РЕГУЛИРУЕМАЯ ФОРСУНКА
ADJUSTABLE NOZZLE

Изобретение относится к механической обработке материалов с охлаждением, в частности к механической обработке взрывчатых веществ (ВВ) с охлаждением при утилизации боеприпасов.
В настоящее время механическая обработка зарядов ВВ широко применяется как при изготовлении новых изделий военного и гражданского назначения, так и при извлечении ВВ из корпусов утилизируемых боеприпасов. При проведении механической обработки ВВ необходимо учитывать возможность воспламенения и детонации обрабатываемого материала при воздействии на него режущим инструментом. При анализе процесса резания ВВ наибольшее внимание уделяют распределению температуры по объему стружки, так как она находится в большем по времени контакте с режущим инструментом, а следовательно, и больше нагревается. Наиболее нагретой оказывается поверхность стружки, прилегающая к передней поверхности режущего инструмента, и с точки зрения обеспечения безопасности процесса резания, необходимо, чтобы температура на ней не превышала температуру воспламенения обрабатываемого материала. В связи с этим актуальной является задача разработки устройства для подачи жидкости, охлаждающей режущий инструмент и стружку в процессе обработки ВВ резанием и обеспечивающей гарантированное отсутствие возникновения не только детонации, но и заметного разложения ВВ.
При механической обработке ВВ необходимо учитывать наличие процессов, которые отсутствуют при проведении механической обработки инертных материалов. В первую очередь это относится к учету экзотермических реакций, которые могут возникнуть в наиболее прогретых слоях стружки и заготовки из ВВ и привести к их воспламенению или даже детонации. Эти обстоятельства являются решающими при разработке конструкции устройства для подачи охлаждающей жидкости, при назначении режимов резания. Данная конструкция должна обеспечивать не только охлаждение и смазку, но и способствовать слому стружки, при котором уменьшается время ее контакта с передней поверхностью режущего инструмента, через которую происходит ее основной нагрев.
6
Известна регулируемая форсунка (а.с №1764793, МПК B22D 11/124 от 30.09.1992 г., бюл. №36), состоящая из цилиндрического корпуса с каналом для подачи охлаждающей жидкости с рабочей полостью, втулки с прорезью и запорного элемента. Прорезь во втулке образована пересечением двух плоскостей, одна из которых перпендикулярна оси втулки, а другая расположена под углом к ней и сообщена с рабочей полостью форсунки. Рабочая полость образована торцами корпуса, запорного элемента и стенками втулки, при этом корпус и запорный элемент установлены с возможностью осевого перемещения во втулке относительно друг друга.
Недостатками данного изобретения является сложность конструкции, а также трудоемкость настройки на различные режимы охлаждения в процессе эксплуатации.
6
Эти недостатки в значительной степени устранены в регулируемой форсунке (а.с №2067912, МПК B22D 11/124 от 20.10.1996 г.), содержащей корпус с каналом для подачи охлаждающей среды и вставку, соосно установленную в корпусе с возможностью перемещения и образующую с его донной частью сопло, вставка выполнена составной в виде двух сопряженных вкладышей, один из которых подвижно установлен в корпусе и соединен с приводом его перемещения относительно неподвижного вкладыша, при этом канал для подачи охлаждающей среды примыкает к образованному поверхностями сопряженных вкладышей раздвижному соплу с профилированной внутренней поверхностью, форма и площадь выходного сечения которого изменяется при относительном осевом смещении вкладышей. Кроме того, раздвижное сопло форсунки может быть выполнено щелевым, или в виде группы профилированных отверстий, расположенных, по крайней мере, на сопрягаемой поверхности одного из вкладышей.
Недостатком данного изобретения является сложность конструкции, невозможность использования при механической обработке материалов, а также наличие дополнительного привода для перемещения одного из вкладышей.
Технической задачей, решаемой в настоящем изобретении, является повышение безопасности работ при механической обработке ВВ резанием путем снижения температуры стружки подачей в зону резания струи охлаждающей жидкости оптимальной формы с давлением, приводящим к слому и уносу стружки.
Поставленная техническая задача в изобретении решается следующим образом. Регулируемая форсунка содержит корпус в виде полого цилиндра с каналом для подачи охлаждающей среды и соосно установленную сборную вставку с соплом с регулируемым выходным сечением. Вставка с соплом содержит входную полую цилиндрическую часть, переходящую в конфузор с прорезью, на выходе которого закреплены две параллельные пластины, при этом в прорези конфузора и в зазоре между параллельными пластинами размещены лепестки регулятора расхода, выполненного в виде цанги с посадочной цилиндрической поверхностью, закрепленной (например, с помощью винтов) на входной цилиндрической части, переходящей в конфузор, и загерметизированной уплотнительным кольцом. При этом выходное отверстие корпуса имеет коническую поверхность с возможностью изменения положения лепестков регулятора расхода.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция регулируемой форсунки в изометрии, на фиг.2 - общий вид конструкции, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2, на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2, на фиг.5 - сечения смазочного слоя, на фиг.6 - последовательность сборки конструкции.
Регулируемая форсунка состоит из корпуса 1 в виде полого цилиндра с каналом для подачи охлаждающей среды и соосно установленную сборную вставку с соплом с регулируемым выходным сечением. Вставка с соплом содержит входную полую цилиндрическую часть, переходящую в конфузор 2 с прорезью, на выходе которого закреплены две параллельные пластины. В прорези конфузора 2 и в зазоре между параллельными пластинами размещены лепестки регулятора расхода 3, выполненного в виде цанги с посадочной цилиндрической поверхностью, закрепленной (например, с помощью винтов 4) на входной цилиндрической части, переходящей в конфузор 2, и загерметизированной уплотнительным кольцом 5. Выходное отверстие корпуса 1 имеет коническую поверхность с возможностью изменения положения лепестков регулятора расхода 3 за счет осевого перемещения корпуса 1 по резьбе цилиндрической поверхности регулятора расхода 3.
Принцип работы регулируемой форсунки, с учетом вышеприведенного описания, заключается в следующем. Охлаждающая жидкость из специальной емкости для хранения насосом под давлением подается в трубопровод, на выходе которого для формирования струи и уменьшения ее разбрызгивания установлена регулируемая форсунка. Жидкость из трубопровода, проходя через входную цилиндрическую часть, переходящую в конфузор 2, ускоряется и попадает в плоское прямоугольное выходное сечение, образованное двумя параллельными пластинами, закрепленными на выходе конфузора 2, и лепестками регулятора расхода 3. Плоская струя, образованная прямоугольным выходным сечением, имеет меньший эффект размывания, по сравнению с круглой струей, что обеспечивает меньшее падение значения скорости вдоль ее оси, обеспечивая при этом скоростной напор, достаточный для слома стружки. Из регулируемой форсунки охлаждающая жидкость под давлением подается струей на режущий инструмент и стружку. Конструкцией данной регулируемой форсунки предусмотрено изменение ширины выходного сечения, которое выбирается в зависимости от ширины образующейся стружки для конкретного случая обработки. Давление подачи струи жидкости выбирается таким, чтобы оно приводило к слому и уносу образующейся стружки, длина которой при этом определяется по зависимости:
где [σ] - предел прочности обрабатываемого материала на сжатие, а - толщина срезаемого слоя, b - ширина среза, F - сила давления струи, определяемая как:
,
i
где dx - шаг по оси х, b - ширина среза, p - давление в i-том сечении смазочного слоя (см. фиг.5), определяемое как:
m
где h - толщина смазочного слоя, h - толщина смазочного слоя в том месте, где давление достигает максимума, η - динамическая вязкость охлаждающей жидкости, V - скорость относительного движения друг от друга поверхностей, разделенных смазочным слоем (в нашем случае - скорость резания).
При этом давление в первом сечении смазочного слоя определится как:
где u - скорость струи в первом сечении смазочного слоя, определяемая как:
0
где u - скорость струи в выходном сечении (), Р - давление подачи струи, X - расстояние от среза выходного сечения до передней поверхности резца  А - константа (для плоской струи А≈0,1), В - полутолщина выходного сечения.
При накручивании на цилиндрическую поверхность регулятора расхода 3 корпуса 1 происходит его осевое перемещение, в результате которого обжимаются концы лепестков регулятора расхода 3, что приводит к изменению ширины выходного сечения, образованного двумя параллельными пластинами, закрепленными на выходе конфузора 2, и лепестками регулятора расхода 3.
Последовательность сборки конструкции (см. фиг.5) следующая: на входную цилиндрическую часть, переходящую в конфузор 2, устанавливается уплотнительное кольцо 5; затем на входную цилиндрическую часть устанавливается посадочная цилиндрическая поверхность регулятора расхода 3 так, чтобы его лепестки вошли в прорези конфузора и в зазор между параллельными пластинами, после чего регулятор расхода 3 крепится к входной цилиндрической части, например, с помощью четырех винтов 4; последний этап - на цилиндрическую поверхность регулятора расхода 3 накручивается корпус 1.
Преимущество предложенной конструкции регулируемой форсунки заключается в возможности проведения механической обработки ВВ при различных параметрах режимов резания с гарантированным сломом стружки, а изменение площади выходного сечения сопла позволяет снизить расход охлаждающей жидкости, необходимой для конкретного случая обработки. Снижение температуры стружки осуществляется как за счет ее охлаждения, так и за счет слома, что уменьшает время ее контакта с передней поверхностью режущего инструмента, через которую происходит основной нагрев. Снижение температуры стружки уменьшает вероятность возникновения экзотермических реакций, которые протекают в наиболее прогретых слоях стружки и могут привести к ее воспламенению или даже детонации.
Данная конструкция регулируемой форсунки была изготовлена и прошла испытания на базе заявителя с положительными результатами при утилизации боеприпасов.