Инструмент для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока

(я)5 В 23 В 27/00 РЕТЕН ЛЬСТВУ дерй 4 щий лектмент 4 дилиру- резаНию го 1 ф ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ КОМБИНИРОНОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕПАРАЛЛ ЕЛ ЬН Ы М ВОЗДЕЙСТВЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА(57) Использование; в режущих инстртах для комбинированной обработк 1779467 А 1 лектрических материалов. Инструмен держит державку 1 и рабочую часть. с жащую режущие элементы 2 и 3 и с диэлектрика. электрически изолиру зти элементы один от другого. Режущи мент 2 изолирован от державки 1 ди рической прокладкой 5, а режущий эл 3 диэлектрической прокладкой 6. Слой электрика выполнен в форме клина, су щегося в направлении к ле инструмента, и его ребро 7 совпадает вием. Рабочие элементы 2 и 3 подключ источнику переменного или постоянно пряжения. 1 ил 1 табл.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 композиционные материалы, наполнителем в которых являются органические волокна полимерного происхождения.Обработка резанием этих материалов традиционными инструментами связана с чрезвычайно 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 по 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 обработку только электропроводных материалов.Ближайшим к заявляемому техническим решением является инструмент для комбинированной обработки резанием с 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 возможности комбинированной обработки диэлектрических материалов.Поставленная цель достигается тем, что в инструменте 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, слой диэлектрика, разделяющий инструменты на электрически изолированные части, изготовлен из инструментального материала, пробойное напрякение 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,Итрумент содеркит державку 1 и рабочую - эсть, содержащую режушие элементы 2 и д 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 прокладкой5 10 15 20 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 стекловолокно, 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.Во-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. Вэтом 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,а 1, р, р,А, г ). По геометрическим параметрам определяют исходный радиус округления режущей кромки инструмента после заточки, Из условия обеспечения нормальной работы инст 25 30 35 40 45 50 55 румента принимают. что радиус округления режущей кромки р формируется диэлектрическим слоем. Поэтому начальную величину диэлектрического клина определяют из соотношения ь = 2 р, а длину обрабатываемого материала с диэлектрическим клином по зави"имости 1= л/2 тн.Исходя из этого, электрическая дуга на границе обрабатываемый матеоиал - диэлектрический клин возникает при условии, что пробивное напряжение материала клина в д/2 раз больше пробивного напряжения обрабатываемого материала Оо. 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 1 к его величину определяют из соотношения1 мОомТк , мкм,О ос.где 1 к - конечная толщина клина, мкм; тн - начальная толщина клина, мкм; Оом - пробивное напряжение обрабатываемого материала, Вмкм;Оос - пробивное напряжение окружэющей среды, Вгмкм,П р и м е р. Произведем расчет резца для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока для точения стеклотекстолита СТ на станке мод.М 81 П 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.ЗД 642 Е алмазными кругами, Силу резания определяли универсальным динамометром конструкции ВНИИ-ДУМ, Шероховатость обработанной поверхности измеряли на двойном оптическом микроскопе МИС. Радиус округления главной режущей кромки р измеряли нэ профилографе мод,201, а величину износа по задней поверхности на инсгрументальном микроскопе БМИнепосредственно на вершине резца. В качестве источника электоического питания использовался силовой трансформатор. подключенный к автотрансформатору, Регулирование напряжения осуществлялось с помощью автотрансформатора, вклю- ченного в электрическую сеть, Пробивное напряжение для стеклотекстолита составляет Оон = 10 В/мкм, а окружающей среды1779467 Продолжительность точения, т, мин Износ задней поверхностипз,мм ШероховатостьобработаннойповерхностиВ, мкм Составляющиесилы езания,Н Ра Ру Рх230 190 170 25 0,16 290 К 8 с вве- ического 170 145 12(воздуха) Оос = 3,2 В/мкм (Таблица физических величин - Справочник. М.: Атомиздат, 1976, с,321-329).Из,соотношения О = л/2.ОО определяем, что диэлектрический клин должен 5 быть изготовлен иэ материала с пробивным напряжением Ол16 В/мкм. Этому условно удовлетворяет инструментальная керамика из материала А 20 з (О,Уаиэтт и Д, Дью-Хьюз, Металлы, керамики, полиме ры. М.: Лтомиэдат, 1979, с,233), для которого О= 20-25 В/мкм, Из справочника Штучный Б,П. Механическая обработка пластмасс, М.: 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;а =а =25; р=45 ф=15; =0 мм. 20Из 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 тн = 12 мкм, а конечная т = =38 мкм. Расчетное пробивное напряжение на границе диэлектрический клин - обрабатываемый материал в момент врезания резца в обрабатываемый материал составит Ор = 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 ВК 8 и резца ВК 8+ А 20 з + ВК 8 для комбинированной обработки резанием и параллельным воздействием электрического тока, Режим резания был выбран одинаковый для всех резцов: скорость У=2 м/с; подача Я = 0.21 мм/обглубина 1=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, о т л и ч а ю щ и й с я 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.