SU929397A1 - Internally cooled composite cutting-tool - Google Patents

Description

Изобретение относится к обработке металлов резанием с использованием смазочноохлаждающей жидкости (СРЖ) и может быть использовано, в частности, на станках токарной группы.The invention relates to the processing of metals by cutting using a cutting fluid (SRF) and can be used, in particular, on machines of a turning group.

Известен сборный резец с внутренним ⁵ охлаждением, на корпусе которого установлен стружколоматель [1].Known prefabricated cutter with internal ⁵ cooling, on the body of which is installed chip breaker [1].

Недостатки известного устройства — низкая эффективность охлаждения зоны контакта инструмента и детали, а также не- ю достаточно эффективное удаление стружки.The disadvantages of the known device are the low cooling efficiency of the contact zone of the tool and the part, as well as its rather effective chip removal.

Цель изобретения — повышение эффективности охлаждения и стружкодробления.The purpose of the invention is to increase the efficiency of cooling and chip control.

Эта цель достигается тем, что в сборном резце с внутренним охлаждением, на корпусе ¹⁵ которого установлен стружколоматель, в стружколомателе выполнены канал и полость, образующие с передней поверхностью резца щель для подачи СОЖ в зону резания, в полости установлены введенные в 20 резец электроды, расположенные таким образом, что образующийся канал электрического разряда в межэлектродном промежутке параллелен наружному сечению щели, ширина которой превышает межэлектродный промежуток.This goal is achieved by the fact that in the pre-cutter with internal cooling, on the body ^{15 of} which the chip breaker is installed, a channel and a cavity are made in the chip breaker, forming a slot with the front surface of the cutter for supplying coolant to the cutting zone, the electrodes introduced into the 20 cutter are located in the cavity, located so that the formed channel of the electric discharge in the interelectrode gap is parallel to the outer section of the gap, the width of which exceeds the interelectrode gap.

На фиг. 1 изображен резец, вид в плане; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — вид Б на фиг. 2.In FIG. 1 shows a cutter, a plan view; in FIG. 2 is a view A in FIG. 1; in FIG. 3 is a view B in FIG. 2.

Резец содержит корпус 1, на котором установлен стружколом 2, который образует с передней гранью резца полость 3 и щель 4 в непосредственной близости от режущей кромки 5. Стружколом 2 закреплен на корпусе 1 резца болтом 6. В полости 3 установлены электроды 7 и 8, один из которых изолирован от массы станка фторопластовой втулкой 9. Электроды соединены с источником 10 импульсных электрических разрядов. В верхней части стружколома 2 выполнен канал 11 для подвода СОЖВажной особенностью устройства является то, что ширина щели 4 превышает межэлектродный промежуток.The cutter comprises a housing 1, on which a chipbreaker 2 is installed, which forms a cavity 3 and a slot 4 with a leading edge of the cutter in the immediate vicinity of the cutting edge 5. The chipbreaker 2 is fixed to the housing 1 of the cutter by a bolt 6. Electrodes 7 and 8 are installed in the cavity 3, one of which is isolated from the machine weight by a fluoroplastic sleeve 9. The electrodes are connected to a source of 10 pulsed electrical discharges. In the upper part of the chipbreaker 2, a channel 11 for supplying a coolant is made. An important feature of the device is that the width of the slot 4 exceeds the interelectrode gap.

Высота щели составляет не менее 0,2 ширины. Прямая, соединяющая заостренные концы электродов, между которыми образуются электрические разряды, параллельна передней поверхности резца и перпендикулярна потоку жидкости, проходя тему через щель и, следовательно, параллельна наружному срезу щели.The height of the slit is at least 0.2 width. A straight line connecting the pointed ends of the electrodes between which electric discharges form is parallel to the front surface of the cutter and perpendicular to the fluid flow, passing the subject through the gap and, therefore, parallel to the outer cut of the gap.

Резец работает следующим образом.The cutter works as follows.

СОЖ через канал 11 подается в полость 3, откуда через щель 4 она попадает в зону В, образуемую стружкой, передней гранью резца и стружколомом.The coolant through the channel 11 is fed into the cavity 3, from where through the slot 4 it enters the zone B, formed by the chips, the front edge of the cutter and the chipbreaker.

При. подаче на электроды 7 и 8 с определенной частотой кратковременных (порядка десятка микро-секунд импульсов высокого напряжения от генератора, между электродами образуются электрические разряды.At. the supply of short-term (about a dozen micro-seconds of high voltage pulses from the generator to the electrodes 7 and 8 with a certain frequency), electrical discharges are formed between the electrodes.

Искровые разряды создают в канале разряда высокотемпературную плазму с высоким давлением с последующим образованием ударной волны. Волна распространяется от канала разряда в виде зоны сжатия с крутым передним фронтом. Давление в канале разряда достигает порядка тысячи атмосфер.Spark discharges create a high-temperature plasma with a high pressure in the discharge channel with the subsequent formation of a shock wave. The wave propagates from the discharge channel in the form of a compression zone with a steep leading edge. The pressure in the discharge channel reaches about a thousand atmospheres.

Учитывая, что канал разряда, являющийся линейным источником ударной волны, по размеру меньше ширины щели и расположен в непосредственной близости от зоны резания, а также благодаря тому, что фронт распространения волны параллелен щели, обеспечиваются минимальные потери энергии при прохождении волны от источника до зоны резания.Considering that the discharge channel, which is a linear source of the shock wave, is smaller in size than the slit width and is located in the immediate vicinity of the cutting zone, and also due to the fact that the wave propagation front is parallel to the slit, minimum energy losses are ensured when the wave propagates from the source to the cutting zone .

Таким образом, искровые разряды обуславливают повышенную приникающую способность СОЖ на контактирующие поверхности режущего инструмента и стружки, а также улучшенное стружкодробление.Thus, spark discharges cause an increased penetrating ability of the coolant on the contact surfaces of the cutting tool and chips, as well as improved chip control.

Для подтверждения эффективности предлагаемого устройства были проведены технологические испытания.To confirm the effectiveness of the proposed device, technological tests were carried out.

На токарно-винторезном станке модели 16К20 с бесступенчатым регулированием скорости главного движения осуществлялось несвободное резание обрабатываемого материала — сталь 40 X, резцом из быстрорежущей стали марки Р18 со следующими геометрическими параметрами:On a model 16K20 screw-cutting lathe with stepless control of the speed of the main movement, non-free cutting of the processed material was carried out - 40 X steel, with a P18 high-speed steel cutter with the following geometric parameters:

главный задний угол о<8^о вспомогательный задний угол <Л| =8° передний угол У 0° главный угол в плане ср 45° вспомогательный угол в плане ср₁=20° угол наклона главной режущей кромки λ = 0°.main rear angle o <8 ^o auxiliary rear angle <L | = 8 ° rake angle Y 0 ° main angle in plan cp 45 ° auxiliary angle in plan cp ₁ = 20 ° angle of inclination of the main cutting edge λ = 0 °.

Резание осуществлялось с подводом в зону резания масляной смазочно-охлаждающей жидкости марки И—5А. Генератором электрических разрядов была установка, состоящая из регулируемого трансформатора, трансформатора напряжения НОМ— 10—66, выпрямителя, батареи конденсаторов К75—15—25 кВ 0,5 мкф и воздушного разрядника.The cutting was carried out with the supply of the I-5A grade oil cutting fluid to the cutting zone. The generator of electric discharges was an installation consisting of an adjustable transformer, a voltage transformer NOM-10-66, a rectifier, a capacitor bank K75-15-25 kV 0.5 microfarads and an air gap.

Влияние повышения внешнего давления СОЖ на проникающую способность жидкости оценивалось по изменению составляющих сил резания.The effect of increasing the external coolant pressure on the liquid penetration was estimated by the change in the cutting forces.

Изменение сил резания фиксировалось универсальным динамометром модели УДМ—600 конструкции ВНИИ, комплект и схема соединения которого соответствовали Инструкции по эксплуатации.The change in cutting forces was recorded by a universal dynamometer of the UDM-600 model of the VNII design, the set and connection diagram of which corresponded to the Operating Instructions.

Эксперимент проводился в следующем порядке.The experiment was carried out in the following order.

Вначале производилось точение с подачей в зону резания масла марки И—5А.Initially, turning was performed with the supply of I-5A grade oil to the cutting zone.

Через несколько десятков секунд точения с СОЖ генерировались импульсные электрические разряды емкостью 0,33 мкф и частотой 20 Гц при напряжении 15 кВ в течение 1 мин. При этом составляющие силы резания снижались и наблюдалось увеличение степени дробления стружки. После этого подача импульсных разрядов прекращалась и составляющие силы резания'постепенно повышались до прежнего уровня.After several tens of seconds of turning with coolant, pulsed electrical discharges were generated with a capacity of 0.33 μF and a frequency of 20 Hz at a voltage of 15 kV for 1 min. At the same time, the components of the cutting force decreased and an increase in the degree of chip crushing was observed. After that, the supply of pulsed discharges ceased and the components of the cutting force gradually increased to the previous level.

Таким образом, не прекращая резание, несколько раз производилось включение и отключение источника импульсных электрических разрядов. Наблюдалось повторяемое снижение значений составляющих сил резания при действии разрядов.Thus, without stopping the cutting, the source of pulsed electric discharges was turned on and off several times. A repeated decrease in the values of the component cutting forces was observed under the action of the discharges.

Анализ результатов испытаний показал, что импульсные электрические разряды в СОЖ снижают значения составляющих сил резания на 25—30% и способствуют улучшению стружкодроблению, а также повышению эффективности охлаждения зоны резания.An analysis of the test results showed that pulsed electrical discharges in the coolant reduce the values of the constituent cutting forces by 25-30% and contribute to improved chip control, as well as an increase in the cooling efficiency of the cutting zone.

Claims (2)

(54) СБОРНЫЙ РЕЗЕЦ С ВНУТРЕННИМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Изобретение относитс  к обработке металлов резанием с использованием смазочноохлаждающей жидкости (СРЖ) и может быть использовано, в частности, на станках токарной группы. Известен сборный резец с внутренним охлаждением, на корпусе которого установлен стружколоматель 1. Недостатки известного устройства - низка  эффективность охлаждени  зоны контакта инструмента и детали, а также недостаточно эффективное удаление стружки. . Цель изобретени  - повышение эффективности охлаждени  и стружкодроблени . Эта цель достигаетс  тем, что в сборном резце с внутренним охлаждением, на корпусе которого установлен стружколоматель, в стружколомателе выполнены канал и полость , образующие с передней поверхностью резца щель дл  подачи СОЖ в зону резани , в полости установлены введенные в резец электроды, расположенные таким образом , что образующийс  канал электрического разр да в межэлектродном промежутке параллелен наружному сечению щели. щирина которой превышает межэлектродныи промежуток. На фиг. 1 изображен резец, вид в плане; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. (54) INTERNAL COOLING CUTTER CUTTING The invention relates to metal cutting using cutting coolant (SRC) and can be used, in particular, on lathes. The internal cutter is known, with a chip breaker 1 installed on its body. The disadvantages of the known device are low cooling efficiency of the contact zone of the tool and part, as well as insufficient chip removal. . The purpose of the invention is to increase the efficiency of cooling and chip breaking. This goal is achieved by the fact that in the internal cooling collector, on the case of which a chip breaker is installed, a channel and a cavity are made in the chip breaker, which form a slit for supplying coolant to the cutting zone with the front surface of the cutter, electrodes inserted in the cutter are installed in the cavity that the electric discharge channel formed in the interelectrode gap is parallel to the external section of the slot. the width of which exceeds the interelectrode gap. FIG. 1 shows a cutter, a plan view; in fig. 2 is a view A of FIG. one; in fig. 3 is a view B in FIG. 2. Резец содержит корпус 1, на котором установлен стружколом 2, который образует с передней гранью резца полость 3 и щель 4 в непосредственной близости от режушей кромки 5. Стружколом 2 закреплен на корпусе 1 резца болтом 6. В полости 3 установлены электроды 7 и 8, один из которых изолирован от массы станка фторопластовой втулкой 9. Электроды соединены с источником 10 импульсных электрических разр дов. В верхней части стружколома 2 выполнен канал 11 дл  подвода СОЖ. Важной особенностью устройства  вл етс  то, что щирина щели 4 превыщает межэлектродный промежуток. Высота щели составл ет не менее 0,2 ширины. Пр ма , соедин юща  заостренные концы электродов, между которыми образуютс  электрические разр ды, параллельна передней поверхности резца и перпендикул рна потоку жидкости, проход тему через идель и, следовательно, параллельна наружному срезу щели. Резец работает следующим образом. СОЖ через канал 11 подаетс  в полость 3, откуда через щель 4 она попадает в зону В, образуемую стружкой, передней гранью резца н стружколо1мом. При. подаче на электроды 7 и 8 с определенной частотой кратковременных (пор дка дес тка микро-секунд импульсов высокого напр жени  от генератора, между электродами образуютс  электрические разр ды . Искровые разр ды создают в канале разр да высокотемпературную плазму с высоким давлением с последующим образованием ударной волны. Волна распростран етс  от канала разр да в виде зоны сжати  с крутым передним фронтом. Давление в канале разр да достигает пор дка тыс чи атмосфер . Учитыва , что канал разр да,  вл ющийс  линейным источником ударной волны, по размеру меньще щирины щели и расположен в непосредственной близости от зоны резани , а также благодар  тому, что фронт распространени  волны параллелен щели, обеспечиваютс  минимальные потери энергии при прохождении волны от источника до зоны резани . Таки.м образом, искровые разр ды обуславливают повыщенную приникающую способность СОЖ на контактирующие поверхности режущего инструмента и стружки, а также улучшенное стружкодробление. Дл  подтверждени  эффективности предлагаемого устройства были проведены технологические испытани . На токарно-винторезном станке модели 16К20 с бесступенчатым регулированием скорости главного движени  осуществл лось несвободное резание обрабатываемого материала - сталь 40 X, резцом из быстрорежущей стали марки Р18 со следующими геометрическими параметрами: главный задний угол о.8° вспомогательный задний угол передний угол У 0° главный угол в плане qi45° Бспо.адогательный угол в плане ср, 20° угол наклона главной режущей кромки А, 0°. Резание осуществл лось с подводом в зону резани  масл ной смазочно-охлаждающей жидкости марки И-5А. Генератором электрических разр дов была установка, состо ща  из регулируемого трансформатора , трансформатора напр жени  НОМ- 10-66, выпр мител , батареи конденсаторов К75-15-25 кВ 0,5 мкф и воздущного разр дника. Вли ние повыщени  внещнего давлени  СОЖ на проникающую способность жидкости оценивалось по изменению составл ющих сил резани . Изменение сил резани  фиксировалось универсальным динамометром модели УДМ-600 конструкции ВНИИ, комплект и схема соединени  которого соответствовали Инструкции по эксплуатации. Эксперимент проводилс  в следующем пор дке. Вначале производилось точение с подачей в зону резани  масла марки И-5А. Через несколько дес тков секунд точени  с СОЖ генерировались импульсные электрические разр ды емкостью 0,33 мкф и частотой 20 Гц при напр жении 15 кВ в течение 1 мин. При этом составл ющие силы резани  снижались и наблюдалось увеличение степени дроблени  стружки. После этого подача импульсных разр дов прекращалась и составл ющие силы резани постепенно повыщались до прежнего уровн . Таким образом, не прекраща  резание, несколько раз производилось включение и отключение источника импульсных электрических разр дов. Наблюдалось повтор емое снижение значений составл ющих сил резани  при действии разр дов. Анализ результатов испытаний показал, что импульсные электрические разр ды в СОЖ снижают значени  составл ющих сил резани  на 25-30% и способствуют улучшению стружкодроблению, а также повыщению эффективности охлаждени  зоны реза-ни . Формула изобретени  Сборный резец с внутренним охлаждением , на корпусе которого установлен стружколоматель , отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности охлаждени  и стружкодроблени , в стружколомателе выполнены канал и полость, образующие с передней гранью резца щель дл  подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резани , а в полости установлены введенные в резец электроды, расположенные таким образом, что образующийс  канал электрического разр да в межэлектродном промежутке параллелен наружному сечению щели , ширина которой превыщает межэлектродный промежуток. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 319389, кл. В 23 В 27/10, 1970.2. The cutter includes a housing 1, on which a chip breaker 2 is installed, which forms a cavity 3 with the front edge of the cutter and a slit 4 in the immediate vicinity of the edge of the edge 5. The chip breaker 2 is fixed to the cutter body 1 by a bolt 6. In cavity 3, electrodes 7 and 8 are installed one of which is isolated from the mass of the machine by a fluoroplastic sleeve 9. The electrodes are connected to a source of 10 pulsed electrical discharges. In the upper part of the chip breaker 2, a channel 11 is provided for supplying coolant. An important feature of the device is that the width of the slit 4 exceeds the interelectrode gap. The slit height is at least 0.2 of the width. A straight line connecting the pointed ends of the electrodes, between which electrical discharges are formed, is parallel to the front surface of the incisor and perpendicular to the fluid flow, passing the thread through the cylinder and, therefore, parallel to the external edge of the slit. The cutter works as follows. The coolant through the channel 11 is fed into the cavity 3, from where through the slit 4 it enters the zone B formed by the chips, the front edge of the cutter, with the chip collar. At. applied to electrodes 7 and 8 with a certain frequency of short duration (about ten microseconds of high voltage pulses from the generator, electrical discharges are generated between the electrodes. Sparks create a high pressure high temperature plasma in the discharge channel with the subsequent formation of a shock wave The wave propagates from the discharge channel in the form of a compression zone with a steep leading edge. The pressure in the discharge channel reaches about a thousand atmospheres. Considering that the discharge channel, which is a linear source This wave is smaller in size than the width of the slit and is located in the immediate vicinity of the cutting zone, and also due to the fact that the propagation front of the wave is parallel to the slit, provides minimal energy losses during the passage of the wave from the source to the cutting zone. cause the increased cooling capacity of the coolant to the contacting surfaces of the cutting tool and chips, as well as improved chip breaking. To confirm the effectiveness of the proposed device, technology was carried out RP G tests. On a 16K20 turning screw cutter with infinitely variable speed of main motion, non-free cutting of the material being processed was made - steel 40 X, with a cutter made from high-speed steel P18 with the following geometrical parameters: main clearance angle o.8 ° auxiliary clearance angle leading angle Y 0 ° the main angle in terms of qi45 ° is the predictive angle in terms of sr, 20 ° is the inclination angle of the main cutting edge A, 0 °. The cutting was carried out with the supply of an I-5A grade lubricating coolant to the cutting zone. The generator of electrical discharges was an installation consisting of an adjustable transformer, an NOM-10-66 voltage transformer, a rectifier, a capacitor bank K75-15-25 kV 0.5 microfarads, and a air discharge capacitor. The effect of an increase in external coolant pressure on the penetrating power of a fluid was evaluated by the change in the component cutting forces. The change in cutting forces was recorded by a universal dynamometer of the UDM-600 model of the VNII design, the set and connection scheme of which corresponded to the Operating Instructions. The experiment was carried out in the following order. Initially, turning was carried out with supply of I-5A oil to the cutting zone. After several tens of seconds of turning with coolant, pulsed electric discharges with a capacity of 0.33 microfarads and a frequency of 20 Hz were generated at a voltage of 15 kV for 1 min. In so doing, the component cutting forces decreased and an increase in the degree of chip fragmentation was observed. After that, the supply of pulse discharges was stopped and the component cutting forces gradually increased to the previous level. Thus, without stopping the cutting, several times the switching on and off of the source of pulsed electric bits was made. A repeated decrease in the values of the component cutting forces was observed under the action of the bits. An analysis of the test results showed that pulsed electrical discharges in coolant reduce the values of the component cutting forces by 25–30% and contribute to improved chip breaking, as well as an increase in the cooling efficiency of the cut zone. Claims of the Invention An internal cooling collector, with a chip breaker mounted on the casing, characterized in that, in order to increase the cooling and chip breaking efficiency, a channel and a cavity are formed in the chip breaker, which forms a slot with a front edge of the cutter for supplying coolant to the cutting zone, and in the cavity there are installed electrodes inserted into the cutter, arranged in such a way that the resulting electrical discharge channel in the interelectrode gap is parallel to the external section of the slot, the width which exceeds the interelectrode gap. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate No. 319389, cl. B 23 B 27/10, 1970.