SK500822016A3 - Spôsob rektifikácie reznej hrany nástroja a nástroj opracovaný týmto spôsobom - Google Patents

Abstract

Rezná hrana (2) nástroja (1) je ponorená v elektrolyte, nástroj (1) je pripojený na kladný pól zdroja jednosmerného prúdu a záporný pól tohto zdroja je pripojený k elektróde ponorenej v elektrolyte. Pri napätí prevyšujúcom 100 V okolo nástroja (1) vznikne paroplazmová obálka (4), v nej prebiehajú elektroplazmové výboje, ktoré odparujú kov z povrchu nástroja (1) a na reznej hrane (2) sa tým vytvorí zaoblenie (3). Pri nástroji (1) zo spekaného karbidu elektroplazmové výboje odstraňujú spojivo tvoriace matricu spekaného karbidu a následne sa karbidové zrná odplavujú elektrolytom. Elektrolytom je napríklad vodný roztok netoxických solí, postup je ekologický a veľmi produktívny, postačuje pôsobenie elektroplazmového výboja po dobu 10 až 150 sekúnd. Vďaka rektifikácii reznej hrany (2) sa dosahuje vysoká produktivita obrábania.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka rektifikácie reznej hrany nástroja, kde dochádza k riadenému zaobleniu reznej hrany nástroja, ktorý je určený najmä na trieskové obrábanie. Vynález tiež opisuje nástroj s upravenou mikrogeometriou reznej hrany nástroja zo spekaných karbidov.

Doterajší stav techniky

Po spekaní a následnom brúsení nástrojov zo spekaných karbidov zostávajú na reznej hrane mikroskopické ostrapy a stopy po brúsnom nástroji. Rektifikáciou sa rezná hrana zaobľuje a vyhladzuje, teda sa tvarovo upravuje, spresňuje, čím sa dosiahne vyššia životnosť a vyšší výkon nastroja. Na rektifikáciu rezných hrán sa používa riadené mechanické omieľanie, kefovanie, mokré alebo suché tryskanie, magnetické leštenie. Mechanické spôsoby rektifikácie majú relatívne nízku presnosť požadovanej tvarovej úpravy hrany. Dopadajúce tvrdé abrazívne častice pôsobia na rezný nástroj a tým dochádza k odoberaniu materiálu. Uber materiálu z nástroja sa najviac prejaví na ostrých hranách, teda na rezných hranách, kde je malý pomer hmotnosti k povrchu v porovnaní s telesom nástroja.

Známa je tiež metóda, pri ktorej sa na vytvorenie zaoblenia na reznej hrane nástrojov využíva laserový zväzok. Nevýhodou tejto metódy je veľmi nízka produktivita oproti mechanickým metódam Ďalšou nevýhodou je teplom ovplyvnená oblasť, ktorá nepriaznivo vplýva na mikroštruktúru spekaného karbidu. Nevýhodu spočívajúcu v tepelnom ovplyvnení čiastočne rieši úprava reznej hrany nástrojov elektroerozívnym obrábaním, pri ktorom mechanizmus odoberania materiálu zahrňuje tavenie a odparovanie. Takáto metóda nie je vhodná na rektifikáciu nástrojov zo spekaných karbidov kvôli zlej elektrickej vodivosti. Nevýhodou je tiež nízka produktivita opracovania.

Patent US 5 993 638 opisuje rektifikáciu reznej hrany pomocou elektrochemického leštenia, pričom sa však používajú nebezpečné elektrolyty, napríklad s obsahom kyseliny sírovej. Podmienky a nastavenie elektrických veličín podľa tohto patentu nevedú k rýchlemu zaobleniu reznej hrany tento spôsob je málo produktívny.

Je žiadané a nie je známe také technické riešenie, ktoré bude mať vysokú produktivitu, bude viesť k opakovane presnému zaobleniu reznej hrany nástroja a nebude si vyžadovať použitie toxických alebo vysokotoxických látok:.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje spôsob rektifikácie reznej hrany nástroja, najmä nástroja zo spekaných karbidov, pri ktorom je rezná hrana nástroja ponorená v elektrolyte, nástroj je pripojený na kladný pól zdroja jednosmerného prúdu, záporný pól zdroja jednosmerného prúdu je pripojený k elektróde ponorenej v elektrolyte, podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že celková ponorená plocha elektródy so záporným pólom je aspoň 5-krát väčšia ako je plocha ponoreného nástroja a napätie medzi elektródami je väčšie ako 100 V, následkom čoho okolo nástroja vznikne paroplazmová obálka, v ktorej prebiehajú elektrické výboje, pričom elektrické výboje odparujú kov z povrchu nástroja. Vďaka tomuto procesnému stavu sa na reznej hrane vytvorí zaoblenie.

Pri týchto podmienkach nastáva v elektrolyte v blízkosti anódy výrazné brzdenie nosičov náboja (aniónov a katiónov) v dôsledku vysokej prúdovej hustoty (anóda má relatívne malú plochu). Vnikajúci napäťový spád vo vrstve elektrolytu, ktorý obklopuje anódu, spôsobuje intenzívny vývin Joulovho tepla, čo má za následok lokálny var elektrolytu. Vodná para vznikajúca varom elektrolytu vytvára na povrchu rektifikovaného nástroja tenkú súvislú vrstvu, identickú, aká vzniká pri blanovom vare vody. Táto vrstvička vodnej pary, hrubá rádovo desatinu milimetra, oddeľuje elektrolyt od priameho kontaktu s povrchom rektficovaného nástroja (anódy). V dôsledku vysokej hodnoty napätia medzi elektródami (viac ako 100V, zvyčajne viacero stoviek Voltov) nastáva ionizácia tenkej vrstvy vodnej pary elektrickým poľom, čím sa táto stáva elektricky vodivou. Elektrický prúd prechádza cez vrstvu vodnej pary formou tlejivého výboja. Takýmto spôsobom vzniká v elektrolyte okolo rektficovaného nástroja tzv. paroplazmová obálka. Elektrické výboje odparujú kov z povrchu nástroja a vzniká tak úber materiálu z povrchu anódy.

Pojem nástroj v tomto spise označuje akýkoľvek prostriedok na obrábanie, pri ktorom relatívnym pohybom voči obrobku a silovým pôsobením vzniká trieska. Nástroj môže byť zhotovený ako monolit, napríklad vyrobený z nástrojovej ocele, alebo sa za nástroj v tomto spise považuje len samotná rezná platnička, ktorá sa pripevní na teleso nástroja naspájkovaním, skrutkou, úpinkou a podobne. Práve pri nástrojoch zo spekaných karbidov sa dosahujú prekvapivo vynikajúce výsledky. Plazmové výboje sa v stave techniky používali na leštenie kovov s dobrou elektrickou vodivosťou, napríklad na leštenie antikoróznych ocelí, kde plazmový výboj

SK50082-2016 A3 pôsobí na zrnká materiálu, ktoré sa vplyvom vysokej teploty zohrejú a odparia.

Rezné platničky sa zvyčajne vyrábajú práškovou metalurgiou z ťažkotaviteľných kovov a spájacieho kovu. Zahrňujú karbid volfrámu, karbid titánu, karbid tantalu, karbid nióbu a ako spojivo sa používa kobalt. Spekaný karbid má však slabú elektrickú vodivosť a podľa pravidiel známych zo stavu techniky preto nie sú materiály na báze spekaných karbidov považované za vhodné pre leštenie plazmovým výbojom v elektrolyte. Podanlo sa však vynájsť podmienky, pri ktorých prebieha efektívne odstraňovanie častíc z hrán rezných nástrojov zo spekaných karbidov. Tento proces je založený na tom, že elektroplazmové výboje odstraňujú spojivo (kobalt) a následne sa karbidové zrná odplavujú elektrolytom po tom, čo sú v dôsledku intenzívnych elektrohydrodynamických javov vytrhnuté z kovovej matrice. Rozrušovanie je teda založené najmä na uvoľnení kobaltovej matrice, z ktorej sa potom vyplavujú karbidové zrná.

Vrstvička paroplazmovej obálky kopíruje povrch anódy, na hranách sa ohýba a stenčuje. Úzke stĺpce výboja, s bodovým kontaktom s reznou hranou, pôsobia ako pohybujúce sa bodové zdroje tepla, odparujúce vyvýšené časti povrchového reliéfu, kde je vzdialenosť medzi povrchom a protiľahlou elektródou - stenou elektrolytu, najmenšia. Elektrolyt je odtlačený od povrchu nastroja, čím sa vytvára sústava dvoch elektród v mieste nástroja. Jedna elektróda má podobu nástroja a druhá elektróda je kvapalná, tvorená stenou elektrolytu. Medzi elektródami v mieste nástroja sa nachádza dielektrikum tvorené parami elektrolytu a plynmi uvoľňujúcimi sa pri elektrolýze. Vzhľadom na menšiu hrúbku paroplazmovej obálky na hranách a teda vzhľadom na menšiu vzdialenosť medzi kovovým povrchom a stenou elektrolytu, prebiehajú výboje v týchto miestach výrazne intenzívnejšie než na zvyšných častiach povrchu rektifíkovaného nástroja. To vedie k intenzívnemu zaobľovaniu hrán nástroja. Vďaka uvedeným fyzikálnym pravidlám má paroplazmová obálka zaoblenie v mieste ostrej hrany, podľa tohto zaoblenia paroplazmovej obálky dochádza aj k zaobleniu reznej hrany. Pôsobenie elektrického výboja nie je teda potrebné vektorovo usmerňovať na reznú hranu ako je tomu pri mechanických spôsoboch rektifikácie alebo pri využití laserového zväzku alebo elektroerozívneho obrábania, ale k zaobľovaniu dochádza v dôsledku prirodzených vlastností paroplazmovej obálky.

Rektfikácia rezných hrán podľa tohto vynálezu trvá len niekoľko sekúnd, približne 10 sekúnd až 150 sekúnd v závislosti od veľkosti požadovaného zaoblenia, vďaka čomu sa tento postup zaraďuje medzi najproduktívnejšie rektifikačné metódy. Rektfikácia prebieha naraz na všetkých rezných hranách ponoreného rezného nástroja. Ak sa jedná o napríklad klasickú vymeniteľnú reznú platničku štvorcového prierezu, tak všetkých osem rezných hrán je upravených v jednom kroku postupu.

Spôsob rektifikácie podľa tohto vynálezu je použiteľný pre rôzne typy nástrojov, napríklad pre rotačné nástroje, pre vymeniteľné rezné platničky a to z rôznych rezných materiálov. Rôznym nastavením parametrov postupu je možné vytvárať rôzne veľkosti polomeru zaoblenia reznej hrany, čím je rektifíkovaný nástroj možné použiť pre rôzne typy obrábaných materiálov.

Vďaka rektifikácií reznej hrany sa dosahuje vysoká produktivita obrábania predovšetkým ťažkoobrobiteľných materiálov, podstatne sa zvyšuje trvanlivosť rezných nástrojov, napríklad pri obrábaní austenitickej nehrdzavejúcej ocele X6CrNiTi 18-10.

Novým je aj samotný nástroj s aspoň jednou reznou hranou, ktorá je zaoblená s polomerom najviac do 0,2 mm, výhodne s polomerom 0,005 až 0,1 mm, pričom zaoblenie je vytvorené elektroplazmovým výbojom podľa skôr opísaného spôsobu. Je výhodné, ak nástroj je vytvorený zo spekaných karbid ov.

Podstatnou výhodou predloženého vynálezu je použitie elektrolytu bez kyselín. Pri elektrochemickom leštení, ktoré sa môže javiť ako príbuzný spôsob odoberania tenkej vrstvy materiálu, dochádza k úberu materiálu účinkom chemického leptania za pomoci roztokov kyselín, napríklad chlorovodíkovej a sírovej. Spôsob podľa tohto vynálezu nepotrebuje kyselinový roztok, úber materiálu v elektrolyte nastáva na základe elektrického javu, bez toxickej chémie, postačuje, aby mal elektrolyt primeranú vodivosť. Vďaka tomu je predložený spôsob aj vysoko ekologický.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený pomocou obrázkov 1 až 6. Konkrétne tvary rezného nástroja, polomer zaoblenia, stopy na povrchu rezného nástroja majú len ilustračný charakter a nie je ich možné považovať za obmedzujúce rozsah ochrany.

Na obrázku 1 je znázornený rezný nástroj ponorený v elektrolyte. Na obrázku 2 je následne detail paroplazmovej obálky v oblasti reznej hrany.

Na obrázku 3 je profil reznej hrany pred opracovaním a následne na obrázku 4 po opracovaní.

Obrázok 5 a 6 zachytáva pohľad elektrónovým mikroskopom, kde na obrázku 5 je rezná hrana nástroja pred opracovaním a na obrázku 6 po opracovaní podľa tohto vynálezu.

SK50082-2016 A3

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Nástroj J. je vymeniteľná rezná platnička, ktorá má osem rezných hrán 2. Po brúsení má nastroj 1 zo spekaných karbidov typické stopy na povrchu podľa obrázku 5 a vzniknuté rezné hrany 2 sú nepravidelné, s nestabilným hrotom. Opotrebovanie pri trieskovom obrábaní vzniká najmä na chrbtovej a čelnej ploche nástroja

1.

Nástroj j. sa cez otvor zavesí a celý sa ponorí do elektrolytu. Elektrolyt je vodný roztok netoxických solí. Ponorené sú tak všetky rezné hrany 2. Záves zároveň funguje ako elektrické vedenie pre kladný pól zdroja jednosmerného prúdu. Záporný pól zdroja jednosmerného prúdu je pripojený k elektróde ponorenej v elektrolyte. Celková ponorená plocha elektródy so záporným pólom je v tomto príklade 10 -krát väčšia ako je celková plocha ponoreného nástroja 1. Zdroj elektrického napätia má v tomto príklade napätie 200V. Po jeho zapnutí vznikne okolo nástroja 1 paroplazmová obálka 4, v ktorej prebiehajú elektrické výboje, pričom elektrické výboje odparujú kobalt z povrchu nástroja 1 a uvoľnené karbidové zrná sú vyplavované do elektrolytu. Vrstvička paroplazmovej obálky 4 s hrúbkou rádovo v desatinách mm, kopíruje povrch anódy, na hranách sa ohýba a stenčuje. Na hranách prebiehajú výboje výrazne intenzívnejšie než na zvyšných častiach povrchu rektfíkovaného nástroja 1. To vedie k intenzívnemu zaobľovaniu rezných hrán 2 nástroja 1

Týmto procesom sa v priebehu približne 30 sekúnd vytvorí na reznej hrane 2 nástroja 1 zaoblenie 3 požadovanej veľkosti. Takto rektifíkovaný nástroj 1 je pripravený na obrábanie, príp adne na povlakovanie.

Príklad 2

V tomto príklade prebieha proces podobne ako v predchádzajúcom poklade, pričom zdroj má napätie 400V a plocha ponorenej elektródy so záporným pólom je 20 až 50-krát väčšia ako je celková plocha ponorených nástrojov 1 podľa počtu a typu ponorených nástrojov T

Priemyselná využiteľnosť

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto vynálezu je možné priemyselne a opakovane upravovať rezné hrany nástrojov a to najmä nástrojov zo spekaných karbidov. Pri rektifikácií podľa tohto vynálezu sa môžu využiť zariadenia používané na leštenie plazmovým výbojom v elektrolyte.

SK50082-2016 Α3

Zoznam vzťahových značiek

- nástroj

- rezná hrana

3 - zaoblenie

- paroplazmová obálka

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob rektifikácie reznej hrany nastroja, najmä nastroja (1) zo spekaných karbidov, pn ktorom je rezná hrana (2) nástroja (1) ponorená v elektrolyte, nástroj (1) je pripojený na kladný pól zdroja jednosmerného prúdu a záporný pól zdroja jednosmerného prúdu je pripojený k elektróde ponorenej v elektroly te, vyznačujúci sa tým, že celková ponorená plocha elektródy so záporným pólom je aspoň 5krát väčšia ako je plocha ponoreného nástroja (1) a napätie medzi elektródami je väčšie ako 100 V, následkom čoho okolo nástroja (1) vznikne paroplazmová obálka (4), v ktorej prebiehajú elektroplazmové výboje, pričom elektroplazmové výboje odparujú kov z povrchu nástroja (1) a na reznej hrane (2) sa tým vytvorí zaoblenie (3).
2. 2. Spôsob rektfikácie reznej hrany nástroja podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že nástroj (1) je zo spekaných karbidov.
3. 3. Spôsob rektifikácie reznej hrany nástroja podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že elektroplazmové výboje odstraňujú spojivo tvoriace matricu spekaného karbidu a následne sa karbidové zrná odplavujú elektrolytom
4. 4. Spôsob rektifikácie reznej hrany nástroja podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúc i s a t ý m , že napätie medzi elektródami je väčšie ako 400 V.
5. 5. Spôsob rektifikácie reznej hrany nástroja podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že celková ponorená plocha elektródy so záporným pólom je aspoň 10-krát väčšia ako je plocha ponoreného nástroja (1).
6. 6. Spôsob rektifikácie reznej hrany nástroja podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúc i s a t ý m , že elektroplazmové výboje prebiehajú po dobu 10 až 150 sekúnd.
7. 7. Spôsob rektifikácie reznej hrany nástroja podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že pri jednom ponorení nástroja (1) s viacerými reznými hranami (2) sa zároveň vytvoria zaoblenia (3) na všetkých rezných hranách (2).
8. 8. Spôsob rektifikácie reznej hrany nástroja podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že elektrolyt je vodný roztok netoxických solí.
9. 9. Nástroj s aspoň jednou reznou hranou, ktorá je zaoblená spôsobom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že zaoblenie (3) prebieha pozdĺž celej reznej hrany (2) a má polomer do 0,2 mm, výhodne 0,005 až 0,1 mm.
10. 10. Nástroj s aspoň jednou reznou hranou podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že je zo s pekaných karbidov.