RU2585595C1

RU2585595C1 - Hydrodynamic vibratory cutter

Info

Publication number: RU2585595C1
Application number: RU2015108714/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Лобусов
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-05-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: vibratory cutter comprises holder and working part with cutting edge in form of circular arc, connected with two plates, making right angle with crossing axial lines of plates in centre of arc curvature, which outlines cutting edge. Between two plates plate with pointed edge is attached to working part, and in holder there are rectangular slot nozzle located opposite pointed edge of plate, and communicating with it by channel to feed fluid, wherein axial line of rectangular slot nozzle is aligned with axial line of plate with sharpened edge.

EFFECT: improved technological properties of cutter due to higher cutting speed.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования на токарных станках. Наиболее перспективным представляется применение изобретения при обработке деталей из жаропрочных и титановых сплавов, а также при необходимости дробления стружки.The invention relates to mechanical engineering and is intended for use on lathes. The most promising is the application of the invention in the processing of parts from heat-resistant and titanium alloys, as well as, if necessary, crushing chips.

Известны конструкции режущего инструмента и приспособлений для его установки на станках [Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1986], [Шаповал В.Н. и др. Вибрационные приводы в металлообработке / В.Н. Шаповал и др.- К.: Техника, 1983], [патент RU №2030255], которые позволяют вести обработку деталей с вибрацией инструмента. При правильно подобранных амплитуде и частоте вибрации можно добиться ее положительного влияния на процесс резания металла, например, уменьшить коэффициент трения и адгезионные явления в зоне стружкообразования, которые оказывают отрицательное влияние на стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности. Вибрация инструмента может также использоваться для дробления стружки в процессе резания металла.Known designs of cutting tools and devices for its installation on machines [I. Zharkov Vibrations when machining with a blade tool. - L .: Engineering, Leningrad. Dep., 1986], [Shapoval V.N. Vibration drives in metal processing / V.N. Shapoval et al. - K .: Technika, 1983], [patent RU No. 2030255], which allow the processing of parts with vibration of the tool. With the right amplitude and frequency of vibration, it is possible to achieve a positive effect on the metal cutting process, for example, to reduce the friction coefficient and adhesion phenomena in the chip formation zone, which negatively affect the resistance of the cutting tool and the quality of the machined surface. Tool vibration can also be used to crush chips during metal cutting.

Недостатком указанных выше конструкций режущего инструмента является невозможность получения механических колебаний инструмента, имеющих одновременно высокую частоту и большую амплитуду. Это обусловлено тем, что в таких конструкциях в колебательном движении участвуют детали упругой системы станка (в том числе и сами режущие инструменты), имеющие значительные массы.The disadvantage of the above designs of the cutting tool is the impossibility of obtaining mechanical vibrations of the tool having both a high frequency and a large amplitude. This is due to the fact that in such structures, parts of the elastic system of the machine (including the cutting tools themselves), which have significant masses, participate in the oscillatory motion.

К недостаткам относится и сложность (и высокая стоимость) подвода колебательного движения от внешнего источника колебаний (вибровозбудителя). Поэтому указанные выше конструкции обычно работают в режиме автоколебаний, которые часто являются неустойчивыми режимами. Кроме того, наличие вибрации вызывает дополнительные тепловыделения как в зоне резания, так и в деталях самого инструмента, что в ряде случаев требует принудительного охлаждения режущего инструмента.The disadvantages include the complexity (and high cost) of supplying oscillatory motion from an external source of vibrations (vibration exciter). Therefore, the above structures usually work in the mode of self-oscillations, which are often unstable modes. In addition, the presence of vibration causes additional heat generation both in the cutting zone and in the details of the tool itself, which in some cases requires forced cooling of the cutting tool.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция резца [патент RU №2455122], состоящего из державки и рабочей части, имеющей режущую кромку в виде дуги окружности. Рабочая часть соединена с державкой двумя пластинами, образующими между собой прямой угол, причем точка пересечения осевых линий пластин совпадает с центром кривизны дуги окружности, которой очерчена режущая кромка. Особенностью такой конструкции является то, что рабочая часть может относительно легко поворачиваться (за счет упругой изгибной деформации пластин) вокруг точки пересечения осевых линий пластин. В то же время перемещению рабочей части по другим направлениям будет оказываться гораздо большее сопротивление. В результате режущая кромка приобретает возможность вращательного вибрационного движения вокруг центра своей кривизны при гораздо более высокой жесткости виброрезца по всем другим направлениям. Вибрация в таком виброинструменте может возникать как автоколебательный процесс, вызванный силами резания (что далеко не всегда может быть осуществимо), либо подводиться от внешнего источника колебаний.Closest to the claimed invention is the design of the cutter [patent RU No. 2455122], consisting of a holder and a working part having a cutting edge in the form of an arc of a circle. The working part is connected to the holder by two plates, forming a right angle between them, and the point of intersection of the axial lines of the plates coincides with the center of curvature of the arc of the circle, which the cutting edge is defined. A feature of this design is that the working part can be relatively easily rotated (due to elastic bending deformation of the plates) around the point of intersection of the axial lines of the plates. At the same time, the movement of the working part in other directions will be much greater resistance. As a result, the cutting edge acquires the possibility of rotational vibrational movement around the center of its curvature with a much higher rigidity of the vibrating cutter in all other directions. Vibration in such a vibration tool can occur as a self-oscillating process caused by cutting forces (which can by no means always be feasible), or can be brought in from an external source of vibrations.

Недостатком такой конструкции виброрезца является дороговизна подвода вибрации к его рабочей части от внешнего вибровозбудителя, так как обычно используемый для металлообработки магнитострикционный вибровозбудитель (вместе с электронным генератором колебаний) имеет высокую стоимость. Большая масса магнитострикционного вибровозбудителя ухудшает динамические показатели упругой системы станка, что ухудшает качество обработки на станке. Кроме того, дополнительные тепловыделения в зоне резания и двух пластинах, упруго деформирующихся при вибрационном движении рабочей части, вызывают необходимость в принудительном охлаждении пластин и рабочей части резца (при отсутствии охлаждения обработка ведется на заниженных скоростях).The disadvantage of this design of the vibration cutter is the high cost of supplying vibration to its working part from an external vibration exciter, since the magnetostrictive vibration exciter commonly used for metal processing (together with an electronic oscillation generator) has a high cost. A large mass of magnetostrictive vibration exciter degrades the dynamic performance of the elastic system of the machine, which affects the quality of processing on the machine. In addition, additional heat in the cutting zone and two plates that elastically deform when the working part vibrates causes the need for forced cooling of the plates and the working part of the cutter (in the absence of cooling, processing is carried out at low speeds).

Задачей изобретения является разработка конструкции гидродинамического виброрезца, позволяющей снизить затраты на его изготовление, а также повысить производительность процесса резания этим резцом.The objective of the invention is to develop the design of a hydrodynamic vibration cutter, which allows to reduce the cost of its manufacture, as well as to increase the productivity of the cutting process with this cutter.

Техническим результатом является улучшение технологических свойств режущего инструмента за счет повышения скорости резания этим инструментом, а также упрощение его конструкции.The technical result is to improve the technological properties of the cutting tool by increasing the cutting speed with this tool, as well as simplifying its design.

Технический результат достигается тем, что в гидродинамическом виброрезце, состоящем из державки и рабочей части, имеющей режущую кромку в виде дуги окружности, соединенной с державкой двумя пластинами, образующими между собой прямой угол с пересечением осевых линий пластин в центре кривизны дуги, которой очерчена режущая кромка, между двумя пластинами расположена прикрепленная к рабочей части пластинка с заостренным краем, а в державке выполнены прямоугольное щелевое сопло, расположенное напротив заостренного края пластинки, и сообщающийся с ним канал для подвода жидкости, причем осевая линия прямоугольного щелевого сопла совмещена с осевой линией пластинки с заостренным краем.The technical result is achieved by the fact that in a hydrodynamic vibration cutter consisting of a holder and a working part having a cutting edge in the form of an arc of a circle, connected to the holder by two plates forming a right angle with each other at the intersection of the axial lines of the plates at the center of curvature of the arc, which the cutting edge is drawn , between the two plates there is a plate attached to the working part with a pointed edge, and in the holder there is a rectangular slotted nozzle located opposite the pointed edge of the plate, and yuschiysya with it the liquid feed passage, wherein the axial line of the rectangular slit nozzle is aligned with the axial line of the plate with a sharpened edge.

За счет того, что на прикрепленную к рабочей части гидродинамического виброрезца пластинку с заостренным краем подается поток жидкости через прямоугольное щелевое отверстие, эта пластинка начинает вибрировать, передавая свою вибрацию и на рабочую часть резца. Таким образом, отпадает необходимость в применении дорогостоящих и громоздких магнитострикционных, электродинамических или других вибровозбудителей, что упрощает конструкцию и приводит к снижению стоимости изготовления оборудования для металлообработки с применением вибрирующего инструмента.Due to the fact that a liquid flow through a rectangular slotted hole is supplied to a plate with a pointed edge attached to the working part of the hydrodynamic vibro cutter, this plate begins to vibrate, transmitting its vibration to the working part of the cutter. Thus, there is no need to use expensive and bulky magnetostrictive, electrodynamic or other vibration exciters, which simplifies the design and reduces the cost of manufacturing metal processing equipment using a vibrating tool.

В то же время масса и габариты гидродинамического виброрезца не увеличиваются, что позволяет сохранить устойчивость упругой системы станка, а жидкость кроме создания вибрации будет еще охлаждать его рабочую часть и пластины, соединяющие рабочую часть и державку резца. Это позволяет повысить скорость резания и производительность обработки по сравнению с обработкой виброрезцом, для которого используются традиционные для металлорезания источники вибрации.At the same time, the mass and dimensions of the hydrodynamic vibration cutter do not increase, which helps to maintain the stability of the elastic system of the machine, and the liquid, in addition to creating vibration, will also cool its working part and the plates connecting the working part and the tool holder. This allows you to increase the cutting speed and processing productivity compared to the treatment with a vibrating cutter, which uses vibration sources traditional for metal cutting.

На фиг. 1 изображен гидродинамический виброрезец (вид спереди), а на фиг. 2 - его вид слева.In FIG. 1 shows a hydrodynamic vibration cutter (front view), and FIG. 2 - its view from the left.

Гидродинамический виброрезец состоит из державки 1, пластин 2 и 3, рабочей части 4 с режущей кромкой 5 в виде дуги окружности. Осевые линии пластин 2 и 3 пересекаются в точке О под углом 90°. В этой же точке находится и центр кривизны дуги, которой очерчена режущая кромка 5. Пластины 2 и 3 соединяют рабочую часть 4 и державку 1, а между ними к рабочей части 4 прикреплена пластинка 6 с заостренным краем, обращенным в сторону прямоугольного щелевого сопла 7, которое расположено в державке 1 и сообщается с каналом 8. Жидкость под давлением поступает через канал 8 к прямоугольному щелевому соплу 7.The hydrodynamic vibration cutter consists of a holder 1, plates 2 and 3, a working part 4 with a cutting edge 5 in the form of an arc of a circle. The axial lines of plates 2 and 3 intersect at point O at an angle of 90 °. At the same point is the center of curvature of the arc, which is defined by the cutting edge 5. Plates 2 and 3 connect the working part 4 and the holder 1, and between them to the working part 4 is attached a plate 6 with a pointed edge facing the rectangular slotted nozzle 7, which is located in the holder 1 and communicates with channel 8. Liquid under pressure enters through channel 8 to a rectangular slotted nozzle 7.

Такая конструкция режущего инструмента позволяет его рабочей части 4 совершать вращательное вибрационное движения вокруг центра кривизны режущей кромки 5 при гораздо более высокой жесткости виброрезца по всем другим направлениям [патент RU №2455122]. Для возбуждения вибрации рабочей части 4 гидродинамического виброрезца используется физическое явление «клиновой тон», имеющее гидродинамическую природу [Майер В.В. Простые опыты со струями и звуком. - М: Наука, 1985, с. 78] и состоящее в появлении звуковых (ультразвуковых) колебаний при натекании узкой струи газа или жидкости на клиновидный край твердой пластинки.This design of the cutting tool allows its working part 4 to make rotational vibrational movements around the center of curvature of the cutting edge 5 with a much higher rigidity of the vibrating cutter in all other directions [patent RU No. 2455122]. To excite the vibration of the working part 4 of the hydrodynamic vibration cutter, the physical phenomenon “wedge tone” is used, which has a hydrodynamic nature [Mayer V.V. Simple experiments with jets and sound. - M: Science, 1985, p. 78] and consisting in the appearance of sound (ultrasonic) vibrations when a narrow stream of gas or liquid flows onto the wedge-shaped edge of a solid plate.

Струя жидкости, вышедшая под давлением из прямоугольного щелевого сопла 7, ударяется о заостренный край пластинки 6, разбивается этим краем так, что с обеих сторон пластинки 6 поочередно появляются вихри, что приводит к упругим изгибам пластинки то в одну, то в другую сторону. По пластинке 6 распространяется упругая изгибная волна, а сама пластинка 6 совершает собственные колебания. Так как пластинка 6 прикреплена к рабочей части 4, то она также будет совершать колебательное движение - вращательное вибрационное движение вокруг точки О (В отличие от известных конструкций пластинчатых гидродинамических излучателей колебания пластинки здесь используются не для возбуждения колебаний в жидкости, а для создания вибрации твердого тела - рабочей части резца).A liquid stream, which comes out under pressure from a rectangular slotted nozzle 7, strikes the pointed edge of the plate 6, is broken by this edge so that vortices appear on both sides of the plate 6, which leads to elastic bending of the plate in one direction or the other. An elastic bending wave propagates along the plate 6, and the plate 6 itself makes its own vibrations. Since the plate 6 is attached to the working part 4, it will also oscillate - rotational vibrational motion around the point O (Unlike the known designs of plate hydrodynamic radiators, the plate vibrations here are not used to excite vibrations in the liquid, but to create vibration of a solid - the working part of the cutter).

Кроме возбуждения колебаний рабочей части 4 жидкость, поступающая в полость между пластинами 2 и 3, выполняет еще функцию охлаждения рабочей части 4 и пластин 2 и 3.In addition to the excitation of vibrations of the working part 4, the liquid entering the cavity between the plates 2 and 3 also performs the function of cooling the working part 4 and the plates 2 and 3.

В случае если необходимо устранить попадание жидкости в зону резания или на другие детали станка, можно закрыть полость между пластинами 2 и 3 двумя крышками (трапецеидальной формы) из эластичного материала с отверстием для отвода жидкости. Эластичность крышек необходима для того, чтобы не препятствовать изгибу пластин 2 и 3 при вибрационном движении рабочей части.If it is necessary to eliminate the ingress of liquid into the cutting zone or other parts of the machine, you can close the cavity between the plates 2 and 3 with two covers (trapezoidal) made of elastic material with a hole for draining the liquid. The elasticity of the covers is necessary so as not to impede the bending of the plates 2 and 3 during the vibrational movement of the working part.

Claims

A vibrating cutter containing a holder and a working part with a cutting edge in the form of an arc of a circle, connected to the holder by two plates, forming a right angle between them with the intersection of the axial lines of the plates in the center of curvature of the arc, which outlines the cutting edge, characterized in that between the two plates is attached to the working part of the plate with a pointed edge, and in the holder there is a rectangular slotted nozzle located opposite the pointed edge of the plate, and a channel for supplying liquid in communication with it, evaya line rectangular slit nozzle is aligned with the center line of the plate with a sharpened edge.