RU2307729C1

RU2307729C1 - Grinding tool with vortex cooling

Info

Publication number: RU2307729C1
Application number: RU2005140684/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Долганов (RU); Александр Михайлович Долганов; Тать на Николаевна Иванова (RU); Татьяна Николаевна Иванова
Original assignee: Татьяна Николаевна Иванова
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-10-10

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly grinding tools used in plants with air cooling at mechanical working, for example diamond grinding tools with end cutting surface.

SUBSTANCE: grinding tool is made with vortex cooling and it is mounted in tail spindle. Layer of abrasive material is applied onto end of tool; in said layer curvilinear grooves with variable cross section are formed. Vortex pipes having supplying and discharging pipelines are mounted by inclination angle 10 -15° relative to rotation axis of tool. Said pipelines are communicated with concentric and radial openings formed in tail spindle for feeding working fluid. Number of vortex pipes corresponds to number of curvilinear grooves with variable cross section.

EFFECT: enhanced efficiency and quality of working, effective cooling of grinding zone with use of ecologically safe means.

5 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов со снятием стружки, а именно к обработке металлов шлифовальным инструментом с торцовой режущей поверхностью, в частности алмазным шлифовальным кругом, и может быть использовано на всех предприятиях, применяющих охлаждение воздухом при механической обработке.The invention relates to the processing of metals with chip removal, and in particular to the processing of metals with a grinding tool with a face cutting surface, in particular a diamond grinding wheel, and can be used at all enterprises using air cooling during machining.

Известен способ абразивной обработки, предусматривающий предварительное охлаждение поверхности заготовки низкотемпературными средами. При этом хладагент подают на локальный участок заготовки, расположенный перед абразивным кругом, на расстоянии, превышающем радиус абразивного круга на 5-10 мм, при этом длина охлаждаемого участка равна высоте круга, а ширина 3-5 мм. (Авторское свидетельство №779054, кл. В24В 55/02, опубл. 15.11.80, бюл. №42).A known method of abrasive treatment, providing for preliminary cooling of the surface of the workpiece with low-temperature environments. In this case, the refrigerant is supplied to the local part of the workpiece located in front of the abrasive wheel at a distance exceeding the radius of the abrasive wheel by 5-10 mm, while the length of the cooled section is equal to the height of the circle, and the width is 3-5 mm. (Copyright certificate No. 779054, class B24B 55/02, publ. 15.11.80, bull. No. 42).

Недостаток данного способа обработки состоит в том, что подавать хладагент необходимо строго впереди зоны резания на определенном расстоянии, для этого необходим дополнительный привод подачи хладагента. Это приводит к увеличению габаритов и большим затратам на модернизацию станка, настройки на одинаковые скорости движения привода подачи хладагента и привода вращения абразивного круга, что сказывается на качестве обрабатываемой поверхности. Открытая подача хладагента на локальный участок заготовки требует больших мер безопасности при обслуживании.The disadvantage of this processing method is that it is necessary to supply the refrigerant strictly ahead of the cutting zone at a certain distance, for this an additional refrigerant supply drive is necessary. This leads to an increase in size and high costs for the modernization of the machine, tuning for the same speed of movement of the refrigerant supply drive and the rotation drive of the abrasive wheel, which affects the quality of the processed surface. The open supply of refrigerant to the local part of the workpiece requires great safety measures during maintenance.

Наиболее близким по технической сущности является абразивный инструмент для плоского шлифования, содержащий корпус с нанесенным на один его торец слоем абразивного материала и втулку с отверстиями для подвода СОТС, размещенную на другом торце корпуса. При этом инструмент снабжен установленным на втулке со стороны абразивного слоя с возможностью осевого перемещения конусом, предназначенным для направления СОТС, и винтовыми лопастями, расположенными на втулке над указанным конусом, при этом на абразивном слое с равномерным шагом выполнены криволинейные канавки переменного сечения. (Патент RU №2095227, кл. В24В 55/02, В24D 7/10, опубл. 10.11.97, бюл. №31).The closest in technical essence is an abrasive tool for flat grinding, comprising a housing with a layer of abrasive material deposited on one of its end faces and a sleeve with openings for supplying COTS placed on the other end of the housing. In this case, the tool is equipped with a cone mounted on the sleeve from the side of the abrasive layer with the possibility of axial movement, intended for the direction of the SOTS, and screw blades located on the sleeve above the specified cone, while curved grooves of variable cross section are made on the abrasive layer with a uniform pitch. (Patent RU No. 2095227, class B24B 55/02, B24D 7/10, publ. 10.11.97, bull. No. 31).

Недостаток данного инструмента заключается в том, что при использовании эффекта охлаждения обрабатываемой поверхности для улучшения ее качества требуется большой расход смазочно-охлаждающего технологического средства. А при работе со смазочно-охлаждающими технологическими средствами необходимо строго соблюдать требования безопасности, производственной санитарии и санитарные правила для локализации вредных веществ СОТС, что приводит к существенным затратам на организационно-технические мероприятия.The disadvantage of this tool is that when using the cooling effect of the treated surface to improve its quality requires a large consumption of lubricating-cooling technological means. And when working with cutting lubricants, it is necessary to strictly comply with safety requirements, industrial sanitation and sanitary rules for the localization of harmful substances of SOTS, which leads to significant costs for organizational and technical measures.

Задачей изобретения является повышение эффективности охлаждения экологически чистым охлаждающим средством при одновременном повышении производительности и получении высококачественных показателей обрабатываемых плоских поверхностей труднообрабатываемых материалов.The objective of the invention is to increase the cooling efficiency with an environmentally friendly coolant while increasing productivity and obtaining high-quality indicators of the processed flat surfaces of difficult to process materials.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в шлифовальном инструменте с вихревым охлаждением, содержащем корпус с нанесенным на его торец слоем абразивного материала, в котором выполнены с равномерным шагом криволинейные канавки переменного сечения и закрепленном на пиноле, согласно изобретению в корпусе инструмента расположены вихревые трубки с подводящими и отводящими трубопроводами, угол наклона вихревых трубок к оси вращения инструмента составляет 10-15, при этом количество вихревых трубок соответствует количеству криволинейных канавок, а для подачи рабочей среды на пиноли выполнены сообщающиеся с трубопроводами концентрическое и радиальные отверстия.The solution to this problem is achieved by the fact that in a grinding tool with vortex cooling, comprising a housing with a layer of abrasive material deposited on its end face, in which curved grooves of variable cross-section and fixed on a pin are made with uniform pitch, according to the invention, there are vortex tubes with supply and discharge pipes, the angle of inclination of the vortex tubes to the axis of rotation of the tool is 10-15, while the number of vortex tubes corresponds to the number of curvilines ynyh grooves, and for supplying the working medium to the quill communicating with conduits formed concentric and radial holes.

Отличительные особенности предложенной конструкции шлифовального инструмента, а именно угол наклона вихревых трубок к оси вращения, принятый в пределах 10-15°, позволяет создать безотрывное отекание воздуха из отверстия вихревой трубки в канавки абразивного слоя и увеличить коэффициент теплоотдачи на 40-50%, а количество вихревых трубок, соответствующее количеству криволинейных канавок, обеспечивает эффективное охлаждение зоны резания и требуемое качество обрабатываемой поверхности за счет того, что поток охлажденного воздуха из каждого отверстия вихревой трубки поступает в соответствующую канавку, кроме того, поток холодного воздуха осуществляет вынос шлама из зоны резания.Distinctive features of the proposed design of the grinding tool, namely, the angle of inclination of the vortex tubes to the axis of rotation, adopted in the range of 10-15 °, allows you to create continuous airflow from the hole of the vortex tube into the grooves of the abrasive layer and increase the heat transfer coefficient by 40-50%, and the number vortex tubes, corresponding to the number of curved grooves, provides effective cooling of the cutting zone and the required surface quality due to the fact that the flow of chilled air from each about the hole of the vortex tube enters the corresponding groove, in addition, a stream of cold air carries out the removal of sludge from the cutting zone.

В процессе проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не обнаружен инструмент, характеризующий совокупность заявленных признаков, совпадающих с заявляемым изобретением, и обеспечивающий такой же технический результат. Таким образом, заявляемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, является новым и обладает изобретательским уровнем.In the process of the search for sources of scientific, technical and patent information, no tool was found that characterizes the totality of the claimed features that match the claimed invention and provides the same technical result. Thus, the claimed invention is a technical solution to the problem, is new and has an inventive step.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где изображен инструмент с вихревым охлаждением: фиг.1 - общий вид; фиг.2 - вид А со стороны абразивного слоя; фиг.3 - сечение В-В фиг.1; фиг.4 - устройство вихревой трубки, фиг.5 - сечение Г-Г фиг.4.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows a tool with vortex cooling: figure 1 - General view; figure 2 - view And from the side of the abrasive layer; figure 3 - section bb In figure 1; figure 4 - the device of the vortex tube, figure 5 is a cross section GG of figure 4.

Шлифовальный инструмент с системой охлаждения зоны резания охлажденным воздушным потоком с помощью вихревого эффекта содержит корпус 1 с нанесенным на его торец слоем абразивного материала 2. В абразивном слое 2 с равномерным шагом выполнены канавки переменного сечения 3, сужающиеся по направлению к наружной поверхности корпуса 1, с глубиной, соответствующей толщине абразивного слоя, и разбивающие режущую поверхность инструмента на отдельные участки: режущие выступы и впадины (канавки). Внутри корпуса 1 расположены вихревые трубки 4 с углом наклона 10-15° к оси вращения инструмента. Инструмент 1 закрепляется на пиноли 5. В пиноли 5 просверлены центральное концентрическое отверстие 6, отверстие 7, радиальные отверстия 8, 9, в которые вворачиваются штуцера с гайками 10 трубопроводов 11, 12 и радиальные отверстия 13, 14, в которые вворачиваются штуцера с гайками 10 трубопроводов 15, 16. На торце пиноли 5 со стороны крепления инструмента выполнена полость 17, которая соединяется с отверстием 7. Трубопровод 15 прикрепляется к вихревой трубке 4 с помощью штуцера с гайкой 10. Холодный воздух из отверстия 18 вихревых трубок 4 поступает в канавки 3 абразивного слоя 2. Отверстие 18 вихревой трубки 4 выполнено в виде усеченного конуса. Для предотвращения утечек холодного и горячего воздуха на пиноли 5 над корпусом 1 установлена невращающаяся муфта 19, в которой расположены уплотнительные манжеты 20. А на нижнем конце пиноли 5 внутри корпуса 1 установлена резьбовая муфта 21, которая служит для закрепления инструмента 1 на пиноли 5 и для закрепления трубопроводов 15, 16. В резьбовой муфте 21 установлены уплотнительные кольца 22 и прокладка 23, служащие для предотвращения утечек воздуха. Муфта 19 так же служит и для закрепления трубопроводов 11, 12. Винт 24 служит для исключения утечек воздуха в атмосферу. Штуцера с гайками 10 служат для закрепления трубопроводов 11, 12 в муфте 19 и трубопроводов 15, 16 в резьбовой муфте 21 и в вихревых трубках 4. Для предотвращения смещения трубопроводов 15 внутри корпуса 1 установлены хомутики 25. Для обеспечения герметичности винт 24 устанавливается на мастику. Вихревая трубка 4 представляет собой цилиндрическую трубу 26, снабженную тангенциальным соплом 27, улиткой 28 в виде спирали Архимеда, диафрагмой 29 с осевым отверстием 18 в виде усеченного конуса и дросселем 30.A grinding tool with a cutting zone cooling system using a vortex effect using a vortex effect comprises a housing 1 with a layer of abrasive material 2 deposited on its end face. In the abrasive layer 2, grooves of variable cross section 3 are made with uniform pitch, tapering towards the outer surface of the housing 1, s depth corresponding to the thickness of the abrasive layer, and dividing the cutting surface of the tool into separate sections: cutting protrusions and depressions (grooves). Inside the housing 1 there are vortex tubes 4 with an angle of inclination of 10-15 ° to the axis of rotation of the tool. The tool 1 is fixed on the quill 5. In the quill 5, a central concentric hole 6, hole 7, radial holes 8, 9 are drilled into which the fittings with nuts 10 of the pipes 11, 12 and radial holes 13, 14 are screwed into which the fittings with nuts 10 are screwed pipelines 15, 16. At the end of the quill 5 from the side of the tool mounting there is a cavity 17 that connects to the hole 7. The pipe 15 is attached to the vortex tube 4 using a fitting with a nut 10. Cold air from the hole 18 of the vortex tubes 4 enters the grooves 3 abrasive layer 2. The hole 18 of the vortex tube 4 is made in the form of a truncated cone. To prevent leakage of cold and hot air, a non-rotating sleeve 19 is installed on the pins 5 above the body 1, in which the sealing lips 20 are located. And at the lower end of the pines 5, a threaded sleeve 21 is installed inside the body 1, which serves to secure the tool 1 to the pins 5 and for fixing the pipelines 15, 16. O-rings 22 and gasket 23 are installed in the threaded sleeve 21 to prevent air leaks. The coupling 19 also serves to secure the pipelines 11, 12. The screw 24 serves to prevent air leaks into the atmosphere. The fittings with nuts 10 serve to secure the pipelines 11, 12 in the coupling 19 and the pipelines 15, 16 in the threaded sleeve 21 and in the vortex tubes 4. To prevent the displacement of the pipelines 15, clamps 25 are installed inside the housing 1. To ensure the tightness, the screw 24 is installed on the mastic. The vortex tube 4 is a cylindrical tube 26 provided with a tangential nozzle 27, a snail 28 in the form of an Archimedes spiral, a diaphragm 29 with an axial hole 18 in the form of a truncated cone, and a throttle 30.

Шлифовальный инструмент с вихревым охлаждением работает следующим образом.Grinding tools with vortex cooling operates as follows.

Корпус 1 инструмента устанавливают на станок с вертикальным расположением пиноли 5. В пиноль 5 вворачивают на мастику винт 24 для устранения утечек воздуха. Затем внутри корпуса 1 на пиноль 5 закручивают резьбовую муфту 21, на которой установлены трубопроводы 15, 16 с вихревыми трубками 4. Трубопроводы 15 закрепляют хомутиками 25 к корпусу 1. Сжатый воздух из заводской сети подается по трубопроводу 11 концентрического отверстия 6 в пиноль 5. Затем он поступает в трубопровод 15 вихревых трубок 4. При втекании сжатого воздуха через трубопровод 15 образуется интенсивный круговой поток, приосевые слои которого заметно охлаждаются и отводятся через отверстие 18 диафрагмы 29 в виде холодного потока, а периферийные слои подогреваются и вытекают через дроссель 30 в виде горячего потока через трубопровод 16. Если через тангенциальное сопло 27 пропускать сжатый воздух, то, втекая в цилиндрическую трубу 26 с большей скоростью, он образует интенсивный вихрь. За счет центробежных сил частички воздуха не могут переместиться к центру трубки, они движутся, вращаясь около стенок, и выходят через трубопровод 16. В центре вихря цилиндрической трубы 26 образуется вакуум. Если на выходе трубопровода 12 установить вентиль (не показан) и его прикрыть, то давление внутри трубок 4 будет повышаться, и часть воздуха начнет вытекать из трубок через отверстие 18 диафрагмы 29 в зону резания. Вихревой эффект охлаждения заключается: выходящий через отверстие 18 диафрагмы 29 воздух будет иметь температуру более низкую, чем температура поступающего сжатого воздуха в сопло 27 из трубопровода 15, а температура воздуха, вытекающего через вентиль трубопровода 16, станет выше, чем у поступающего сжатого воздуха из трубопровода 15. По мере закрывания вентиля трубопровода 12 все большая часть будет уходить в холодный поток, а эффект охлаждения увеличиваться, эффект подогрева горячего потока также начнет возрастать.The tool body 1 is mounted on a machine with a vertical arrangement of pintles 5. A screw 24 is screwed onto the mastic 5 on the mastic 5 to eliminate air leaks. Then, inside the housing 1, the threaded sleeve 21 is screwed onto the pin 5, on which pipelines 15, 16 with vortex tubes 4 are installed. The pipelines 15 are fixed with clamps 25 to the housing 1. The compressed air from the factory network is supplied through the pipe 11 of the concentric hole 6 to the pin 5. Then it enters the pipeline 15 of the vortex tubes 4. When compressed air flows through the pipe 15, an intense circular flow is formed, the axial layers of which are noticeably cooled and discharged through the hole 18 of the diaphragm 29 in the form of a cold flow, and peripheral The layers are heated and flow out through the inductor 30 in the form of a hot stream through the pipeline 16. If compressed air is passed through the tangential nozzle 27, then it flows into the cylindrical pipe 26 with a higher velocity and forms an intense vortex. Due to centrifugal forces, air particles cannot move to the center of the tube, they move, rotating near the walls, and exit through the pipe 16. A vacuum is formed in the center of the vortex of the cylindrical pipe 26. If you install a valve (not shown) at the outlet of pipeline 12 and close it, then the pressure inside the tubes 4 will increase, and part of the air will begin to flow out of the tubes through the hole 18 of the diaphragm 29 into the cutting zone. The vortex effect of cooling is: the air coming out through the opening 18 of the diaphragm 29 will have a temperature lower than the temperature of the incoming compressed air to the nozzle 27 from the pipe 15, and the temperature of the air flowing through the valve of the pipe 16 will become higher than that of the incoming compressed air from the pipe 15. As the valve of the pipeline 12 closes, a larger part will go into the cold stream, and the cooling effect will increase, the effect of heating the hot stream will also begin to increase.

Угол наклона вихревой трубки больше 15° приведет к удару о стенку инструмента при выходе потока холодного воздуха из отверстия 18, в результате может возникнуть турбулизация потока, что негативно скажется на величине допускаемых гидравлических сопротивлений и конструктивных требований. А угол наклона вихревой трубки меньше 10° уменьшает скорость подачи холодного воздуха в канавки 3, что допустимо только при малой глубине срезаемого слоя.An angle of inclination of the vortex tube of more than 15 ° will lead to an impact on the tool wall when the cold air stream exits the hole 18, as a result, the flow can become turbulent, which will negatively affect the value of the allowed hydraulic resistances and design requirements. And the angle of inclination of the vortex tube less than 10 ° reduces the flow rate of cold air into the grooves 3, which is permissible only with a shallow depth of cut layer.

Вихревые трубки 4 обслуживают два потока движения воздуха: поток отвода тепла во внешнюю среду и поток охлаждения обрабатываемой поверхности. Поток отвода тепла во внешнюю среду поступает из каждой вихревой трубки 4 в трубопровод 16, затем в полость 17 и через общее отверстие 7 пиноли 5 в трубопровод 12 и отводится на выход из зоны обработки в цеховую вентиляцию. Поток охлаждения обрабатываемой поверхности холодным воздухом осуществляется через отверстия 18 вихревых трубок 4, затем он поступает без потерь в канавки 3 абразивного слоя 2.Vortex tubes 4 serve two streams of air movement: a stream of heat removal to the external environment and a cooling stream of the treated surface. The heat removal stream to the external environment enters from each vortex tube 4 into the pipe 16, then into the cavity 17 and through the common hole 7 of the pin 5 in the pipe 12 and is diverted to the exit from the treatment zone to the workshop ventilation. The cooling stream of the treated surface with cold air is carried out through the holes 18 of the vortex tubes 4, then it flows without loss into the grooves 3 of the abrasive layer 2.

Регулируя давление в вихревых трубках 4 с помощью вентиля, установленного на трубопроводе 12, можно изменять температуру охлаждающего воздуха, выходящего из отверстия 18 вихревой трубки 4 в зону резания.By adjusting the pressure in the vortex tubes 4 using the valve installed on the pipe 12, you can change the temperature of the cooling air leaving the hole 18 of the vortex tube 4 in the cutting zone.

Для уменьшения дисбаланса шлифовального инструмента рекомендуется количество вихревых трубок и канавок в абразивном слое делать четное количество.To reduce the imbalance of the grinding tool, it is recommended to make an even number of vortex tubes and grooves in the abrasive layer.

Обслуживание вихревых трубок, их надежность, простота получения холодного потока воздуха, производственная экономичность получения холодного потока позволяют решать проблему охлаждения зоны шлифования без применения традиционных СОЖ.Maintenance of vortex tubes, their reliability, ease of obtaining a cold air stream, production efficiency of obtaining a cold stream can solve the problem of cooling the grinding zone without the use of traditional coolants.

В предлагаемом инструменте осуществляется принудительное охлаждение непосредственно самой зоны резания, режущих кромок инструмента и обрабатываемой поверхности. Изобретение способствует снижению сил резания, трения, уменьшению выделения теплоты, а также быстрого ее отвода, что повышает производительность, стойкость инструмента, улучшает качество обрабатываемой поверхности, так как исчезают прижоги отпуска, закалки и остаточные напряжения, возникающие при большом перепаде температур по глубине обрабатываемых деталей. Следовательно, не нарушаются однородность структуры, постоянство твердости, и как следствие, повышается износостойкость и контактная прочность обрабатываемых деталей.In the proposed tool, forced cooling of the cutting zone itself, the cutting edges of the tool and the work surface is carried out. The invention helps to reduce the cutting forces, friction, reduce heat generation, as well as its rapid removal, which increases productivity, tool life, improves the quality of the treated surface, as tempering burns, hardening and residual stresses arising from a large temperature drop across the depth of the processed parts . Therefore, the homogeneity of the structure, the constancy of hardness are not violated, and as a result, the wear resistance and contact strength of the machined parts are increased.

Нет необходимости в квалифицированном персонале и специальном оборудовании для обслуживания инструмента. Инструмент имеет большой ресурс работы, для работы используется экологически чистое охлаждающее средство (воздух), простота конструкции.There is no need for qualified personnel and special equipment to service the tool. The tool has a long service life, an environmentally friendly coolant (air) is used for work, the simplicity of design.

Claims

Vortex-cooled grinding tool mounted on pins and containing a body with a layer of abrasive material applied to its end face, in which curved grooves of variable cross section are made with uniform pitch, characterized in that the tool body is located at an angle of inclination of 10-15 ° to its axis rotation of the vortex tubes with inlet and outlet pipelines communicating with concentric and radial holes made in the quill for supplying the working medium, the number of vortex tubes corresponding to uet number of curved grooves of variable section.