Инструмент для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока

Инструмент для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в режущих инструментах для комбинированной обработки диэлектрических материалов. Инструмент содержит державку 1 и рабочую часть, содержащую режущие элементы 2 и 3 и слой 4 диэлектрика, электрически изолирующий эти элементы один от другого. Режущий элемент 2 изолирован от державки 1 диэлектрической прокладкой 5, а режущий элемент 3 диэлектрической прокладкой 6. Слой 4 диэлектрика выполнен в форме клина, сужающегося в направлении к лезвию инструменте, и его ребро 7 совпадает с лезвием . Рабочие элементы 2 и 3 подключены к источнику переменного или постоянного напряжения . 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 В 27/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4900302/08 (22) 08.01.91 (46) 07.12.92, Бюл, М 45 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) В.И.Кононенко и В.С.Мурас (56) Подураев В. Н, Автоматически регулируемые и комбинированные процессы резания, M. Машиностроение, 1977, с.265. (54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ И

ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА (57) Использование: в режущих инструментах для комбинированной обработки диэ„„Я „„1779467 А1 лектрических материалов. Инструмент содержит державку 1 и рабочую часть. содержащую режущие элементы 2 и 3 и слой 4 диэлектрика. электрически изолирующий эти элементы один от другого. Режущий элемент 2 изолирован от державки 1 диэлектрической прокладкой 5, а режущий элемент

3 диэлектрической прокладкой 6. Слой 4 диэлектрика выполнен в форме клина, сужающегося в направлении к лезвию инструмента, и его ребро 7 совпадает с лезвием. Рабочие элементы 2 и 3 подключены к источнику переменного или постоянного напряжения. 1 ил„1 табл.

1779467

Изобретение относится к режущим инструментам для комбинированной обработки диэлектрических материалов и может быть использовано в машиностроении. Из практики резания диэлектрических материалов известно, что оДним из наиболее труднообрабатываемых диэлектрических материалов является класс термореактивных полимерных материалов с волокнистым напол нителем, в частности стекло- и органопластики, Стеклопластики представляют собой полимерные композиционные материалы, состоящие из стекловолокнистых материалов и синтетического связующего на основе синтетических смол, Органопластики — полимерные компо-. зиционные материалы, наполнителем в которых являются органические волокна полимерного происхождения.

Обработка резанием этих материалов традиционными инструментами связана с черезвычайно интенсивным износом их контактных поверхностей, в несколько раз большим, чем при резании более прочных и твердых материалов, а также резким ухудшением качества обработанной поверхности при достижении незначительного износа инструмента по задней поверхности.

Рациональной областью использования предлагаемого инструмента является обработка резанием диэлектрических и полимерных материалов как термопластичных, так и термореактивных, в ТоМ числе и полимерных композиционных материалов (ПКМ), армированных стекловолокнистыми и органоволокнистыми наполнителями.

Известны инструменты, сочетающие обработку резанием с нагревом всей заготовки или ее поверхностного слоя с помощью инфракрасного изучения, струи плазмы, электрической дуги или луча лазера.

У таких инструментов обеспечивается воздействие разных видов энергии ilo последовательной схеме. вначалв нагрев заготовки, затем резание. Это связано с большими затратами энергии на нагрев, Известно, что при точении труднообрабатываемых материалов пропускание электрического тока через зону резания позволяет улучшить обрабатываемость заготовок. Такое воздействие осуществляется параллельно с процессом резания, Инструменты для комбинированного воздействия электрического тока и механической обработки включаются в электрическую цепь по схеме резец — деталь, резец — ролик, два ролика или через две щетки. Все эти инструменты обеспечивают комбинированную

55 обработку только электропроводных материалов.

Ближайшим к заявляемому техническим решением является инструмент для комбинированной обработки резанием r. параллельным воздействием электрического тока, Этот инструмент разделен слоем диэлектрика на электрически изолированные части и подключен к источнику электрического питания. Это подключение выполнено схеме резец — деталь. Источник питания подключен к детали и части инструмента, контактрирующей со стружкой. Инструмент обеспечивает комбинированную обработку по параллельной схеме воздействия резания и нагрева (путем пропускания электрического тока через зону стружкообразования).

Область использования этого инструмента. как и иных известных инструментов, ограничена обработкой электропроводных материалов.

Целью изобретения является расширение области использования путем обеспечения возмо>кности комбинированной обработки диэлектрических материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в инструменте для комбинированной о6работки резанием и параллельным воздействием электрического тока, рабочая часть которого разделена слоем диэлектрика на электрически изолированные части и связана с источником электрического питания, слой диэлектрика, разделяющий инструменты на электрически изолированные части, изготовлен из инструментального материала, пробойное напря>кение которого в л /2 раз больше пробойного напряжения обрабатываемого материала, и выполнен в виде клина, сужающегося в направлении к лезвию и проходящего через нега, начальные и конечные толщины клина находятся в отношении прямо пропорциональном пробивному напряжению окружающей среды и обрабатываемого материала, а каждая из электрически изолированных частей инструмента подключена к одному из полюсов источника электрического питания, На чертеже представлена схема инструмента и его подключения к источнику электрического напряжения, И;:трумент содер>кит державку 1 и рабочую - эсть, содержащую режушие элементы 2 и и слой 4 диэлектрика, электрически изолирующий эти элементы один от другого.

Режущий элемент 2 изолирован от державки 1 диэлектрической прокладкой 5, а режущий элемент 3 диэлектрической прокладкой

1779467

tM UoM тк, мкм, 0oc.

6, слой 4 диэлектрика выполнен в виде клина, сужающегося в направлении к лезвию инструмента, и его ребро 7 совпадает с лезвием. Элементы 2 и 3 подключены к полюсам постоянного или переменного источника питания.

УстройСтво работает следующим образом.

В процессе резания диэлектрического материала на режущие элементы 2 и 3 от внешнего источника питания подается напряжение, величина которого обеспечивает пробой диэлектрического заряда в зоне резания обрабатываемого материала, и возникает электрическая дуга.

Механизм воздействия электрических импульсов на обрабатываемый материал, например стеклопластик и органопластик, заключается в следующем.

Во-первых, ударная волна воздействует на хрупкий наполнитель, в частности стекловолокна, под действием которой волокна дробятся на части. Волокно при этом не разлохмачивается режущей кромкой как при резании инструментом без введения дополнительной энергии, что и приводит к снижению шероховатости обработанной поверхности стеклопластика.

Ва-вторых, теплота от электрических импульсов воздействует на полимерную матрицу и полимерный наполнитель (при резании органопластиков). Сущность теплового воздействия заключается в превращении полимера в его микрообьемах в вязкотекучее состояние. В этом состоянии полимер служит смазкой между обрабатываемой и инструментальной. поверхностью, что приводит к снижению силы резания.

Кроме того, под механическим воздействием режущего клина инструмента вязкотекучая фаза полимера заполняет микродефекты на обработанной поверхности, а обрывки волокон наполнителя вминаются в вязкотекучие слои полймера.

Наблюдается эффект полирования обработанной поверхности.

Инструмент для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока может быть выполнен следующим образом, Для данной марки обрабатываемого материала по нормативно-техническим материалам определяют инструментальный материал и геометрические параметры инструмента (у,а,а1,p, p,А, г ). По геометрическим параметрам определяют исходный радиус округления режущей кромки инструмента после заточки. Из условия обеспечения нормальной работы инст25

55 румента принимают. что радиус округления режущей кромки р формируется диэлектрическим слоем. Поэтому начальную величину диэлектрического клина определяют из соотношения t< = 2р, а длину обрабатываемого материала с диэлектрическим клином по зави"имости i= л/2тн.

Исходя из этого, электрическая дуга на границе обрабатываемый материал — диэлектрический клин возникает при условии, чта пробивное напряжение материала клина в л/2 раз больше пробивного напряжения обрабатываемого материала UoM. По данной зависимости определяют марку материала диэлектрического клина с учетом общих требований, предьявляемых к инструментальным материалам. Из условия исключения электрического пробоя диэлектрического клина на его конце tê его величину определяют из соатношенля где tK — конечная толщина клина, мкм;

tH — начальная толщина клина, мкм;

UoM — пробивное напряжение обрабатываемого материала, В/мкм;

Uoc — пробивное напряжение окружэющей среды, В мкм, Пример. Произведем расчет резца для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока для точения стеклотекстолита СТ на станке мод.!М61П без применения принуди-. тельного охлаждения (окружающая среда— воздух).

Для проведения опытов были использованы следующие приборы, аппаратура и оборудование. Заточку резцов производили на заточном станке мод.ЗД642Е алмазными кругами. Силу резания определяли универсальным динамаметром конструкции

ВНИИ-ДУМ-100, Шероховатость обработанной поверхности измеряли на двойном оптическом микроскопе МИС-11. Радиус округления главной режущей кромки р измеряли нэ прафилографе мод.201, а величину износа по задней поверхности на инсгрументальном микроскопе 6МИ-1 непосредственно на вершине резца. В качестве источника электрического питания использовался силовой трансформатор. подключенный к автотрансформатару.

Регулирование напряжения осуществлялось с помощью автатрансформатора, вклю- ченного в электрическую сеть. Пробивное напряжение для стеклотекстолита составляет UoM = 10 В/мкм, а окружающей среды

1779467

П родолжительность точения, т, мин

Износ задней поверхности

hs,мм

Шероховатость обработанной поверхности

Вт, мкм

Составляющие силы езания,Н

0,16

290

К8 с ввеического

0,12

23 (воздуха) Uoc = 3.2 В/мкм (Таблица физических величин — Справочник. M.: Атомиздат, 1976, с,321-329).

Из,соотношения Uyp = R/2.UQM определяем, что диэлектрический клин должен 5 быть изготовлен иэ материала с пробивным напряжением U„> 16 В/мкм. Этому условно удовлетворяет инструментальная керамика из материала AI20a (О,Уаиэтт и

Д. Дью-Хьюз, Металлы, керамики, полиме- 10 ры. M.: Лтомиэдат, 1979, c,233), для которого 4л = 20-25 В/мкм, Из справочника (Штучный Б,П. Механическая обработка пластмасс. M.: Машиностроение, 1987, с.56-57) определяют инструментальный материал 15 для режущих элементов 2 и 3 и геометрические параметры резца. Геометрические параметры резца были принятые следующими; у 5 ;а =а =25; 45 ; +15 ;

z.=P мм.

Из опыта алмазной заточки инструментов с такими геометрическими параметрами известно, что достижимый радиус округления режущей кромки составляет р=б мкм.

Тогда начальная толщина диэлектрического клина составит tH = 12 мкм, а конечная t» =

=38 мкм. Расчетное пробивное напряжение на границе диэлектрический клин — обрабатываемый материал в момент врезания резца в обрабатываемый материал составит Up = 189 В.

Таким образом определены все исходные данные для изготовления резца для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока при точении стеклотекстолита. Проведены сравнительные испытания резцов из твердого сплава В К8 и резца В К8+ AI20g

+ ВК8 для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока. Режим резания был выбран одинаковый для всех резцов: скорость \/=2 м/с; подача S = 0.21 мм/об.: глубина

t= 1 мм.

Результаты проведенных опытов представлены в таблице.

Из результатов проведенных опытов следует, что при точении стеклотекстолитов резцом для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока наблюдается снижение интенсивности износа инструмента и улучшение качества обработанной поверхности.

Использование предлагаемого инструмента позволяет распространить комбинированную обработку резанием и параллельным воздействием электрического тока на новую область — резание диэлектрических материалов. При этом положительный эффект проявляется не только в улучшении условий резания путем нагрева заготовки, но и в разрушении обрабатываемого материала (прежде всего волокон композиционных армированных материалов) ударной волной, инициированной импульсами электрического тока, Формула изобретения

Инструмент для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока, рабочая часть которого разделена слоем. диэлектрика на электрически изолированные части и связана с источником электрического питания, отличающийся тем, что, с цель расширения области использования путем обеспечения возможности комбинированной обработки диэлектрических материалов, слой диэлектрика выполнен в виде клина, сужающегося в направлении к лезвию и проходящего через него, а каждая из электрических изолированных частей рабочей части подключена к одному иэ полюсов источника электрического питания.