СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНЫ ИНСТРУМЕНТА

Полезная модель относятся к обработке металлов инструментом с внутренним охлаждением режущей пластины.
При обработке труднообрабатываемых металлов из-за интенсивного тепловыделения и существенного нагрева в контактной зоне происходит износ рабочих поверхностей режущей пластины, что существенно снижает ее ресурс, ухудшает шероховатость обработанной поверхности и увеличивает трудоемкость обработки вследствие уменьшения скорости резания.
Для уменьшения износа режущей пластины инструмента, обеспечения требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности и увеличения производительности процессов применяют смазочно-охлаждающее технологическое средство (СОТС), которое отводит тепло путем как наружного полива, так и внутреннего охлаждения режущей пластины инструмента.
Известен режущий инструмент, содержащий корпус с режущим элементом, каналом подвода охлаждающего агента, а также с центральными и периферийными каналами для его отвода, отношение площади поперечного сечения каждого периферийного канала к площади поперечного сечения центрального канала выбрано в пределах 1,3…1,4 (авторское свидетельство №1816651).
Недостатком конструкции является то, что охлаждающий агент (воздух) имеет температуру окружающей среды и низкую теплоемкость. Это снижает интенсивность отвода тепла и ограничивает минимальную температуру режущей пластины.
Известно устройство для управления охлаждением резца с установленным в нем термоэлементом, содержащее последовательно соединенные термопару, установленную с возможностью измерения температуры в режущей части резца, нечеткий контроллер и управляемый генератор постоянного тока, соединенный с термоэлементом, выполненным в виде элемента Пельтье, блок активного контроля, состоящий из датчика скорости резания, датчика подачи резца и датчика силы тока, подаваемого на упомянутый термоэлемент, при этом второй вход нечеткого контроллера соединен с выходом блока активного контроля (патент №2586189).
Недостатками устройства является то, что габаритные размеры державки резца не позволяют использовать мощные элементы Пельтье, что существенно ограничивает возможности охлаждения режущей пластины инструмента. Большое количество токопроводов, подключенных к резцу делает невозможной его автоматическую замену.
Наиболее близким является выглаживающий инструмент с модулем охлаждения, содержащий корпус, в который ввинчена втулка с установленными в ней индентором с резиновой втулкой, пружиной и резиновым уплотнением, снабжен трубкой подачи охлажденного жидкого теплоносителя для подачи жидкого теплоносителя в полость индентора и трубкой отвода нагретого жидкого теплоносителя, которые через штуцеры соединены с модулем охлаждения, состоящим из насоса, откачивающего нагретый жидкий теплоноситель, двух теплообменников и термоэлектрических преобразователей, расположенных между теплообменниками и скрепленных между собой, причем трубка для подачи охлажденного жидкого теплоносителя и трубка для отвода нагретого жидкого теплоносителя соединены с первым теплообменником, а второй теплообменник соединен с системой подачи СОТС станка (патент RU №150111 U1).
Недостатком является недостаточное охлаждение инструмента из-за отсутствия теплоизоляции между охлаждаемым жидким теплоносителем и инструментом. Постоянное соединение трубок с жидким теплоносителем и инструментом затрудняет смену инструмента.
Для повышения эффективности охлаждения режущей пластины инструмента при изготовлении деталей из труднообрабатываемых материалов, уменьшения износа, обеспечения требуемого качества обрабатываемой поверхности, предлагается система охлаждения режущей пластины инструмента, которая содержит трубопроводы для подвода охлажденного жидкого теплоносителя и отвода нагретого жидкого теплоносителя, насос, два теплообменника, соединенные с термоэлетрическими преобразователями. Система содержит быстросъемные теплоизолированные шланги, соединенные фитингами с теплоизолированными каналами в инструменте и теплоизолированными трубопроводами, соединенными с теплообменником с охлаждаемым жидким теплоносителем, второй теплообменник выполнен в виде радиатора и помещен в бак с СОТС станка, в котором расположена лопастная мешалка, теплообменник с охлаждаемым жидким теплоносителем соединен с расширительным баком.
Новые признаки системы охлаждения повышают эффективность охлаждения материала режущей пластины инструмента в зоне контакта за счет значительного снижения температуры жидкого теплоносителя на поверхности соприкосновения с режущей пластиной или увеличения объема прокачиваемого жидкого теплоносителя. Быстросъемные теплоизолированные шланги, соединяющие инструмент с системой охлаждения, позволяют оперативно производить смену инструмента (например, резец на выглаживатель для выполнения операции выглаживания) на другой инструмент, имеющий фитинги для соединения с системой охлаждения и каналы для подвода и отвода жидкого теплоносителя.
Система охлаждения режущей пластины инструмента является стационарной, встроенной в станок. Обладает минимальными габаритами (не занимает место около станка). Использование бака с СОТС станка для охлаждения радиатора позволяет уменьшить размеры теплообменника.
На фиг. 1 изображена система охлаждения режущей пластины инструмента.
Система охлаждения режущей пластины инструмента 1 для обработки металла содержит быстросъемные теплоизолированные шланги 3, соединенные фитингами 2 с теплоизоляционным трубопроводом 4, подводящим охлажденный жидкий теплоноситель и теплоизоляционным трубопроводом 5, отводящим нагретый жидкий теплоноситель, насос 6, установленный на теплоизоляционном трубопроводе 4; теплообменник 7 с жидким теплоносителем, вторая часть которого выполнена в виде радиатора 8, соединен с термоэлектрическими преобразователи (Пельтье) 9 (например болтами); расширительный бак 10, лопастную мешалку 11. Вторая часть теплообменника 8 установлена в баке 12 с СОТС станка. Лопастная мешалка 11 установлена в баке 12 с СОТС станка под радиатором для повышения эффективности охлаждения. Расширительный бак 10 предназначен для компенсации изменений объема жидкого теплоносителя при его нагреве или охлаждении и для заправки системы охлаждения жидким теплоносителем через закрываемое отверстие в крышке бака. Державка инструмента 1 содержит режущую пластину 13, закрепленную на корпусе инструмента держателем (на фиг. не показан), теплоизолированный канал 14 для подвода охлажденного жидкого теплоносителя под режущую пластину 13 и теплоизолированный канал 15 для отвода нагретого жидкого теплоносителя в теплообменник 7.
Работает система охлаждения режущей пластины инструмента следующим образом.
Устанавливают заготовку детали 16 из стали 20X13 с наплавленной поверхностью из нержавеющей стали 20X13 с твердостью 43HRC в токарно-фрезерном центре MULTUSB300W, к инструменту 1 быстроразъемными фитингами 2 крепят быстросъемные теплоизолированные шланги 3, закрепляют их на теплоизолированных трубопроводах 4 и 5. Радиатор 8 теплообменника 7, соединенного с термоэлектрическими преобразователями (Пельтье) 9, устанавлен в баке 12 с СОТС токарно-фрезерного центра таким образом, чтобы радиатор 8 был погружен в СОТС бака 12. Подают питание на термоэлектрические преобразователи (Пельтье) 9, насос 6 закачивает охлажденный жидкий теплоноситель в канал 14 для подвода охлажденного жидкого теплоносителя к поверхности режущей пластины 13. Включают токарно-фрезерный центр. Инструмент 1 подводят к заготовке 16, сообщают инструменту 1 и заготовке 16 движения в соответствии с заданными параметрами режима обработки. Скорость 300 м/мин, подача 0,3 мм/об., параметры процесса задавались программно. Нагретый жидкий теплоноситель (низкозамерзающая смесь воды и спирта в пропорции 1:1) возвращается по каналу 15 в теплообменник 7, охлаждается термоэлектрическими преобразователями (Пельтье) 9, который охлаждается радиатором 8.
В результате обработки сформирована поверхность Ra=0,6 мкм. Охлаждение рабочей поверхности режущей пластины RNMN120400S 02020 CBN600 фирмы Seko инструмента до +5°С позволяет снизить износ инструмента и повысить производительность процесса на 25% за счет повышения скорости резания и эффективного охлаждения режущей пластины в зоне контакта, обеспечить уменьшение шероховатости поверхности, сократить расход СОТС и увеличить срок службы инструмента в 1,5 раза.