способ гидроочистки рабочей поверхности шлифовального круга

Формула изобретения

Способ гидроочистки рабочей поверхности шлифовального круга, включающий подачу в зазор между рабочей поверхностью шлифовального круга и волноводом смазочно-охлаждающей жидкости и наложение на волновод ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что на волновод накладывают ультразвуковые колебания частотно-модулированной формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, касается обработки металлов резанием и может быть использовано при шлифовании заготовок из различных материалов.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении повышения эффективности операций шлифования за счет гидроочистки рабочей поверхности шлифовальных кругов.

Известен способ очистки шлифовальных кругов по а.с. 111330 СССР (опубл. в БИ N 2-3, 1958), при котором их рабочая поверхность находится в ванне с СОЖ, активирующейся энергией УЗК от магнитострикционного преобразователя. В жидкостной ванне возбуждаются мощные ультразвуковые волны, которые способствуют кавитации на границе с рабочей поверхностью круга, что способствует гидроочистке его рабочей поверхности.

Недостатком описанного аналога является малая эффективность гидроочистки абразивного инструмента, поскольку реализация функциональных свойств СОЖ в зоне обработки сдерживается параметрами выходного ультразвукового (УЗ)-сигнала, поступающего на излучатель с генератора. Синусоидальная форма этого сигнала не дает полностью реализовать эффект кавитации, способствующей стабильному протеканию процесса очистки абразивного инструмента по следующей причине. Известно, что для каждой частоты УЗК существует верхний предел размеров R₀ газовых пузырьков, являющихся зародышами кавитации: в процессе кавитации участвуют лишь те пузырьки, размер которых меньше резонансных (Л. К. Зарембо, В. А.Красильников. Введение в нелинейную акустику. - М.: Изд-во Наука, 1966, с. 262). Таким образом, при синусоидальной форме сигнала с фиксированным значением частоты, поступающей на излучатель, в процессе кавитации не принимают участия все растворенные в жидкости воздушные пузырьки.

Наличие жидкостной ванны затрудняет реализацию способа на практике.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ гидроочистки рабочей поверхности шлифовального круга, при котором на небольшом расстоянии от рабочей поверхности шлифовального круга устанавливают волновод, жестко связанный с преобразователем (вибратором), преобразующим электромагнитные колебания ультразвуковой частоты в упругие колебания. СОЖ поступает в зазор между торцем волновода и рабочей поверхностью круга. Волновой характер движения СОЖ обеспечивает очистку рабочей поверхности инструмента за счет кавитации (а.с. 246168 СССР, опубл. в БИ N 20, 1960).

Недостатком прототипа является низкая эффективность очистки рабочей поверхности шлифовального круга, поскольку реализация функциональных свойств СОЖ в зоне обработки также сдерживается параметрами выходного УЗ-сигнала, поступающего с генератора на вибратор. Указанный недостаток обусловлен тем, что синусоидальная форма УЗ-сигнала определенной частоты не дает полностью реализовать эффект кавитации, способствующий стабильному протеканию процесса очистки рабочей поверхности шлифовального круга, поскольку в процессе кавитации принимают участие не все растворенные в жидкости воздушные пузырьки.

Технический результат - повышение эффективности операций шлифования за счет интенсификации очистки рабочей поверхности абразивного круга путем вовлечения в процесс кавитации большего количества пузырьков.

Для достижения технического результата, заявляемое изобретение "Способ гидроочистки рабочей поверхности шлифовального круга" содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями, существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с техническим результатом задачи.

СОЖ поступает в зазор между торцем волновода и рабочей поверхностью шлифовального круга. На волновод накладывают ультразвуковые колебания, форма которых является частотно-модулированной.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Форма колебаний, накладываемых на волновод, является частотно-модулированной, что способствует интенсификации процесса очистки рабочей поверхности шлифовального круга.

Между отличительными признаками и техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Частотно-модулированная форма колебаний, накладываемых на волновод, интенсифицирует гидроочистку рабочей поверхности шлифовального круга, благодаря чему повышается эффективность операций шлифования.

Известно, что расширение спектра частот колебаний волновода приводит к интенсификации процесса кавитации СОЖ.

Для наложения на волновод колебаний частотно-модулированной формы необходим электрический сигнал УЗ-частоты, модулированный по частоте, который может быть получен с помощью специального генератора.

Широкий спектр частот, занимаемый частотно-модулированным колебанием, способствует значительному расширению диапазона размеров пузырьков, способных кавитировать. Так, присутствие в спектре колебаний с минимальной частотой вызывает кавитацию пузырьков, имеющих достаточно большие размеры. В то же время звуковое давление пропорционально колебательной скорости частиц, а та в свою очередь - частоте колебаний и амплитуде колебательного смещения частиц. Поэтому наличие в спектре колебаний с максимальной частотой способствует вовлечению в процесс кавитации пузырьков, имеющих весьма малые размеры (Л. К. Зарембо, В.А.Красильников. Введение в нелинейную акустику. М.: Изд-во Наука, 1966, с.259-262).

Таким образом, применение частотно-модулированного колебания приводит к значительному увеличению диапазона размеров пузырьков, способных кавитировать, что способствует в конечном счете интенсификации гидроочистки рабочей поверхности круга.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в машиностроении при шлифовании заготовок из различных материалов с получением технического результата, заключающегося в интенсификации очистки рабочей поверхности круга, обуславливающего повышение эффективности операций шлифования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит волновод 1, расположенный с зазором по отношению к рабочей поверхности шлифовального круга 2 и связанный с преобразователем (вибратором) 3. С волноводом 1 соединен штуцер 4. Источником сигнала является УЗ-генератор 5 с частотной модуляцией.

СОЖ поступает через штуцер 4 в зазор между торцем волновода 1 и рабочей поверхностью шлифовального круга 2. Электрические колебания УЗ-частоты, генерируемые УЗ-генератором 5, трансформируются в упругие колебания с помощью преобразователя 3.

Ниже приведен конкретный пример осуществления предлагаемого способа.

СОЖ - 3%-ный водный раствор продукта Аквол-15 подавали в зазор (0,1 - 0,3 мм) между волноводом и шлифовальным кругом. На пьезокерамические преобразователи, включающие кольца из материала ЦТС-19, подавали частотно-модулированный электрический сигнал.

Опытная проверка способа проведена при плоском шлифовании заготовок из жаропрочного сплава ЖС 6, коррозионно-стойкой стали 14Х16Н6 и титанового сплава ВТ 22 эльборовыми кругами ЛО5 125/100% Б1 В1,0; ЛС 125/100% СТ1 К; ЛКП 125/100% C1 К, с рабочей скоростью последних 35 м/с при скорости продольной подачи стола 5 м/мин и врезной подаче 0,01 мм/дв. ход.

СОЖ - 3%-ный водный раствор продукта Аквол-15 подавали следующими способами:

- поливом с одновременной гидроочисткой при наложении на волновод синусоидальных колебаний частотой 18,6 кГц и амплитудой 5 мкм (способ N 1);

- поливом с одновременной гидроочисткой при наложении на волновод частотно-модулированных колебаний (способ N 2).

В качестве критериев оценки эффективности шлифования использовали контактную температуру в зоне шлифования и шероховатость шлифованных поверхностей по параметру R_а (см. табл.).

Согласно данным проведенных экспериментов использование частотно-модулированного сигнала в сравнении с немодулированным за счет интенсификации очистки рабочей поверхности круга позволяет повысить эффективность операций шлифования таким образом, что контактная температура снижается в среднем на 30-40%.

Уменьшение температуры и увеличение параметра R_а косвенным образом свидетельствуют о повышении режущих свойств кругов.

Заявляемый способ гидроочистки рабочей поверхности шлифовального круга представляет существенный интерес для народного хозяйства, так как позволяет значительно повысить производительность и снизить тепловую напряженность процесса шлифования не менее чем на 30%.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.