УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ПЛОСКОМ ПЕРИФЕРИЙНОМ ШЛИФОВАНИИ
DEVICE FOR SUPPLY OF LUBRICANT-COOLANT DURING FLAT PERIPHERAL GRINDING

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться для плоского периферийного шлифования металлов, сплавов с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).
Известно устройство для подачи СОЖ (см., например, А.С. СССР №1034885, МПК B24B 55/02 «Сборный абразивный круг»), в котором выполнены внутренняя полость и отверстия для подачи СОЖ в зону резания, а также закрепленные на торцах корпуса крышки. Для обеспечения высокой эффективности действия СОЖ абразивный круг снабжен пластинами и двумя коническими крышками, установленными с возможностью осевого перемещения для подвода СОЖ, при этом поверхности конических крышек образуют второй канал для подвода другой СОЖ, например, машинного масла. Устройство позволяет подавать в зону резания две разнородные СОЖ: водную эмульсию и машинное масло. Водная эмульсия обеспечивает интенсивное охлаждающее действие зоны резания, а машинное масло существенно уменьшает коэффициент трения абразивных режущих зерен о металл обрабатываемой заготовки.
Недостатком устройства по А.С. №1034885 является низкая эффективность действия СОЖ в процессе плоского периферийного шлифования заготовок, что обусловлено отсутствием материальной ограничивающей зоны, например, в виде цилиндрического отверстия заготовки, устраняющего бесполезное разбрызгивание СОЖ в воздушное пространство, окружающее инструмент.
Известно также устройство (прототип) для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания (см. А.С. СССР №1252148, МПК B24B 55/02 «Устройство для подачи СОЖ в зону резания через поры абразивного круга»), содержащее приемную полость, соединенную с источником СОЖ и рядами радиальных отверстий, выполненных на наружной поверхности корпуса. Для повышения эффективности охлаждения при работе прерывистыми шлифовальными кругами приемная полость выполнена в виде отдельных камер, каждая из которых соединена с индивидуальным источником СОЖ.
Устройство обеспечивает высокую эффективность действия СОЖ в процессе круглого внутреннего шлифования деталей, при котором выходящая из вращающегося инструмента СОЖ направляется непосредственно на обрабатываемую цилиндрическую поверхность отверстия, интенсивно осуществляя моющее, охлаждающее и смазочное ее действие.
Недостатком устройства по А.С. №1252148 является низкая эффективность действия СОЖ при плоском периферийном шлифовании, широко применяемом в различных отраслях промышленности. Этот недостаток обусловлен тем, что при плоском периферийном шлифовании нет цилиндрического отверстия у обрабатываемой заготовки, поэтому СОЖ, выходящая из вращающегося шлифовального круга, распыляется в виде солнечного веера по всей окружности инструмента, не обеспечивая высокой эффективности ее действия в зоне резания.
Технический эффект, который достигается предложенным устройством, - повышение эффективности действия СОЖ при плоском периферийном шлифовании.
Указанный технический эффект достигается тем, что крышки жестко установлены на наружные цилиндрические поверхности левого и правого фланца крепления шлифовального круга, радиальные лопасти каждой крышки упираются в торец фланца, а трубопроводы для подачи СОЖ выполнены в виде полуцилиндров, обращенных к обрабатываемой заготовке. Технический эффект достигается тем, что на передней и задней стенках защитного кожуха закреплены пластины, образующие с торцами шлифовального круга полости, сужающиеся в направлении вектора скорости резания в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Профиль верхней стенки пластин, обращенный к радиальным отверстиям крышек, выполнен в виде дуги окружности, длина которой равна расстоянию от правой стенки защитного кожуха до точки выхода шлифовального круга из контакта с заготовкой. В верхней стенке каждой пластины выполнен продольный паз протяженностью от стенки кожуха до начальной точки дуги контакта круга с заготовкой.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлено устройство для подачи смазочно-охлаждающей жидкости с шлифовальным кругом, установленным на шпинделе плоскошлифовального станка; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 1 с эпюрами давления жидкости; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - увеличенное изображение I зоны резания на фиг. 2; на фиг. 6 - эпюра давления СОЖ в центральном гидродинамическом клине.
Устройство для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) состоит из крышек 1 и 2 (фиг. 1), выполненных из легкого материала, например, пластмассы. Крышки 1 и 2 установлены с натягом соответственно на левом 3 и правом 4 фланцах, в которых закреплен шлифовальный круг 5 с дискретной режущей поверхностью.
Дискретизация режущей поверхности выполнена в виде системы радиальных отверстий 6, выжженных лазерным лучом или вырезанных с помощью гидроабразивной струи высокого давления.
Крышка 1 имеет лопасти 7 и радиальные отверстия 8. Аналогичные лопасти 9 и радиальные отверстия 10 выполнены также в крышке 2. СОЖ подается от насоса по трубопроводам 11 и 12, выполненным в виде полуцилиндров (фиг. 2), по периферии которых просверлены отверстия 13 и 14 для направления СОЖ к лопастям 7 и 9 соответственно. Между защитным кожухом 15 и вращающимися крышками 1 и 2 имеется радиальный зазор во избежание трения между подвижными и неподвижными частями.
H
К левой стенке 16 и правой стенке 17 защитного кожуха 15 прикреплены соответственно боковые профильные пластины 18, 19, образующие малый зазор (0,3…0,5 мм) с торцами шлифовального круга 5 и обрабатываемой заготовкой 20. Винты 21, изображенные схематично в виде крестиков на фиг. 2, служат для крепления профильных пластин 18 и 19 к защитному кожуху 15. В профильных пластинах выполнены пазы 22 и 23 (фиг. 2 и 3) протяженностью l от точки M защитного кожуха 15 до точки H начала дуги контакта шлифовального круга 5 с заготовкой 20.
Верхняя стенка пластин 18, 19 наклонена к горизонтальной плоскости под углом α (фиг. 4), а вертикальная криволинейная стенка наклонена к плоскости торца шлифовального круга под углом ε, который уменьшается по мере приближения криволинейного контура вертикальной стенки к торцу инструмента.
К
Левый торец пластин 18, 19 расположен от правой стенки защитного кожуха 15 на расстоянии l (фиг. 2), что обеспечивает дросселирование СОЖ на всей длине зоны резания, в том числе и дуге контакта КН. Течение СОЖ в зазоре между торцом шлифовального круга и пластинами 18, 19 изображено стрелками 24, 25 соответственно (фиг. 3).
r
Устройство функционирует следующим образом. Включают вращение шлифовального круга в направлении стрелки D, подачу СОЖ, которая поступает от насоса в неподвижные трубопроводы 11, 12 и далее через отверстия 13, 14 - к быстро вращающимся радиальным лопастям 7, 9. Лопасти вовлекают поступающую СОЖ во вращение и мгновенно выбрасывают ее по отверстиям 8, 10 на внутреннюю поверхность защитного кожуха 15. Поскольку трубопроводы 11, 12 выполнены в виде полуцилиндра, то СОЖ выбрасывается лопастями лишь на правую половину внутренней цилиндрической поверхности кожуха 15 в направлении радиальных стрелок, указанных на фиг. 2. Распределение СОЖ по левой полуокружности кожуха 15 не способствует повышению эффективности действия СОЖ, поскольку жидкость, отброшенная на левую половину кожуха, под действием гравитационных сил стекает с кожуха, не достигая зоны шлифования.
Ввиду вращения шлифовального круга на высокой частоте (со скоростью резания 50 м/с и более), СОЖ движется по правой внутренней цилиндрической поверхности кожуха 15 также с высокой скоростью. По мере движения СОЖ по правому полуцилиндру кожуха 15 от верхней точки Е (фиг. 2 и 5) к нижней точке М происходит возрастание объема СОЖ вследствие выхода струй жидкости из ряда других радиальных отверстий 8, 9 крышек 1, 2.
К
В окрестности точки М создается мощный поток СОЖ, направляемый по стрелке С в сужающийся зазор между режущей поверхностью шлифовального круга и обработанной поверхностью заготовки 20. В результате образуется гидродинамический клин Д с повышенным давлением СОЖ, затягиваемой абразивными зернами по стрелке P непосредственно в места контакта абразивных зерен, связки инструмента с обрабатываемым материалом заготовки (по дуге контакта НК фиг. 5).
В точке М внутренняя цилиндрическая поверхность кожуха заканчивается, а СОЖ из радиальных отверстий 8, 9 проходит через пазы 22, 23, продолжая нагнетать жидкость в пространство между шлифовальным кругом и обработанной поверхностью. При этом из-за наклона стенок профильных пластин 18, 19 под углами α и ε СОЖ направляется в клиновые зазоры, образованные торцами инструмента и профильными пластинами, создавая дополнительно два торцевых гидродинамических клина, давление в которых характеризуется эпюрами 26, 27 (фиг. 3).
kmin
kmax
Торцевые гидродинамические клинья СОЖ дросселируют центральный гидродинамический клин, обеспечивая постоянство давления по высоте В шлифовального круга. Давление в центральном гидродинамическом клине Д изменяется от минимального p до максимального p (фиг. 6), при этом СОЖ не может растекаться в направлении от центра к торцам инструмента, так как этому препятствуют торцовые гидродинамические потоки СОЖ.
Максимальное значение давления в центральном гидродинамическом клине создается в точке Н дуги контакта инструмента и заготовки, что способствует проникновению СОЖ непосредственно в локальные точки контакта режущих и давящих абразивных зерен с обрабатываемым металлом.
Прохождению СОЖ через площадь контакта круга и заготовки способствуют радиальные отверстиями, которые, погружаясь в центральный гидродинамический клин СОЖ, захватывают и транспортируют жидкость в локальные участки непосредственного контакта абразивных зерен с обрабатываемым металлом.
Т
К
Т
К
На фиг. 3 действие гидродинамических клиньев СОЖ изображено двумя торцевыми векторами Р и центральным вектором Р, направленным касательно к дискретной режущей поверхности шлифовального круга. Векторы Р и Р отражают действие гидродинамических потоков СОЖ на зону резания.
К
Т
Под действием скоростного напора Р жидкость направляется в центральный клиновой зазор, а два скоростных напора Р поджимают СОЖ со стороны обоих торцов инструмента, не позволяя выйти жидкости за пределы зоны резания, что приводит не только к образованию высокого давления, но и к постоянству давления СОЖ по всей высоте В шлифовального круга (фиг. 6).
Высокое и постоянное давление по всей высоте инструмента положительно сказывается на повышении охлаждающего, моющего, смазочного, диспергирующего и демпфирующего свойств СОЖ, что способствует устранению термических дефектов обработанного поверхностного слоя деталей, повышению периода стойкости шлифовального круга, улучшению микрогеометрии поверхностей и др. выходных параметров процесса плоского периферийного шлифования.