavitation, which contributes to a stable course of the cleaning process of an abrasive tool for the following reason. It is known that for each ultrasonic ultrasonic frequency there is an upper limit on the sizes R _{0 of} gas bubbles, which are cavitation nuclei: only those bubbles that are smaller than resonant ones participate in the cavitation process (L. K. Zarembo, V. A. Krasilnikov. Introduction to nonlinear acoustics. - M.: Publishing House of Science, 1966, p. 262). Thus, with a sinusoidal waveform with a fixed value of the frequency supplied to the emitter, all air bubbles dissolved in the liquid do not participate in the cavitation process.

Наличие жидкостной ванны затрудняет реализацию способа на практике. The presence of a liquid bath makes it difficult to implement the method in practice.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ гидроочистки рабочей поверхности шлифовального круга, при котором на небольшом расстоянии от рабочей поверхности шлифовального круга устанавливают волновод, жестко связанный с преобразователем (вибратором), преобразующим электромагнитные колебания ультразвуковой частоты в упругие колебания. СОЖ поступает в зазор между торцем волновода и рабочей поверхностью круга. Волновой характер движения СОЖ обеспечивает очистку рабочей поверхности инструмента за счет кавитации (а.с. 246168 СССР, опубл. в БИ N 20, 1960). The closest in technical essence to the claimed invention is the method of hydrotreating the working surface of the grinding wheel, selected as a prototype, in which at a small distance from the working surface of the grinding wheel, a waveguide is mounted that is rigidly connected to the transducer (vibrator), which converts electromagnetic waves of ultrasonic frequency into elastic waves. The coolant enters the gap between the end of the waveguide and the working surface of the circle. The wave nature of the movement of the coolant provides cleaning the working surface of the tool due to cavitation (AS 246168 USSR, published in BI N 20, 1960).

Недостатком прототипа является низкая эффективность очистки рабочей поверхности шлифовального круга, поскольку реализация функциональных свойств СОЖ в зоне обработки также сдерживается параметрами выходного УЗ-сигнала, поступающего с генератора на вибратор. Указанный недостаток обусловлен тем, что синусоидальная форма УЗ-сигнала определенной частоты не дает полностью реализовать эффект кавитации, способствующий стабильному протеканию процесса очистки рабочей поверхности шлифовального круга, поскольку в процессе кавитации принимают участие не все растворенные в жидкости воздушные пузырьки. The disadvantage of the prototype is the low cleaning efficiency of the working surface of the grinding wheel, since the implementation of the functional properties of the coolant in the processing zone is also constrained by the parameters of the output ultrasonic signal from the generator to the vibrator. This drawback is due to the fact that the sinusoidal shape of the ultrasonic signal of a certain frequency does not fully realize the cavitation effect, which contributes to the stable flow of the process of cleaning the working surface of the grinding wheel, since not all air bubbles dissolved in the liquid take part in the cavitation process.

Технический результат - повышение эффективности операций шлифования за счет интенсификации очистки рабочей поверхности абразивного круга путем вовлечения в процесс кавитации большего количества пузырьков. The technical result is an increase in the efficiency of grinding operations due to the intensification of cleaning the working surface of the abrasive wheel by involving more bubbles in the cavitation process.

Для достижения технического результата, заявляемое изобретение "Способ гидроочистки рабочей поверхности шлифовального круга" содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями, существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с техническим результатом задачи. To achieve a technical result, the claimed invention "Method of hydrotreating the working surface of the grinding wheel" contains the following general, expressed by certain concepts, essential features, the totality of which is aimed at solving only one problem associated with the technical result.

СОЖ поступает в зазор между торцем волновода и рабочей поверхностью шлифовального круга. На волновод накладывают ультразвуковые колебания, форма которых является частотно-модулированной. Coolant enters the gap between the end of the waveguide and the working surface of the grinding wheel. Ultrasonic vibrations are applied to the waveguide, the shape of which is frequency-modulated.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Форма колебаний, накладываемых на волновод, является частотно-модулированной, что способствует интенсификации процесса очистки рабочей поверхности шлифовального круга. In relation to the prototype of the claimed invention has the following distinctive features. The shape of the vibrations superimposed on the waveguide is frequency-modulated, which helps to intensify the process of cleaning the working surface of the grinding wheel.

Между отличительными признаками и техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Частотно-модулированная форма колебаний, накладываемых на волновод, интенсифицирует гидроочистку рабочей поверхности шлифовального круга, благодаря чему повышается эффективность операций шлифования. Between the distinguishing features and the technical result, there is the following causal relationship. The frequency-modulated waveform superimposed on the waveguide intensifies the hydrotreating of the working surface of the grinding wheel, thereby increasing the efficiency of grinding operations.

Известно, что расширение спектра частот колебаний волновода приводит к интенсификации процесса кавитации СОЖ. It is known that the expansion of the frequency spectrum of the oscillations of the waveguide leads to an intensification of the cavitation process of the coolant.

Для наложения на волновод колебаний частотно-модулированной формы необходим электрический сигнал УЗ-частоты, модулированный по частоте, который может быть получен с помощью специального генератора. To superimpose oscillations of a frequency-modulated shape on a waveguide, an ultrasonic frequency-modulated electrical signal is required, which can be obtained using a special generator.

Широкий спектр частот, занимаемый частотно-модулированным колебанием, способствует значительному расширению диапазона размеров пузырьков, способных кавитировать. Так, присутствие в спектре колебаний с минимальной частотой вызывает кавитацию пузырьков, имеющих достаточно большие размеры. В то же время звуковое давление пропорционально колебательной скорости частиц, а та в свою очередь - частоте колебаний и амплитуде колебательного смещения частиц. Поэтому наличие в спектре колебаний с максимальной частотой способствует вовлечению в процесс кавитации пузырьков, имеющих весьма малые размеры (Л. К. Зарембо, В.А.Красильников. Введение в нелинейную акустику. М.: Изд-во Наука, 1966, с.259-262). A wide range of frequencies occupied by the frequency-modulated oscillation contributes to a significant expansion of the range of sizes of bubbles capable of cavitating. Thus, the presence in the spectrum of vibrations with a minimum frequency causes cavitation of bubbles having sufficiently large sizes. At the same time, sound pressure is proportional to the vibrational velocity of the particles, and that in turn is proportional to the frequency of oscillations and the amplitude of the vibrational displacement of the particles. Therefore, the presence in the spectrum of vibrations with a maximum frequency promotes the involvement of very small bubbles in the cavitation process (L. K. Zarembo, V. A. Krasilnikov. Introduction to nonlinear acoustics. M: Publishing House Nauka, 1966, p. 259 -262).

Таким образом, применение частотно-модулированного колебания приводит к значительному увеличению диапазона размеров пузырьков, способных кавитировать, что способствует в конечном счете интенсификации гидроочистки рабочей поверхности круга. Thus, the use of frequency-modulated oscillations leads to a significant increase in the size range of bubbles capable of cavitating, which ultimately contributes to the intensification of hydrotreating the working surface of the circle.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". According to the information available to the authors, the set of essential features characterizing the essence of the claimed invention is unknown from the prior art, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "novelty."

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень". According to the authors, the essence of the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for a specialist, since the above effect on the obtained technical result is not revealed from it - a new property of the object - a set of features that distinguish the claimed invention from the prototype, which allows us to conclude its compliance with the criterion of "inventive step".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в машиностроении при шлифовании заготовок из различных материалов с получением технического результата, заключающегося в интенсификации очистки рабочей поверхности круга, обуславливающего повышение эффективности операций шлифования. The set of essential features characterizing the essence of the invention, in principle, can be repeatedly used in mechanical engineering when grinding workpieces from various materials to obtain a technical result, which consists in intensifying the cleaning of the working surface of the circle, which leads to an increase in the efficiency of grinding operations.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство содержит волновод 1, расположенный с зазором по отношению к рабочей поверхности шлифовального круга 2 и связанный с преобразователем (вибратором) 3. С волноводом 1 соединен штуцер 4. Источником сигнала является УЗ-генератор 5 с частотной модуляцией. The device contains a waveguide 1 located with a gap with respect to the working surface of the grinding wheel 2 and connected to the transducer (vibrator) 3. A fitting 4 is connected to the waveguide 1. The signal source is an ultrasonic generator 5 with frequency modulation.

СОЖ поступает через штуцер 4 в зазор между торцем волновода 1 и рабочей поверхностью шлифовального круга 2. Электрические колебания УЗ-частоты, генерируемые УЗ-генератором 5, трансформируются в упругие колебания с помощью преобразователя 3. The coolant enters through the nozzle 4 into the gap between the end of the waveguide 1 and the working surface of the grinding wheel 2. The electrical vibrations of the ultrasonic frequency generated by the ultrasonic generator 5 are transformed into elastic vibrations using the transducer 3.

Ниже приведен конкретный пример осуществления предлагаемого способа. The following is a specific example of the proposed method.

СОЖ - 3%-ный водный раствор продукта Аквол-15 подавали в зазор (0,1 - 0,3 мм) между волноводом и шлифовальным кругом. На пьезокерамические преобразователи, включающие кольца из материала ЦТС-19, подавали частотно-модулированный электрический сигнал. Coolant - a 3% aqueous solution of Akvol-15 product was fed into the gap (0.1 - 0.3 mm) between the waveguide and the grinding wheel. Piezoceramic transducers, including rings made of TsTS-19 material, were supplied with a frequency-modulated electrical signal.

Опытная проверка способа проведена при плоском шлифовании заготовок из жаропрочного сплава ЖС 6, коррозионно-стойкой стали 14Х16Н6 и титанового сплава ВТ 22 эльборовыми кругами ЛО5 125/100% Б1 В1,0; ЛС 125/100% СТ1 К; ЛКП 125/100% C1 К, с рабочей скоростью последних 35 м/с при скорости продольной подачи стола 5 м/мин и врезной подаче 0,01 мм/дв. ход. An experimental verification of the method was carried out with flat grinding of workpieces made of heat-resistant alloy ZhS 6, corrosion-resistant steel 14X16H6 and titanium alloy VT 22 with elbor boring wheels LO5 125/100% B1 V1.0; LS 125/100% CT1 K; LKP 125/100% C1 K, with a working speed of the last 35 m / s at a longitudinal table feed speed of 5 m / min and a mortise feed of 0.01 mm / dv. move.

СОЖ - 3%-ный водный раствор продукта Аквол-15 подавали следующими способами:
- поливом с одновременной гидроочисткой при наложении на волновод синусоидальных колебаний частотой 18,6 кГц и амплитудой 5 мкм (способ N 1);
- поливом с одновременной гидроочисткой при наложении на волновод частотно-модулированных колебаний (способ N 2).SOZH - 3% aqueous solution of the product Akvol-15 was filed in the following ways:
- irrigation with simultaneous hydrotreatment when applying sinusoidal oscillations with a frequency of 18.6 kHz and an amplitude of 5 μm to the waveguide (method No. 1);
- irrigation with simultaneous hydrotreatment when superimposed on the waveguide frequency-modulated oscillations (method N 2).

В качестве критериев оценки эффективности шлифования использовали контактную температуру в зоне шлифования и шероховатость шлифованных поверхностей по параметру R_а (см. табл.).As criteria for evaluating the effectiveness of grinding, we used the contact temperature in the grinding zone and the roughness of the polished surfaces according to the parameter R _a (see table).

Согласно данным проведенных экспериментов использование частотно-модулированного сигнала в сравнении с немодулированным за счет интенсификации очистки рабочей поверхности круга позволяет повысить эффективность операций шлифования таким образом, что контактная температура снижается в среднем на 30-40%. According to the data of the experiments, the use of a frequency-modulated signal compared to unmodulated due to the intensification of cleaning the working surface of the wheel allows you to increase the efficiency of grinding operations so that the contact temperature decreases on average by 30-40%.

Уменьшение температуры и увеличение параметра R_а косвенным образом свидетельствуют о повышении режущих свойств кругов.A decrease in temperature and an increase in the parameter R _a indirectly indicate an increase in the cutting properties of the wheels.

Заявляемый способ гидроочистки рабочей поверхности шлифовального круга представляет существенный интерес для народного хозяйства, так как позволяет значительно повысить производительность и снизить тепловую напряженность процесса шлифования не менее чем на 30%. The inventive method of hydrotreating the working surface of the grinding wheel is of significant interest to the national economy, as it can significantly increase productivity and reduce the thermal stress of the grinding process by at least 30%.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды. The claimed invention does not adversely affect the state of the environment.

Claims

A method of hydrotreating the working surface of the grinding wheel, comprising applying a cutting fluid to the gap between the working surface of the grinding wheel and the waveguide and applying ultrasonic vibrations to the waveguide, characterized in that ultrasonic vibrations of a frequency-modulated shape are applied to the waveguide.