Пристрій для виконання отворів в надміцних важкооброблюваних та крихких матеріалів

Реферат: Пристрій для виконання отворів в надміцних важкооброблюваних та крихких матеріалах, який містить камеру змішування, має додатковий штуцер та засіб для підведення абразивних домішок, виконаний нижче за штуцер підведення кріогенної рідини. Штуцер підведення абразивних зерен має дроселюючий елемент, який забезпечує певне співвідношення витрат абразивних зерен та кріогенної рідини. UA 82173 U (12) UA 82173 U UA 82173 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до обробки надміцних крихких важкооброблюваних матеріалів, зокрема виконання отворів переважно кільцевого типу, в тому числі глухих, технологіями, що базуються використанні струменя рідини надвисокого тиску як різального інструменту і дозволяє поліпшити якість і надійність процесу отримання отворів, передувати руйнуванню крихкої заготовки, запобігти утворенню високих залишкових напружень в зоні обробки. Відомий спосіб (Патент России № 2172237, кл. В24С1/00 от 20.08.2001, авт. Кравченко Д.В., Петухов Е.Н., Тихомиров Р.А. "Способ получения отверстий абразивной жидкостной струей) виконання отворів у матеріалах гідроабразивним методом, який, з метою зменшення величини деструкції композиційних матеріалів та підвищення точності форми отвору, виконується із зсувом осі симетрії струменя відносно осі симетрії отвору на величину  , визначену з умови  2  1R    RC , де RC - радіус струменя; при цьому площу струменя абразивно-рідинної суспензії вибирають з умови формування площі одержуваного отвору, рівної не менш як двом площам струменя. Такий підхід дозволяє створити місце для вільного виходу рідини і передує пошкодженню форми отвору та розшаруванню прилеглої зони. При цьому мінімально можливий радіус отвору дорівнює 1,5…2,0 діаметрам струменя. Відсутність бічної каверни призводить до підвищення точності та якості одержуваного отвору. Недоліком такого способу отримання отворів є те, що різальна здатність струменя не забезпечує потрібної продуктивності обробки, а виниклий внаслідок високої міцності оброблюваного матеріалу локальний високотемпературний нагрів поверхні веде до активної трансформації стану поверхні обробки та виникнення проміжного оплавленого шару, принципово змінюючи механізм взаємодії гідроабразивного струменя з оброблюваною поверхнею. Утворення проміжного шару викликає появу стрімко зростаючих напружень, що ведуть до виникнення сколів та повного пошкодження заготовки. Існує також спосіб отримання отворів у листових заготовках із композиційних матеріалів (US Patent #4955164 В24В1/00, В24 С9/00 Method and apparatus for drilling small diameter holes in fragile material with velocity liquid jet / M.Hashish, S.Cragen, 11/09/1990), який, з метою передування деламінації (розшаруванню) матеріалу, передбачає надання струминноабразивному потоку обертового руху шляхом створення умов у камері змішування та підведення абразиву, при яких абразивні зерна рухаються до оброблюваної поверхні по дотичних концентричних кіл, умовно розташованих довкола центра струминного впливу. Недоліком такого способу є низька його ефективність, оскільки теплові явища у зоні впливу залишаються інтенсивними. Найбільш близьким до пропонованого є пристрій для водокрижаної обробки (Патент РФ №2121421, МКИ В 24 В 1/00, В 24 В 55/02, В 24 В 53/007. Способ абразивной обработки [Текст]/Ю.С. Степанов, М.А. Бурнашов, А.Е. Щукин.- Опубл. 27.03.1998. Бюл. № 31, - 8 с), взятий за прототип. Суть пристрою полягає у тому, що з метою підвищення ефективності оброби матеріалів до струменя за допомогою змішувальної камери вводять кріогенну рідину (наприклад рідкий азот), яка, при прямуванні до встановленої за соплом і сполученої із змішувальною камерою калібрувальної трубки утворює в протоковій частині останньої потік крижаних частинок, які, рухаючись у спрямованому потоці, надходять до поверхні обробки і виконують роботу руйнування. Недоліком обробки матеріалів запропонованим пристроєм є те, що частинки криги не є високоміцними абразивними включеннями, відтоді, продуктивність водокрижаної обробки значно нижчі за продуктивність обробки гідроабразивним струменем та практично неможлива при обробці високоміцних матеріалів. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення можливості обробки надміцних крихких важкооброблюваних матеріалів, зокрема виконання отворів переважно кільцевого типу, в тому числі глухих, методами, що базуються на використанні енергії струминного потоку. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої, який складається із закріпленого на рухомій частині верстата робочого органа, виконаного у вигляді корпусу із встановленим у ньому соплом, сполученим із камерою змішування, яка має встановлену співвісно калібрувальну трубку та штуцер підведення кріогенної рідини, новим є те, що камера змішування має додатковий штуцер та засіб для підведення абразивних домішок, виконаний нижче за штуцер підведення кріогенної рідини, причому штуцер підведення абразивних зерен має дроселюючий елемент, який забезпечує певне співвідношення витрат абразивних зерен та кріогенної рідини. Сполучення відомих елементів - штуцера і засобу для підведення абразивних частинок із змішувальною камерою, до якої надходить штуцер для подачі кріогенної рідини, веде до набуття пристроєм нових технічних властивостей: можливості виконувати ефективне різання надміцних важкооброблюваних крихких матеріалів, зокрема виконувати отвори, переважно C 1 UA 82173 U 5 10 15 20 25 30 кільцеві, при наданні робочому органу відповідного руху подачі, оскільки під час змішування частинки абразиву вкриваються шаром криги, і далі прямують до оброблюваної поверхні; при цьому в момент удару виникле тепло поглинається кригою і витрачається випаровування з поверхні частинки, а мікрорізальні крайки абразивної частинки, які при цьому відкриваються, виконують корисну роботу мікроскрабування поверхні, формуючи отвір. Перерозподіл потоків тепла також унеможливлює утворення оплавленого шару. Таким чином, подане технічне рішення відповідає критерію "Суттєві відміни". Суть корисної моделі пояснює креслення. На фіг. 1 зображено пристрій для виконання отворів в надміцних важкооброблюваних та крихких матеріалах На фіг. 2 - рух пристрою для формування отвору діаметром D0 , На фіг. 3 - розколювання заготовки без використання пропонованого пристрою, На фіг. 4 - готовий виріб - кулькова опора зі спеченого карбідного матеріалу, в сфері якої виконаний кільцевий отвір для кріплення хвостовика. Пристрій складається з корпусу 1 у вигляді циліндричного тіла, в якому уздовж центральної осі змонтоване струминне сопло 2, сполучене зі штуцером підведення рідини 3, під'єднаного до магістралі високого тиску 4; в корпусі 1 опозитно до сопла 2 нерухомо та коаксіально закріплена змішувальна камера 5, яка має розташовану на одній осі з соплом 2 калібрувальну трубку 6, закріплену за допомогою гайки 7. У верхній частині корпусу 1 змонтований штуцер підведення кріогенної рідини 8 так, що осі сопла та штуцера перетинаються у змішувальній камері 5 біля її середини. Додатково змішувальна камера 5 має сполучений із корпусом 1 штуцер 9 підведення абразивних домішок, вісь якого також перетинається з осями сопла 2 та штуцера підведення кріогенної рідини 8 в центральній частині змішувальної камери 5. Штуцер 9 сполучений із засобом подачі абразивних зерен 10 через дроселюючий елемент 11. Пристрій працює наступним чином. Після подачі рідини в магістраль 4 сопло 2 формує швидкоплинний струминний потік, який активно змішується в змішувальній камері 5 із кріогенною рідиною, що надходить через штуцер 8, та який захоплює абразивні частинки, що прямують із засобу подачі абразиву 10 крізь дросель 11 та штуцер 9. Вихрові явища у камері змішування 5 ведуть до формування трифазного потоку - частинок криги, частинок абразиву, вкритих кригою та водяних частинок, які, минаючи змішувальну камеру 5, спрямовуються калібрувальною трубкою 6 до оброблюваної поверхні. При цьому для формування отвору діаметром D0 (фіг. 2) пристрій 1 має здійснювати обробку заготовки 2 з обходом контуру отвору 3 по еквідистанті, тобто радіусом R D0  Dk  2 . Глибина отвору залежить від швидкості sk 35 40 45 контурної подачі та технологічних режимів, а підбором величини дроселя 11 (фіг. 1) забезпечують сталість процесу, при цьому, на відміну від існуючих способів обробки матеріалів, які ведуть до розколювання та пошкодження заготовки (фіг. 3), отримують якісний отвір, який можна використовувати для сполучення заготовки з іншими елементами. Так, на фіг. 4 показана кулькова опора, отримана шляхом сполучення карбідної сфери 1 із хвостовиком 2. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для виконання отворів в надміцних важкооброблюваних та крихких матеріалах, який містить закріплений на рухомій частині верстата робочий орган, виконаний у вигляді корпусу із встановленим у ньому соплом, сполученим із камерою змішування, яка має встановлену співвісно калібрувальну трубку та штуцер підведення кріогенної рідини, який відрізняється тим, що камера змішування має додатковий штуцер та засіб для підведення абразивних домішок, виконаний нижче за штуцер підведення кріогенної рідини, причому штуцер підведення абразивних зерен має дроселюючий елемент, який забезпечує певне співвідношення витрат абразивних зерен та кріогенної рідини. 2 UA 82173 U 3 UA 82173 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4