Способ механической обработки

(51)5 В 23 В 1/ ЗОБРЕТ ЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Научно-исследовательский институт.конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им. Н,Э.Баумана(56) Патент США Мт 2983169. кл. В 24 В 1/00,опублик. 1961,Авторское свидетельство СССРМ 1558556,кл. В 21 В 1/00, 1988.(54) СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ(57) Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к способам механической обработки для получения оребреннойповерхности. Изобретение может быть использованопри изготовлении поверхностей.теплообмена, для подготовки под склеивание деталей и нанесение различных покры-. Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к способам механической обработки с получением оребренной поверхности на цилиндрических и плоских поверхностях, а также на поверхностях сложного профиля. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для увеличения поверхности теплообмена в теплообменниках конвективного типа, для увеличения поверхности парообразования и конденсации в испарительно-конденсационных устройствах, для подготовки поверхности под нанесение композиционного покрытия и др.Целью изобретения является повышение качества оребренных поверхностей путем управления их геометрическими параметрами,тий, при изготовлении фильтров и сит, для глубокого упрочнения поверхностей пластичных материалов. Цель изобретения - повышение качества оребренных поверхностей путем управления их геометрическими параметрами, Оребренную поверхность получают путем подрезания поверхностного слоя заготовки с образованием ребра, причем угол подрезания задают исходя из отношения толщины ребра к шагу оребрен-. ной поверхности, подачу инструмента назначают по заданной толщине ребра, а глубину внедрения инструмента - исходя из заданной высоты оребренной поверхности, Возможно получение канавок заданной, в том числе нулевой, толщины. Управление параметрами оребренной поверхности про- . изводят путем изменения. технологических режимов обработки. Способ является безотходным и реализуется на стандартном металлорежущем оборудовании. 4 ил,На фиг.1 изображена схема процесса формирования оребренной поверхности; на фиг.2 - инструмент для осуществления способа; на фиг,3 - расчетная схема выбора технологических параметров обработки для .нормально расположенных ребер; на фиг.4 - аналогичная расчетная схема для наклонных ребер.При движении инструмента 1 относительно заготовки 2 (фиг,1) в направлении вектора скорости Ч производят подрезание поверхностного слоя главной режущей кромкой 3 инструмента, отгибают подрезанный слой передней поверхностью 4 инструмента и изгибают подрезанный и отогнутый слой вспомогательной рабочей кромкой 5 инструмента 1. В результате пластической деформации по всему сечению подрезанного слдя в зонах А и Б (в области рабочихкромок инструмента) формируется ребро 6.На следующем проходе инструмента процесс повторяется, и после обработки на заготовке формируется оребренная 5поверхность 7. Способ осуществляется при .использовании инструмента, выполненногов виде резца и имеющего режущую кромку1 (фиг.2), которая производит подрезаниеповерхностного слоя заготовки, и вспомога- "0тельную рабочую кромку 2, на которой процесс резания отсутствует. Это делаетсущественными отличия заявляемого способа по сравнению с обычным резанием,при котором процесс резания осуществляется на обеих кромках йнструмента, а подрезанный слой заготовки отделяется в видестружки. Геометрия рабочей части инструмента для реализации способа позволяетОсуществлять процесс резания на главной 20режущей кромке, а на вспомогательной рабочей кромке - целенаправленное пластическое деформирование подрезанного иОтогнутого слоя,Для осуществления способа необходимо назначить такие технологические параметры (режимы) его реализации, прикоторых на заготовке будет получена оребренная поверхность с заданными геометрическими характеристиками. К таким 30. характеристикам относятся; толщина ребраэ, высота ребра К ширина канавки Ь, уголнаклона ребер р 1, шэг структуры, К технологическим параметрам реализации способа относятся. угол у подрезания 35поверхностного слоя заготовки, подача Я иглубина внедренияинструмента.Способ осуществляют следующим образом.Исходя из данного отношения ц толщины ребра э (рис.З) к шагу Я оребренной по- .верхности, угол подрезанияповерхностного слоя д назначают по зависимости р=агсв 1 п(ц/), где 4 - коэффициент искажения сечения ребра. Слой "5материала заготовки АДЕС (рис.З), находящийся между двумя последовательными положениями 1 и 2 инструмента, подрезаетсяпо линии АД под углом о к направлениюподачи Я, причем подача инструмента Я(мм/дв,ход при строгэнии, мм/об при течении) численно равна шагу (периоду) оребренной поверхности, Из прямоугольного треугольника АВС следует, что толщина подрезанного слоя а = Я зи р. Подрезанный слой АДЕС, оставаясь прикрепленным к заготовке в зоне ДЕ (зто условие обеспечивается геометрией инструмента), перемещается по передней поверхности 3 и, без учета пластической деформации, занимает положение А 1 ДЕС 1, В реальном процессе происходит искажение сечения ребра - вследствие пластической деформации ребро становится, как правило, ниже и толще ожидаемого, т.е, занимает положение А 2 ДЕС 2Этот процесс аналогичен усадке стружи при обычном резании, но, вследствие запрета усадки подрезанного слоя по его длине (ребро остается прикрепленным к заготовке по всей своей длине), происходит его усадка по высоте с соответствующим изменением толщины ребра, Это обстоятельство учитывается коэффициентом искажения формы ребра ф, который, численно равен отношению высоты полученного ребра А 2 Д к ожидаемому А 1 Д=АД, Значение коэффициентазависит в основном от свойств обрабатываемого материала и определяется экспериментально. С учетом коэффициентаследуетаЯ = Я . Ып р, и. учитывая. что ц = а/Я, назначают угол подрезания р= агсзп (цЯ,После однозначного выбора угла подрезания р и исходя из заданной толщины ребра э назначают подачу Я=аЯ, зо р, что также определяется при рассмотрении треугольника АВС (фиг.З), причем назначение угла подрезания р и подачи инструмента Я не зависит от высоты оребренной поверхности и и угла наклона ребра р 1, так как от этих параметров не зависит толщина ребра а.Глубину внедренйя 1 инструмейта назначают исходя из заданной вь 1 соты и оребренной поверхности с учетом требуемого угла наклона ребер р 1, На фиг.4 представлена наиболее общая схема формирования оребренной поверхности, когда сформированное ребро устанавливается под углом р 1, который задается вспомогательной рабочей кромкой инструмента, Подрезанный слой из положения А устанавливается в положение В, его изгибная деформация происходит относительно точки О, располокенной в срединной плоскости ребра, при этом с достаточной степенью точности следует ОК=т/зи р. После формирования ребра В отрезок ОК занимает положение ОК 1, Высота оребренной поверхности й = ОК 1 з 1 п р 1 + +ЬЬ или Ь -т зи8 и р+ Ьи, Из рассмотрения прямоугольного треугольника М 1 РК 1, с учетом равенства МК=МК 1=Я/2(К 1 М 1 Г=180-(уж/1) величина Ь = т (Р+Р 1).Я Общая высота оребренной поверхности и=т зп 1 Я1798036ропласт, полиэтилен, капрон и др.) с тонко- рами: высота оребрения - до 0,1 до 8,0 мм, стью очистки от 5 до 100 мкм, а также метал- ширина. канавок - от 0 до 3,0 мм, шаг о еблических сит для сепарации твердых частиц. рен ной поверхности - К от 0,1 до 5,0 мм. Приребренные поверхности с шириной кана- последовательной реализации способа ввок от 10 до 100 мкм могут быть использова двух взаимно перпендикулярных направлен ы в качестве ка пилля рно-пористых ниях получают не оребренные, а штырькоструктуртвпловыхтруб. Призаданной нуле- вые поверхности с более развитой .вой или отрицательной ширине канавок, в поверхностью и улучшенными теплообменпроцессе реализации способа происходит ными характеристиками.упрочнение поверхности на глубину до 5 10 Формула изобретения мм, так как оребренная структура обладает Способ механической обработки, заольшей твердостью (вследствие деформа- ключающийся в подрезании поверхностно ции материала ребер), чем материал заго- го слоя заготовки главной режущей кромкойтовки, Способ обеспечивает возможность инструмента, отгибке подрезанного слоя управления параметрами оребренных по передней поверхностью инструмента и изверхностей в широких пределах. Уменьше- гибе подрезанного и отогнутого слоя вспоние ширины канавок не приводит к могательной рабочей кромкой, отл ича юусложнениюспособаи конструкцииинстру- щ и й с я тем, что, с целью повышения ментадляегореализации. Способобработ- качества оребренных поверхностей, угол ки является безотходным и может быть 20 подрезания поверхностного слоя рназнаосвоен в условиях любого производства, чают по Формуле: р- агсз 1 п (ц/Я, где ц - обо ование. тимеющего стандартное металлорежущее заданноеотношениетолщинь р бе раакшаруд и, Отдельные типоразмеры гу (периоду) оребренной поверхности, ф -оребренных поверхностей могут быть изго- экспериментальный коэффициент искажечения ре ра, лежащий в диапазонетовлены только при использовании заявля ния сечения ребра, леемого способа. Производительность 0,9 - 1,1, подачу инструмента 3 назначают способа определяется скоростью обработ- по формуле 3 = а/ф з 1 п р б ки, кото ая выби тМр бирается равнои скорости ре- рения т, инструмента назначают по формулезания соответствующих обрабатываемых яматариалоана маталлорахгущих станках, 3 л т ьа 2 агл (Рг-озг ) - т - -, гда ь - заданСп обпособ позволяет получать на пластич- ная высота ор бзи р 1ри лах оре ренные поверхности заданный угол наклона ребер.со следующими геометрическими параметэффициента искажения сечения ребра ф, назначают глубину внедрения инструмента по зависимости2 з 1 п гр+р 1 - ,Д-,Для оребренной поверхности с нормально расположенными ребрами (р =90) зависимость для выбора глубины внедрения инструмента упрощается: 1 = (иф х 10л х - соз р) зи р. Я2 Таким образом, однозначно выбраннаясовокупность технологических параметров(режимов) реализации способа позволяет 15 20 получить оребренную поверхность с заданными геометрическими характеристиками, причем управление этими характеристиками производится путем варьирования режимами обработки,Другой целью настоящего изобретения является получение канавок заданной (в том числе нулевой) ширины, Задача получения узких, глубоких канавок (например, шириной до 10 мкм и глубиной несколько миллиметров) практически не может быть решена традиционными методами механической 25 обработки. Поставленная цель достигается тем. что угол подрезания поверхностного слоя гр выбирают из соотношения р = згсзи 30зи( ( 1 + Ь а 1, где Р - заданный Угол наклона ребер; Ь - заданная ширина канавок; а -заданная толщина ребер;- коэффициентискажения сечения ребра. Рассматриваяпрямоугольный треугольник ЕОН (фиг.4),а+Ьполучаем: зи р =Я= (а + Ь ) зи гр ф - , откуда после преоб. аразований получаем зависимость для выбози гра угла подрезания гр= агсзи 1 Ь т,1+ЬгаДля лучшего понимания данного изобретения приводятся примеры конкретноговыполнения способа,П р и м е р 1. Для плоского теплообменника заданы следующие параметры плоской оребренной поверхности; толщинаребра а = 1 мм, высота оребрения Ь = 4,5 мм,угол наклона ребер = 900, шаг оребрения Я= 2 мм, Обрабатываемый материал - медьМ 06. Зкспериментально определенный коэффициент искажения сечения ребра,0,95, Для реализации способа по зависимостям, приведейным в формуле изобретения,были назначены следующие параметры обработки." угол подрезания поверхностногослоя р= 31,80, подача Я = 2 мм-дв, ход,глубина внедрения инструмента 1 = 1,81 мм, Обработка производилась на поперечнострогальном станке марки 7 Е 35, инструмент из быстрорежущей стали Р 6 М 5, Скорость перемещения инструмента составляло 0,6 м/с. В результате осуществления способа на поверхности заготовки получена оребренная поверхность с геометрическими параметрами, отличающимися не более, чем на 6% от заданных, Время обработки при размерах заготовки 100 х 300 мм составило 2,5 мин.П р и м е р 2. Для подготовки поверхности под склеивание заданы следующие геометрические параметры цилиндрической оребренной поверхности: а = 0,12 мм, Ь = =0,28 мм, Я = 0,22 мм, гр 1 = 84. Обрабатываемый материал - коррозионностойкая сталь 12 Х 18 Н 10 Т, Коэффициентф=0,92, Назначены следующие параметры обработки: р= =36,4; Я = 0,22 мм; 1 = 0,097 мм. Обработка производится на токарно-винторезном станке марки 16 К 20. Скорость обработки составляла 0,7 м/с, применялся инструмент для твердого сплава ВК 8. После осуществления способа получена оребренная поверхность с заданными геометрическими параметрами с точностью до 0,02 мм, Время обработки заготовки диаметром 100 мм и длиной 100 мм оставило 3,45 мин.П р и м е р 3, Для просеивания твердых частиц требуется изготовить сито из титанового сплав с шириной канавки 0,02 мм, с толщиной ребра 0,3 мм при наклонеребер 45. В соответствии с п.2, формулы изобретения, угол подрезания поверхностного слоя заготовки выбираем= 37,1 при коэффициенте ф = 1,1, Обработка проводилась на токарном станке, при этом обрабатывался торец заготовки(нарезалась винтовая канавка на торце). Применялся инструмент из твердого сплава ВК 6 М. После осуществления способа измеренная ширина канавки составила 0,019 мм, Время обработки при диаметре заготовки 100 мм составило 3,2 мин.Способ может быть реализован при изготовлении теплообменных поверхностей, в том числе оребрения труб теплообменных аппаратов, радиаторов радиоэлектронных приборов, Способ используется для увеличения адгезионной способности склеиваемых поверхностей, а также для подготовки пад нанесение покрытий различного функционального назначения (фрикционных, антифрикционных, электроконтактных и др.), Оребренные поверхности с заданной шириной канавок применимы для изготовления фильтров из полимерных материалов (фта1798036 Редакто Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 3 735ВНИИА Фиг. 4.оставитель В. Влодавскийехред М,Моргентал Корректор М, Керецман Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5