RU2603341C1 - Обрабатывающий инструмент с устройством для охлаждения - Google Patents
Обрабатывающий инструмент с устройством для охлаждения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2603341C1 RU2603341C1 RU2015116307/02A RU2015116307A RU2603341C1 RU 2603341 C1 RU2603341 C1 RU 2603341C1 RU 2015116307/02 A RU2015116307/02 A RU 2015116307/02A RU 2015116307 A RU2015116307 A RU 2015116307A RU 2603341 C1 RU2603341 C1 RU 2603341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- processing
- cooling
- cavity
- shank
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/10—Cutting tools with special provision for cooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B5/00—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
- B23B5/28—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning wheels or wheel sets or cranks thereon, i.e. wheel lathes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B51/00—Tools for drilling machines
- B23B51/06—Drills with lubricating or cooling equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при обработке твердых материалов, в частности, сваркой трением, или фрезерованием, или сверлением. На одном конце корпуса обрабатывающего вращающегося инструмента расположен хвостовик, а на другом его конце - рабочая часть с обрабатывающим элементом. Корпус инструмента выполнен с внутренней полостью в форме усеченного конуса с расширением в сторону обрабатывающей части и предназначенной для заливки в нее легкоиспаряющейся жидкости (ЛЖ) в количестве, достаточном для охлаждения инструмента за счет изменения ее агрегатного состояния путем теплопереноса ЛЖ от зоны ее испарения к зоне конденсации. Хвостовик инструмента выполнен с охлаждающей камерой, герметично отделенной от полости корпуса прокладкой из высокотеплопроводного материала, и имеет каналы для введения в упомянутую камеру хладагента и выведения из нее отработанного хладагента. Инструмент, испытывающий интенсивный нагрев в процессе обработки материалов, имеет рабочую зону, свободную от коммуникаций, и снабжен эффективной и компактной системой охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области технологии обработки твердых материалов, конкретнее к вопросу охлаждения вращающегося инструмента, интенсивно нагревающегося в процессе обработки конструкционных материалов, и может быть использовано в производстве изделий машиностроения, аэрокосмической, судостроительной и других отраслей промышленности.
Уровень техники
При фрикционной сварке, фрезеровании и других методах обработки материалов (резанием, трением и др.) обрабатывающий вращающийся инструмент испытывает интенсивный нагрев. Наиболее интенсивный нагрев происходит в рабочей части вращающегося под силовой нагрузкой инструмента в зонах контакта его функциональных элементов (опорный бурт и рабочий стержень - при фрикционной сварке, режущие кромки фрезы - при фрезеровании и т.д.) с обрабатываемым материалом.
При превышении определенной температуры материал инструмента (преимущественно инструментальная и быстрорежущая сталь) утрачивают исходные рабочие характеристики. При этом от действующих в процессе обработки нагрузок - крутящего момента, значительного изгиба и сжатия при высокой температуре - инструмент преждевременно разрушается.
В известных способах и устройствах для охлаждения интенсивно нагревающегося при работе инструмента в основном используют циркуляцию в зоне нагрева хладагента в виде жидкости или газа. Для этого требуется размещение коммуникаций для подвода хладагента в непосредственной близости от зоны обработки. Например, в известном обрабатывающем инструменте (патент ЕР 0810056 А2; US 0810056 от 1997 г.) устройство для подвода хладагента к инструменту устанавливают на внешней поверхности корпуса инструмента; устройство перемещается без вращения, вместе с рабочим инструментом. Однако это ограничивает маневренность и возможности требуемого позиционирования обрабатывающей головки.
Известен также обрабатывающий инструмент для фрикционной сварки перемешиванием - прототип (патент RU 2517653 C1), содержащий корпус, снабженный на одном конце хвостовиком для закрепления в приводе вращения, а на другом конце - опорным буртом и рабочим стержнем (функциональными элементами инструмента для фрикционной сварки), коллектор, установленный на наружной поверхности корпуса, для подвода хладагента к корпусу инструмента. Корпус инструмента выполнен с герметичной полостью в форме усеченного конуса, расширенного в сторону опорного бурта. Эта полость предназначена для заливки в нее легкоиспаряющейся жидкости (ЛЖ) в количестве, обеспечивающем охлаждение инструмента за счет изменения агрегатного состояния ЛЖ путем теплопереноса от зоны его испарения к зоне конденсации. Хвостовик выполнен с каналом для заливки ЛЖ в полость и снабжен вентилем и пробкой для герметизации упомянутой полости.
Можно отметить следующие недостатки прототипа:
- присутствие в рабочей зоне коллектора с коммуникациями;
- при подаче хладагента на наружную поверхность инструмента велики потери холода, мала интенсивность охлаждения и конденсации паров ЛЖ.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является разработка обрабатывающего вращающегося инструмента, испытывающего интенсивный нагрев в процессе обработки материалов, имеющего эффективную и компактную систему охлаждения; рабочая зона инструмента должна быть свободной от коммуникаций и устройств для его охлаждения, а также от других деталей.
Решение поставленной задачи достигается тем, что обрабатывающий инструмент, содержащий корпус, снабженный привинчивающимися к нему на одном конце хвостовиком для закрепления в приводе вращения, а на другом конце - обрабатывающей частью, содержащей различные функциональные элементы в зависимости от назначения инструмента (сварка трением, фрезерование, сверление и др.); корпус инструмента выполнен с внутренней полостью в форме усеченного конуса с расширением в сторону обрабатывающей части инструмента, полость корпуса предназначена для заливки в нее легкоиспаряющейся жидкости (ЛЖ) в количестве, обеспечивающем охлаждение инструмента за счет изменения агрегатного состояния ЛЖ путем теплопереноса от зоны ее испарения к зоне конденсации в упомянутой полости, хвостовик выполнен с каналом и холодильной камерой и пробкой; «холодильник» размещен внутри инструмента в зоне конденсации ЛЖ в виде камеры в хвостовике, которую от конусной полости корпуса отделяет прокладка (из высокотеплопроводного медного сплава), контактирующая с одной стороны с хладагентом, а с другой - с парами ЛЖ; в хвостовике и пробке выполнены каналы, - подводящий хладагент в «холодильник», а также отводящий отработанный хладагент из инструмента во внешнюю систему его охлаждения, после чего он может быть использован повторно.
Конструкция «холодильника» может быть различной, содержать два (как показано на рисунке) и более отсеков камеры. Эффективный «холодильник» может быть выполнен из трубки, свернутой в виде архимедовой спирали.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показан обрабатывающий инструмент с системой его охлаждения в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
Обрабатывающий инструмент содержит корпус 4, например, из стали 45, снабженный привинченными к нему через прокладку 4 на одном конце хвостовиком 1 также из стали 45 для закрепления в приводе вращения, а на другом конце - рабочей (обрабатывающей) частью 6, например, из инструментальной стали, содержащей разные функциональные элементы в зависимости от назначения инструмента. Например, для сварки трением с перемешиванием (см. рисунок) обрабатывающая часть 6 инструмента снабжена опорным буртом 6.1 и рабочим стержнем 6.2, испытывающими интенсивный нагрев в процессе обработки твердого материала при одновременном приложении к инструменту усилия трения. Корпус 5 выполнен с герметичной внутренней полостью в форме усеченного конуса с расширением в сторону обрабатывающей части 6 инструмента, предназначенной для заливки в нее легкоиспаряющейся жидкости (ЛЖ) 7 в количестве, обеспечивающем охлаждение инструмента за счет изменения агрегатного состояния ЛЖ путем теплопереноса от зоны ее испарения (зоны интенсивного нагрева) к зоне конденсации, где в хвостовике 1 над конусной полостью корпуса размещена холодильная камера 3, холодная прокладка 4 которой контактирует с восходящими парами ЛЖ 8, охлаждает и конденсирует пары 8 ЛЖ; охлажденный конденсат 9 под действием центробежных сил вращающегося инструмента отбрасывается на стенку конусной полости корпуса, под действием тех же сил стекает по ней в зону нагрева и снижает температуру нагрева рабочей части инструмента.
Пример обрабатывающего инструмента (применительно к сварке трением с перемешиванием), выполненного в соответствии с изобретением, приведен на чертеже.
Инструмент работает следующим образом. Предварительно рабочую (обрабатывающую) часть 6 инструмента ввинчивают в корпус 5; в конусную полость корпуса заливают ЛЖ (например, воду - дистиллированную против образования накипи) в количестве 10-15% объема полости корпуса 5 инструмента, после чего конусную полость закрывают герметично крышкой 4; в хвостовик 1 через пробку 12 вставляют телескопическое устройство с каналами 2 и 13 для введения (канал 2) хладагента в холодильную камеру 3, выполненную в хвостовике 1, и для выведения (канал 13) отработанного хладагента из камеры 3. Хвостовик 1 устанавливают на корпус 4 и привинчивают (через прокладку 4) к нему тремя-четырьмя винтами.
Корпус 5 и хвостовик 1 могут быть выполнены из стали (Ст20, Ст45 и т.п.), а обрабатывающая часть 6 инструмента - из инструментальной стали (Р9М5 и т.п.), прокладка 4 - из мягкого высокотеплопроводного медного сплава.
Затем инструмент закрепляют хвостовиком 1 вместе с телескопическим устройством с каналами 2 и 14 в держатель шпинделя (привод вращения) с возможностью их вращения (не показано). Подводят инструмент к обрабатывающей поверхности, включают подачу хладагента в канал 2, начинают вращение и погружение функциональных элементов рабочей (обрабатывающей) части 6 инструмента (в данном примере - рабочий стержень 6.2 и опорный бурт 6.1) в обрабатываемую поверхность (при сварке трением - в стык соединяемых деталей). На заданной глубине прекращают погружение, включают горизонтальную подачу и, продолжая вращать инструмент, перемещают его по заданной траектории обработки, по окончании которой отводят инструмент от обработанной детали, прекращают его вращение и - через 3…5 с - подачу (хладагента для охлаждения инструмента до комнатной температуры).
Технико-экономическая эффективность
Достоинство такого обрабатывающего инструмента заключается в том, что благодаря введению хладагента внутрь инструмента достигается практически непосредственный контакт хладагента с парами ЛЖ (через тонкую прокладку 4 из медного сплава, практически являющуюся термически прозрачной); уменьшаются потери холода, значительно повышается эффективность охлаждения инструмента, интенсивно нагревающегося в процессе обработки твердых материалов; система охлаждения инструмента компактна и не занимает рабочего пространства вокруг него, чем обеспечивается свобода его вращения и перемещения.
Claims (2)
1. Обрабатывающий инструмент с устройством для его охлаждения, содержащий корпус, хвостовик, расположенный на одном конце корпуса для его закрепления в приводе вращения, и рабочую часть, размещенную на другом его конце и снабженную обрабатывающим элементом, при этом корпус инструмента выполнен с внутренней полостью, имеющей форму усеченного конуса с расширением в сторону обрабатывающей части и предназначенной для заливки в нее легкоиспаряющейся жидкости (ЛЖ) в количестве, достаточном для охлаждения инструмента за счет изменения ее агрегатного состояния путем теплопереноса ЛЖ от зоны ее испарения к зоне конденсации в упомянутой полости корпуса инструмента, отличающийся тем, что хвостовик инструмента выполнен с охлаждающей камерой, герметично отделенной от упомянутой полости корпуса инструмента прокладкой из высокотеплопроводного материала, обеспечивающей охлаждение и конденсирование паров ЛЖ, и имеет каналы для введения в упомянутую камеру хладагента и выведения из нее отработанного хладагента.
2. Обрабатывающий инструмент по п. 1, отличающийся тем, что его рабочая часть содержит обрабатывающий элемент для сварки трением, или фрезерования, или сверления.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015116307/02A RU2603341C1 (ru) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | Обрабатывающий инструмент с устройством для охлаждения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015116307/02A RU2603341C1 (ru) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | Обрабатывающий инструмент с устройством для охлаждения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2603341C1 true RU2603341C1 (ru) | 2016-11-27 |
Family
ID=57774519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015116307/02A RU2603341C1 (ru) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | Обрабатывающий инструмент с устройством для охлаждения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2603341C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111761198A (zh) * | 2019-04-02 | 2020-10-13 | 烟台丛林精密机械有限公司 | 一种搅拌摩擦焊装置及焊接方法 |
RU2746930C1 (ru) * | 2020-10-23 | 2021-04-22 | Закрытое Акционерное Общество "Чебоксарское Предприятие "Сеспель" (ЗАО "Чебоксарское Предприятие "Сеспель") | Устройство и инструмент для сварки трением с перемешиванием преимущественно листовых заготовок из титана и его сплавов |
RU216182U1 (ru) * | 2022-10-11 | 2023-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Самоохлаждающийся инструмент для сварки трением с перемешиванием расплава свариваемых деталей |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0810056A2 (en) * | 1996-05-31 | 1997-12-03 | The Boeing Company | Friction stir welding with simultaneous cooling |
KR20110075774A (ko) * | 2009-12-29 | 2011-07-06 | 주식회사 포스코 | 마찰 교반 접합 장치 |
RU2446926C1 (ru) * | 2010-11-18 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием |
RU2517653C1 (ru) * | 2012-12-20 | 2014-05-27 | Михаил Михайлович Штрикман | Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием |
-
2015
- 2015-04-29 RU RU2015116307/02A patent/RU2603341C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0810056A2 (en) * | 1996-05-31 | 1997-12-03 | The Boeing Company | Friction stir welding with simultaneous cooling |
KR20110075774A (ko) * | 2009-12-29 | 2011-07-06 | 주식회사 포스코 | 마찰 교반 접합 장치 |
RU2446926C1 (ru) * | 2010-11-18 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием |
RU2517653C1 (ru) * | 2012-12-20 | 2014-05-27 | Михаил Михайлович Штрикман | Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111761198A (zh) * | 2019-04-02 | 2020-10-13 | 烟台丛林精密机械有限公司 | 一种搅拌摩擦焊装置及焊接方法 |
RU2746930C1 (ru) * | 2020-10-23 | 2021-04-22 | Закрытое Акционерное Общество "Чебоксарское Предприятие "Сеспель" (ЗАО "Чебоксарское Предприятие "Сеспель") | Устройство и инструмент для сварки трением с перемешиванием преимущественно листовых заготовок из титана и его сплавов |
RU216182U1 (ru) * | 2022-10-11 | 2023-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Самоохлаждающийся инструмент для сварки трением с перемешиванием расплава свариваемых деталей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10894260B2 (en) | Centrifuge refrigeration via magnetocaloric system | |
RU2603341C1 (ru) | Обрабатывающий инструмент с устройством для охлаждения | |
CN108025221A (zh) | 紧凑型制冷机和冷却器设备、装置以及系统 | |
JP2008047877A (ja) | 空冷式コンピュータチップ | |
CN106573667A (zh) | 吊舱推进装置及其冷却方法 | |
JP6619254B2 (ja) | 軸受冷却構造 | |
RU2517653C1 (ru) | Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием | |
JP2007003154A (ja) | 恒温器 | |
JP4357497B2 (ja) | 熱媒通流ローラ | |
CN204273554U (zh) | 一种具有冷风功能的吹风机 | |
JP5234580B2 (ja) | 回転機ロータ冷却装置および方法 | |
GB2515144A (en) | System and process of cooling an OTEC working fluid pump motor | |
WO2015006846A1 (pt) | Porta-ferramentas com sistema interno de transferência de calor com fluido em mudança de fase | |
TW200403392A (en) | Heat insulation structure of vacuum pump | |
KR101017843B1 (ko) | 공작기계에 사용하는 스핀들의 냉각장치 | |
US3753463A (en) | Device for cooling the bearings of heated rolls | |
EP2397253B1 (en) | A cooled rotating member, in particular of machine tools | |
WO2019004873A1 (ru) | Напорный капиллярный насос | |
RU216182U1 (ru) | Самоохлаждающийся инструмент для сварки трением с перемешиванием расплава свариваемых деталей | |
US6050333A (en) | Rotary heat exchange apparatus for condensing vapor | |
CN219972375U (zh) | 一种调质钢热处理装置 | |
US20170146268A1 (en) | Water Chiller Apparatus | |
JP2014173435A (ja) | ターボ冷凍機用圧縮機のオイルタンクおよびターボ冷凍機用圧縮機 | |
JP2017533405A (ja) | 製氷機及び当該製氷機のための熱交換器 | |
JP2017201222A (ja) | 液体冷凍機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200430 |