RU2157311C1

RU2157311C1 - Cutting fluid feeding device

Info

Publication number: RU2157311C1
Application number: RU99112374A
Authority: RU
Inventors: Е.С. Киселев; А.Н. Унянин; В.Н. Ковальногов; Д.Е. Нечаев
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-10-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device is intended for use on grinding machines. Device has two nozzles positioned symmetrically along grinding wheel ends in close proximity to its periphery. Device also includes pipelines and pipe connections. Nozzles are connected rigidly to waveguides. Axles are secured in hollow of each nozzle on which resonant plate is positioned. Pipe connection is provided with round-section hole turning into slot. Slot width corresponds to that of plate, and its height, to plate thickness. Symmetry plane of plate coincides with symmetry plane of pipe connection. As a result of exposure of liquid to ultrasonic oscillations superposed on waveguide and of resonant plate oscillations, process of impregnation of pore space of grinding wheel with liquid is intensified. Maximum effect is obtained when oscillation frequency in cutting fluid jet coincides with inherent frequency of plate. This widens spectrum of frequencies superposed on liquid which intensifies cutting fluid flow through zone of contact of wheel with blank. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к шлифованию с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), и может быть использовано на шлифовальных станках. The invention relates to mechanical engineering, namely to grinding with the use of cutting fluids (coolant), and can be used on grinding machines.

Известно устройство для подачи СОЖ на торцы шлифовального круга, включающее сопла, симметрично расположенные относительно круга, возбудитель колебаний, выполненный в виде магнитов, установленных в торцовых плоскостях сопел, и диски из ферромагнитного материала, закрепленные по торцам круга, на поверхностях которых, обращенных к магнитам, выполнены по окружности пазы (см. а. с. 1172683 А СССР, МПК⁶ В 24 В 55/02, опубл. в БИ N 30, 15.08.85).A device for supplying coolant to the ends of the grinding wheel, including nozzles symmetrically located relative to the wheel, the exciter, made in the form of magnets mounted in the end planes of the nozzles, and disks of ferromagnetic material mounted on the ends of the wheel, on the surfaces of which are facing the magnets , grooves are made around the circumference (see A. p. 1172683 A of the USSR, IPC ⁶ V 24 V 55/02, publ. in BI N 30, 08/15/85).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в этом устройстве пазы на диске расположены с постоянным шагом, вследствие чего шлифовальный круг колеблется с постоянной частотой. Колебания одной частоты не обеспечивают интенсивную кавитацию жидкости, способствующую эффективной пропитке порового пространства шлифовального круга. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that in this device the grooves on the disk are arranged with a constant step, as a result of which the grinding wheel oscillates with a constant frequency. Oscillations of the same frequency do not provide intensive liquid cavitation, which contributes to the effective impregnation of the pore space of the grinding wheel.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для подачи смазочно-охлаждающей жидкости, включающее сопла, симметрично расположенные относительно круга, и волноводы, жестко соединенные с соплами (см. а. с. 806387 СССР, МПК⁶ В 24 В 55/02, опубл. в БИ N 7, 23.02.81), и принятое за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for supplying a cutting fluid, including nozzles symmetrically located relative to the circle, and waveguides rigidly connected to the nozzles (see A. p. 806387 of the USSR, IPC ⁶ V 24 In 55/02, published in BI N 7, 02.23.81), and adopted for the prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в этом устройстве используются волноводы фиксированной длины, и при использовании в качестве излучателей пьезоэлектрических преобразователей последние могут генерировать колебания одной частоты, что ограничивает интенсивность пропитки порового пространства шлифовального круга. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted for the prototype include the fact that the device uses fixed-length waveguides, and when used as emitters of piezoelectric transducers, the latter can generate oscillations of the same frequency, which limits the intensity of pore impregnation grinding wheel space.

Сущность изобретения заключается в следующем. Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности операций шлифования заготовок. The invention consists in the following. The claimed invention is aimed at solving the problem of improving the efficiency of grinding workpieces.

Технический результат - повышение эффективности операций шлифования заготовок за счет интенсификации пропитки порового пространства шлифовального круга и увеличения расхода СОЖ через зону контакта круга с заготовкой путем вовлечения в процесс кавитации большего числа паровоздушных пузырьков. The technical result is an increase in the efficiency of grinding workpieces by intensifying the impregnation of the pore space of the grinding wheel and increasing the coolant flow rate through the zone of contact of the wheel with the workpiece by involving more vapor bubbles in the cavitation process.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для подачи СОЖ на торцы шлифовального круга через штуцеры и сопла, симметрично расположенные относительно круга и жестко соединенные с волноводами, особенность заключается в том, что в полости каждого сопла закреплены оси, на которых установлена резонансная пластина, а штуцер имеет отверстие круглого сечения, переходящее в щель, ширина которой равна ширине пластины, причем плоскость симметрии пластины совпадает с плоскостью симметрии штуцера, а расстояние h между штуцером и пластиной определяется по формуле

где l и t - соответственно длина и толщина пластины, м; ρ - плотность материала пластины, кг/м³; E - модуль упругости материала пластины, Н/м².The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device for supplying coolant to the ends of the grinding wheel through the nozzles and nozzles, symmetrically located relative to the circle and rigidly connected to the waveguides, the feature is that in the cavity of each nozzle there are fixed axes on which a resonant plate is installed, and the nozzle has a circular hole that passes into a slit whose width is equal to the width of the plate, and the plane of symmetry of the plate coincides with the plane of symmetry three of the nozzle, and the distance h between the nozzle and the plate is determined by the formula

where l and t are respectively the length and thickness of the plate, m; ρ is the density of the plate material, kg / m ³ ; E is the elastic modulus of the plate material, N / m ² .

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed device set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна". Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not derive explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result is not revealed from the prior art determined by the applicant, in particular, the following transformations are not provided for by the claimed invention:
- addition of a known product by any known part (s) attached to it according to known rules to achieve a technical result in respect of which the effect of such additions is established;
- replacement of any part (s) of a known product with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
- the exclusion of any part (element) of the product with the simultaneous exclusion of its function and the achievement of the usual result for such exclusion (simplification, reduction of mass, dimensions, material consumption, increased reliability, etc.);
- an increase in the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the tool of just such elements;
- the implementation of a known tool or part (s) of a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;
- the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, recommendations, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the relationships between them.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены, исходя из известных зависимостей, закономерностей. The described invention is not based on a change in the quantitative characteristic (s), the presentation of such signs in relationship, or a change in its form. This refers to the case when the fact of the influence of each of the indicated features on the technical result is known, and new values of these features or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies and patterns.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На чертежах представлено: на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - поперечный разрез; на фиг. 3 - продольный разрез. The drawings show: in FIG. 1 shows the proposed device; in FIG. 2 - cross section; in FIG. 3 is a longitudinal section.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result are as follows.

Устройство содержит два сопла 1, симметрично расположенные по торцам шлифовального круга 2, с трубопроводами 3 и штуцерами 4. Сопла расположены в непосредственной близости к периферии шлифовального круга с зазором от его торца 0,1 - 0,5 мм и жестко соединены с волноводами 5. В полости каждого сопла закреплены оси 6, на которых установлена резонансная пластина 7, а штуцер 4 имеет отверстие круглого сечения диаметром D, переходящее в щель, ширина b которой равна ширине b пластины, причем плоскость симметрии пластины совпадает с плоскостью симметрии штуцера. Толщина t пластины 7 равна высоте щели d штуцера 4. The device contains two nozzles 1, symmetrically located at the ends of the grinding wheel 2, with pipelines 3 and fittings 4. The nozzles are located in close proximity to the periphery of the grinding wheel with a gap from its end of 0.1 - 0.5 mm and are rigidly connected to the waveguides 5. Axes 6 are fixed in the cavity of each nozzle, on which a resonance plate 7 is mounted, and the nozzle 4 has a circular hole with a diameter D turning into a slot whose width b is equal to the width b of the plate, and the plane of symmetry of the plate coincides with the plane of symmetry of Utsera. The thickness t of the plate 7 is equal to the height of the slit d of the fitting 4.

Работа устройства осуществляется следующим образом. СОЖ из централизованной системы охлаждения или от электронасоса (помпы) поступает через трубопроводы 3 и штуцеры 4 в сопла 1. Часть СОЖ за счет режима гидродинамической смазки, возникающего между соплами 1 и торцовыми поверхностями шлифовального круга 2, попадает в поры круга и под действием центробежных сил поступает в зону шлифования. В результате воздействия на жидкость ультразвуковых колебаний, накладываемых на волновод 5, и колебаний резонансной пластины 7 процесс пропитки жидкостью порового пространства шлифовального круга интенсифицируется. The operation of the device is as follows. Coolant from a centralized cooling system or from an electric pump (pump) enters through nozzles 3 and nozzles 4 into nozzles 1. Part of the coolant due to the hydrodynamic lubrication regime that arises between the nozzles 1 and the end surfaces of the grinding wheel 2, enters the pores of the circle and under the action of centrifugal forces enters the grinding zone. As a result of exposure to liquid ultrasonic vibrations superimposed on the waveguide 5, and vibrations of the resonant plate 7, the process of impregnation of the pore space of the grinding wheel with liquid is intensified.

При обтекании пластины потоком жидкости в ней возбуждаются изгибные колебания, собственную частоту которых можно определить по формуле (см. Ультразвук. Маленькая энциклопедия /Под ред. И.П. Голямина. М.: Советская энциклопедия, 1979)

В натекающей на пластину струе возникают автоколебания с частотой
f_с=kv/h,
где v - скорость истечения струи из штуцера, м/с; h - расстояние между штуцером и пластиной, м; k - коэффициент.When a fluid flows around a plate, bending vibrations are excited in it, the natural frequency of which can be determined by the formula (see Ultrasound. Small Encyclopedia / Ed. By IP Golyamin. M .: Soviet Encyclopedia, 1979)

Self-oscillations with a frequency occur in the jet leaking onto the plate
f _c = kv / h,
where v is the velocity of the jet from the nozzle, m / s; h is the distance between the fitting and the plate, m; k is the coefficient.

Наибольший эффект достигается, когда частота колебаний в струе СОЖ совпадает с основной собственной частотой пластины. Поэтому расстояние h между пластиной и штуцером следует определять по зависимости

При рекомендуемом давлении жидкости на входе в штуцер (0,5 - 1,5) МПа (см. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. М.: Энергия, 1976, с. 127) v = 30 - 55 м/с = 3000 - 5500 см/с.The greatest effect is achieved when the oscillation frequency in the coolant stream coincides with the fundamental natural frequency of the plate. Therefore, the distance h between the plate and the fitting should be determined by the dependence

At the recommended liquid pressure at the inlet to the fitting (0.5 - 1.5) MPa (see Gershgal D.A., Fridman V.M. Ultrasonic technological equipment. M: Energy, 1976, p. 127) v = 30 - 55 m / s = 3000 - 5500 cm / s.

Поэтому

Таким образом, полоса частот, накладываемых на жидкость, расширяется. В то же время известно, что расширение спектра частот, накладываемых на жидкость, способствует значительному расширению диапазона размеров пузырьков, способных кавитировать (см. Л.Н. Зарембо, В.А. Красильников. Введение в нелинейную акустику. М. : Наука, 1966. 519 с.). Присутствие колебаний с минимальной частотой вызывает кавитацию пузырьков, имеющих относительно большие размеры; наличие колебаний с максимальной частотой способствует вовлечению в процесс кавитации пузырьков, имеющих относительно малые размеры. Таким образом, применение устройства приводит к значительному увеличению диапазона размеров пузырьков, способных кавитировать, а это, в свою очередь, способствует увеличению расхода жидкости через поры круга и, соответственно, через зону шлифования. Увеличение объема жидкости, проникшей через поры круга в зону шлифования, способствует эффективному снижению тепловой и силовой напряженности процесса.therefore

Thus, the frequency band superimposed on the liquid expands. At the same time, it is known that expanding the spectrum of frequencies superimposed on a liquid contributes to a significant expansion of the size range of bubbles capable of cavitating (see L.N. Zarembo, V.A. Krasilnikov. Introduction to nonlinear acoustics. M.: Nauka, 1966 519 p.). The presence of vibrations with a minimum frequency causes cavitation of bubbles having relatively large sizes; the presence of vibrations with a maximum frequency promotes the involvement of relatively small bubble sizes in the cavitation process. Thus, the use of the device leads to a significant increase in the size range of bubbles capable of cavitating, and this, in turn, contributes to an increase in fluid flow through the pores of the circle and, accordingly, through the grinding zone. An increase in the volume of fluid that has penetrated through the pores of the circle into the grinding zone, contributes to the effective reduction of thermal and power tension of the process.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство, при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в машиностроении при шлифовании с применением СОЖ;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates the following conditions are met when using the claimed device:
- a tool embodying the claimed device, when implemented, is intended for use in industry, namely in mechanical engineering during grinding using coolant;
- for the claimed device in the form described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed;
- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A device for supplying a cutting fluid to the ends of the grinding wheel through the nozzles and nozzles symmetrically located relative to the circle and rigidly connected to the waveguides, characterized in that in the cavity of each nozzle there are fixed axes on which the resonant plate is mounted, and the nozzle has a circular hole, turning into a slot whose width is equal to the width of the plate, and the plane of symmetry of the plate coincides with the plane of symmetry of the nozzle, and the distance h between the nozzle and the plate is determined by the formula