Urząd Patentowy Rzeczypospolitej
Polskiej
(13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:
05.03.2007 07710500.5
(51) Int. Cl.
B23Q11/10 B23B27/10 F25B9/04
(2006.01) (2006.01) (2006.01)
(97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono:
15.07.2009 Europejski Biuletyn Patentowy 2009/29 EP 1998916 B1
(54) Tytuł wynalazku:
Narzędzie skrawające
(30) Pierwszeństwo:
AT20060017320U 07.03.2006
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
10.12.2008 Europejski Biuletyn Patentowy 2008/50
(45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:
31.12.2009 Wiadomości Urzędu Patentowego 12/2009
(73) Uprawniony z patentu:
Ceratizit Austria Gesellschaft M.B.H., Reutte, AT
P L /E P 1998916 T3
(72) Twórca (y) wynalazku:STEINER Michael, Breitenwang, AT
(74) Pełnomocnik:
Przedsiębiorstwo Rzeczników Patentowych Patpol Sp. z o.o.
rzecz. pat. Nowakowski Janusz 02-770 Warszawa 130
skr. poczt. 37
Uwaga:
W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejsk iego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
Opis
[0001] Wynalazek dotyczy narzędzia skrawającego do obróbki wiórowej, z doprowadzeniem strumienia zimnego gazu, w celu chłodzenia bezpośredniego obszaru skrawania.
[0002] Zwłaszcza podczas skrawania materiałów metalowych, w bezpośrednim obszarze skrawania dochodzi do znacznego wzrostu temperatury, co może prowadzić do przedwczesnego zużycia, względnie awarii narzędzia skrawającego. Aby utrzymać ten wzrost temperatury w pewnych granicach, a jednocześnie w celu polepszenia odprowadzania wiórów z obszaru skrawania, zazwyczaj bezpośredni obszar narzędzia skrawającego schładza się przez doprowadzenie chłodziwa. Przy tym chłodziwo może być gazowe lub płynne i poprzez leżące wewnątrz doprowadzenie poprzez narzędzie skrawające lub przez doprowadzenie poprzez układy zewnętrzne może być kierowane do bezpośredniego obszaru skrawania.
[0003] Narzędzie skrawające z leżącym wewnątrz doprowadzeniem dla płynnego chłodziwa jest opisane przykładowo w opisie WO 02/068142. Narzędzie skrawające według części nieznamiennej zastrzeżenia 1 jest znane przykładowo z opisu JP 02024040.
[0004] W opisie DE 196 40 599 A1 opisane jest narzędzie skrawające z leżącym wewnątrz doprowadzeniem chłodziwa, w którym schłodzone powietrze stosuje się do chłodzenia bezpośredniego obszaru skrawającego. Niedogodnością tego narzędzia skrawającego jest to, że zimne powietrze musi być wytworzone nie wewnątrz narzędzia, lecz na zewnątrz narzędzia skrawającego, i do tego celu muszą być z kolei przygotowane urządzenia zewnętrzne.
[0005] Także wytwarzanie zimnych gazów w urządzeniu chłodzącym, które pracuje według efektu Joule’a-Thomson’a poprzez doprowadzenie sprężonego gazu, korzystnie powietrza sprężonego, jest znane od dawna. Zasada działania tego rodzaju urządzenia chłodzącego bazuje na sposobie działania rurki wirowej. Przy tym, poprzez zawirowywacz gazu w komorze wirowej, do rurki wirowej doprowadzane jest sprężone powietrze o normalnej temperaturze i pod ciśnieniem kilku barów i zostaje podzielone na zimny i gorący strumień powietrza. Sprężone powietrze, doprowadzone do rurki wirowej poprzez zawirowywacz gazu, jest przesuwane wzdłuż ścianek wewnętrznych rurki wirowej, w sposób okrężny, z dużą prędkością w kierunku dyszy gorącego gazu na jednym końcu rurki wirowej.
Część powietrza ulatnia się przez dyszę gorącego gazu, jako strumień gorącego gazu. Powietrze, które nie wypłynęło, jest zawracane w sposób wymuszony, przez środek tego strumienia powietrza, przepływającego z dużą prędkością na krawędzi rury, w przeciwnym kierunku, z wyraźnie mniejszą prędkością, do drugiego końca rurki wirowej. Ten wewnętrzny, wolniejszy strumień powietrza oddaje ciepło do zewnętrznego, szybszego strumienia powietrza i schładza się aż do wylotu na dyszy zimnego powietrza do temperatury do -40° C.
Tego rodzaju urządzenia chłodzące są opisane w opisie US 3 173 273 lub w US 3 208 229 i są niejednokrotnie stosowane jako zewnętrzny układ do zewnętrznego doprowadzania zimnego powietrza do bezpośredniego obszaru skrawania narzędzi skrawających.
Przy tym niedogodnością jest to, że tego rodzaju zewnętrzne układy są ukierunkowane indywidualnie na każde narzędzie skrawające i muszą być ustalone w taki sposób, że także w przypadku ruchu posuwistego narzędzia skrawającego pozostaje zapewnione celowe doprowadzenie strumienia zimnego powietrza do bezpośredniego obszaru skrawania. Jednak można to uzyskać jedynie przy znacznych nakładach.
[0006] Dlatego też zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie narzędzia skrawającego do obróbki wiórowej z chłodzeniem bezpośredniego obszaru skrawania przez strumień zimnego gazu, w przypadku którego zbędne są nakłady na urządzenia do dokładnego ukierunkowania strumienia gazu.
[0007] Według wynalazku osiągnięto to dzięki narzędziu skrawającemu według zastrzeżenia 1.
[0008] Całkiem nieoczekiwanie okazało się, że przemieszczenie urządzenia chłodzącego, które dotychczas było przewidziane tylko do zasilania zewnętrznego, do korpusu narzędzia skrawającego można przeprowadzić bez niekorzystnego oddziaływania na sposób jego działania. Dalsze prowadzenie strumienia zimnego gazu do obszaru bezpośredniego skrawania realizuje się od urządzenia chłodzącego, przez dalej prowadzące kanały we wnętrzu narzędzia skrawającego, aż do obszaru bezpośredniego skrawania, bez konieczności ciągłego ponownego regulowania i ukierunkowania chłodziwa. Dzięki zgodnemu z wynalazkiem wykonaniu narzędzia skrawającego, nie tylko chroniony jest sam bezpośredni obszar skrawania, lecz także cały korpus narzędzia, przez który prowadzony jest zimny gaz. Dzięki temu, z wkładki skrawającej nadzwyczaj szybko odprowadzane jest ciepło, wytworzone podczas skrawania, dzięki czemu przedłuża się okres trwałości wkładki skrawającej i zmniejsza się możliwość tworzenia się narostów.
[0009] Szczególnie łatwe wbudowanie we wnętrzu narzędzia skrawającego uzyskuje się dzięki temu, że kompletne urządzenie chłodzące jest szczelnie wbudowane w odpowiedni otwór ustalający korpusu narzędzia, do którego uchodzą dalsze otwory do dalszego prowadzenia zimnego gazu, doprowadzania sprężonego gazu i odprowadzania gorącego gazu.
[0010] Szczególnie korzystne jest, gdy doprowadzanie sprężonego gazu realizuje się poprzez otwór w korpusie narzędzia, umieszczony równolegle do urządzenia chłodzącego. Pod tymi warunkami, doprowadzenie gazu jest realizowane w prosty sposób od strony końca narzędzia skrawającego.
[0011] Szczególnie korzystne jest, gdy stosuje się urządzenie chłodzące zasilane powietrzem. Dzięki temu, z reguły, można zastosować zasilanie sprężonym powietrzem, znajdujące się w każdym zakładzie produkcyjnym.
Figura 1 narzędzie tokarskie według wynalazku, częściowo w przekroju
Figura 2 szczegół narzędzia tokarskiego według fig. 1, w widoku powiększonym Figura 3 dalszy szczegół narzędzia tokarskiego według fig. 1, w widoku powiększonym Figura 4a-b wylot zimnego gazu dla narzędzia tokarskiego, w różnych widokach
Figura 5 wylot gorącego gazu dla narzędzia tokarskiego według fig. 1
[0014] Na fig. 1 przedstawione jest narzędzie tokarskie z korpusem narzędzia -1-, który jest ustalony w uchwycie narzędziowym -20-. W otworze -7- wykonanym w korpusie narzędzia osadzone jest urządzenie chłodzące -2-. Urządzenie chłodzące -2- składa się z podłużnej rurki wirowej -3- z wylotem zimnego gazu -5- na jednym końcu i wylotem gorącego gazu -6- na drugim końcu. Wylot zimnego gazu -5-, który jest jeszcze dokładniej przedstawiony na fig. 2 i 4a – 4b, jest wykonany w postaci jednej części jako wydrążony element cylindryczny, z dwoma odsadzonymi względem siebie odcinkami, o różnych średnicach zewnętrznych. Odcinek o większej średnicy zewnętrznej przylega bezpośrednio do rurki wirowej -3- i wraz z otworem, który odpowiada w przybliżeniu średnicy wewnętrznej rurki wirowej -3-, tworzy komorę wirową -14-. Przylegający do rurki wirowej -3- koniec wylotu zimnego gazu -5- jest zamknięty powierzchnią pierścieniową ze szczelinami -18-, przebiegającymi stycznie do komory wirowej -14-, które to szczeliny -18- tworzą zawirowywacz gazu - 4-. Odcinek o mniejszej średnicy wylotu zimnego gazu -5- posiada graniczący z komorą wirową -14- otwór -21-, rozszerzający się stożkowo na zewnątrz. W porównaniu do otworu ustalającego -7- w korpusie narzędzia -1-, odcinek o większej średnicy zewnętrznej ma nieco mniejszą średnicę, dzięki temu utworzona zostaje komora pierścieniowa -9-. Do tej komory pierścieniowej -9- uchodzi otwór -8- do doprowadzania sprężonego gazu, korzystnie w postaci powietrza sprężonego. Otwór -8-, przebiegający początkowo równolegle do rurki wirowej -3-, jest zmieniany w odcinek, przebiegający prostopadle do komory pierścieniowej -9-. Ze względu na technikę wytwarzania, odcinek ten przechodzi przez cały korpus narzędzia -1- i w kierunku strony zewnętrznej narzędzia jest zamknięty wkrętem bez łba, w celu uniemożliwienia wypływania w tym miejscu powietrza sprężonego na zewnątrz. Rozszerzający się stożkowo otwór -21- wylotu zimnego gazu -5- uchodzi do otworu -17- korpusu narzędzia, który doprowadza zimne powietrze w pobliże wkładki skrawającej -22-. Rurka wirowa -3- i wylot zimnego gazu -5 jest uszczelniony pierścieniami uszczelniającymi -10- względem otworu ustalającego -7-. Wylot gorącego gazu -6- na drugim końcu rurki wirowej -3- składa się z cylindrycznego korpusu z gwintem zewnętrznym oraz z leżącego wewnątrz otworu -13-, przewidzianego do odprowadzania gorącego powietrza, który z boku zmienia kierunek i w kierunku do tyłu jest zamknięty za pomocą wkrętu bez łba -15-. Wylot gorącego gazu 6 jest wkręcony w otwór ustalający -7-, zaopatrzony w tym miejscu w gwint wewnętrzny, aż przylega on do końca rurki wirowej -3-. W celu uszczelnienia, umieszczone są między nimi pierścienie uszczelniające -10-. Wylot gorącego gazu -6- posiada centralnie stożek sprężający-11-, który z niewielkim odstępem krawędziowym wchodzi w otwór rurki wirowej -3-. Na wylocie stożka sprężającego -11-, posiada on
przerwania -12-, poprzez które gorące powietrze dociera do otworu -13-, w celu dalszego odprowadzenia na zewnątrz.
[0015] Sposób działania urządzenia chłodzącego-2- jest taki, że najpierw, przez odpowiednie doprowadzenia w uchwycie narzędzia -20-, a następnie poprzez otwór -8- narzędzia tokarskiego, do komory pierścieniowej -9- urządzenia chłodzącego -2- doprowadzane jest sprężone powietrze o ciśnieniu około 5 barów i temperaturze pokojowej. Wówczas w komorze pierścieniowej -9- gromadzi się wyższe ciśnienie, które następnie wtłacza powietrze przez szczeliny -18- zawirowywacza -4- do rurki wirowej -3-. Strumień powietrza jest wprowadzany w ruch cyrkulacyjny przez umieszczone stycznie szczeliny -18- i przesuwa się z dużą prędkością wzdłuż ścianek wewnętrznych rurki wirowej - 3- do wylotu gorącego gazu -6- na końcu rurki wirowej -3-. Przez obszar wylotowy, zmniejszony wskutek stożka sprężającego -11- wylotu gorącego gazu -6-, poprzez przerwania -12- może ulatniać się tylko część gorącego powietrza. Powietrzne, które nie wypłynęło, jest zawracane w sposób wymuszony, przez środek tego strumienia powietrza, przepływającego z dużą prędkością, z wyraźnie mniejszą prędkością, w kierunku wylotu zimnego gazu -5- i przy tym stale oddaje ciepło do zewnętrznego strumienia powietrza o wysokiej prędkości. Gdy wewnętrzny strumień powietrza wypływa przez wylot zimnego gazu -5-, ma on wówczas bardzo niską temperaturę, wynoszącą około -40° C.
Zastrzeżenia patentowe
1. Narzędzie skrawające do obróbki wiórowej, z doprowadzeniem strumienia zimnego gazu, w celu chłodzenia bezpośredniego obszaru skrawania, znamienne tym, że narzędzie skrawające posiada urządzenie chłodzące (2), zintegrowane z korpusem narzędzia, oraz umieszczony wewnątrz układ kanałów do doprowadzania strumienia zimnego strumienia gazu, przy czym urządzenie chłodzące (2) składa się z podłużnej rurki wirowej (3), służącej do przemiany sprężonego gazu, doprowadzanego poprzez zawirowywacz gazu (4), z normalnej temperatury na strumień gazu zimnego i gorącego, z wylotu zimnego gazu (5) na końcu rurki wirowej (3) oraz wylotu gorącego gazu (6) na drugim końcu rurki wirowej (3).
2. Narzędzie skrawające do obróbki wiórowej według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że urządzenie chłodzące (2) jest szczelnie wbudowane w otwór ustalający (7) korpusu narzędzia (1).
3. Narzędzie skrawające do obróbki wiórowej według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienne tym, że w celu doprowadzania sprężonego gazu, korpus narzędzia (1) posiada otwór (8), umieszczony równolegle do urządzenia chłodzącego (2).
4. Narzędzie skrawające do obróbki wiórowej według jednego z zastrzeżeń 1 do 3, znamienne tym, że urządzenie chłodzące (2) jest zasilane powietrzem.
