Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из пластмасс, преимущественно из капролона.

Известно устройство для обработки заготовок из капролона, включающее заготовку, токарный станок и специальный режущий инструмент, оснащенный твердыми сплавами (В.Н. Подураев. Резание труднообрабатываемых материалов: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1974, с. 574).

Однако данное устройство не обеспечивает получение качественной поверхности после обработки ввиду наличия существенных отличий в физико-химических свойствах металлов и пластмасс. При этом образуется значительная шероховатость поверхности, элементы которой создают концентраторы напряжений, негативно влияющие на прочностные характеристики готовой детали в целом.

Ближайшим аналогом является устройство для обработки заготовок из капролона, включающее заготовку, токарный станок с режущим инструментом, приводом вращения заготовки и устройство подачи инструмента (патент РФ №23171967, В29С 37/00, БИ №6, 2008).

Известное устройство не позволяет обеспечивать высокую производительность и получать высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности обработки заготовки и физико-механических свойств изделий.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для обработки заготовок из капролона, включающем заготовку, токарный станок с режущим инструментом, привод вращения заготовки и устройство подачи инструмента, согласно изобретению токарный станок оборудован ультразвуковой колебательной системой, состоящей из корпуса, в котором размещены электромеханический преобразователь, концентратор - усилитель амплитуды колебаний и рабочий инструмент в виде, например, конического наконечника, при этом ультразвуковая система установлена подвижно перед резцом с возможностью копирования внутренней поверхности рельефа заготовки.

Кроме того, возможность копирования внутренней поверхности рельефа заготовки осуществляют за счет опорной пластины с пазами, кронштейна и пружины, закрепленной на кронштейне и корпусе ультразвуковой системы, при этом в пазы опорной пластины размещены направляющие корпуса ультразвуковой системы.

Кроме того, ультразвуковая система вырабатывает ультразвуковые колебания частотой 22-25 кГц, амплитудой 0,1-100 мкм, интенсивностью 1-3·10^-3 Вт/м².

Предварительная обработка заготовки из капролона ультразвуковыми колебаниями способствует разрыву атомных и межмолекулярных химических связей в структуре капролона, что приводит к образованию сети микротрещин, зарождающихся в наиболее слабых и перенапряженных местах. Трещины, пересекаясь между собой, формируют механически ослабленный слой, сравнительно легко разрушающийся при последующем воздействии режущего инструмента.

Предлагаемые режимы обработки заготовки ультразвуковыми колебаниями являются оптимальными для обработки капролона, так как обеспечивают наиболее эффективное воздействие на структуру материала, что подтверждается экспериментально.

Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 приведена схема устройства для обработки заготовок из капролона в двух проекциях.

Заготовка 1 из капролона установлена в токарном станке с режущим инструментом 2 (резцом). Для вращения заготовки имеется привод 3, а для подачи режущего инструмента 2 имеется устройство подачи 4. Токарный станок оборудован ультразвуковой колебательной системой, состоящей из корпуса 5 и размещенного в нем электромеханического преобразователя 6, концентратора - усилителя амплитуды колебаний 7 и рабочего инструмента 8 в виде, например, конического наконечника. При этом ультразвуковая колебательная система прикреплена известным образом к резцедержателю (не показан).

Кроме того, в пазы 9 опорной пластины 10 размещены направляющие 11 корпуса 5 ультразвуковой системы. К опорной пластине 10 присоединен известным способом кронштейн 12, а пружина 13 соединяет кронштейн 12 и корпус 5.

Кроме того, ультразвуковая система вырабатывает ультразвуковые колебания частотой 22-25 кГц, амплитудой 0,1-100 мкм, интенсивностью 1-3·10^-3 Вт/м².

Принцип работы устройства

Заготовку 1 из капролона закрепляют в токарном станке известным способом. Затем с помощью механизма поперечной подачи, например винтового (не обозначен) прижимают рабочий инструмент 8 к заготовке 1 с небольшим усилием (до 30-50 Н). После прижима рабочего инструмента 8 подключают генератор ультразвуковых колебаний (не показан), благодаря чему ультразвуковые колебания частотой 22-25 кГц, амплитудой 0,1-100 мкм, интенсивностью 1-3·10^-3 Вт/м² передаются в конечном итоге в материал заготовки 1 посредством рабочего инструмента 8. Затем, по мере перемещения рабочего инструмента 8 вдоль заготовки 1, производят механическую обработку заготовки 1 режущим инструментом 2 с образованием стружки. Режимы токарной обработки устанавливаются экспериментально. Копирование внутренней поверхности рельефа заготовки рабочим инструментом 8 осуществляются за счет перемещения направляющих 11 корпуса 5 ультразвуковой системы вдоль пазов 9, выполненных в опорной пластине 10, под действием пружины 13.

Предварительная обработка заготовки из капролона ультразвуковыми колебаниями способствует разрыву атомных и межмолекулярных химических связей в структуре капролона, что приводит к образованию сети микротрещин, зарождающихся в наиболее слабых и перенапряженных местах. Трещины, пересекаясь между собой, формируют механически ослабленный слой, сравнительно легко разрушающийся при последующем воздействии режущего инструмента, что, в свою очередь, приводит к снижению остаточных напряжений, снижению силы резания и сведению к минимуму проявления эффекта упругого последействия после точения.

Это позволяет увеличить скорость резания и величину подачи, повысить производительность обработки полимера. Качество обработанной поверхности значительно улучшается, кроме того, получаются высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе), которые зафиксированы и подтверждены длительными эксплуатационными испытаниями.

В отличие от аналогов предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность размеров и форм получаемой детали, повышение производительности обработки, а также прочности, жесткости, модуля упругости изделий на основе капролона в процессе эксплуатации за счет повышения качества поверхностной зоны материала, обработанной ультразвуковыми колебаниями и обычной токарной операцией.