2020-01-14
297
В качестве базового варианта для создания, будущего технического решения позволяющего повысить производительность обработки принимаем совершенствование инструмента с материалом режущей части из нитридно-кремниевой керамики, армированной нитевидными кристаллами карбида кремния. Кроме того для достижения высоких скоростей обработки необходимо использовать оборудование с приводами большой мощности, шпиндельными узлами на воздушных керамических подшипниках скольжения с нагнетателем воздуха, сбалансированными движущимися частями, направляющими из металлокерамики. Для более высокой скорости обработки необходимо повысить величину допустимого ускорения системы, для уменьшения времени разгона – торможения. Также на черновых операциях фрезерования необходимо вести обработку попутно, а при чистовом фрезеровании – встречно. Данный выбор обоснован тем, что по сравнению с другими способами повышения производительности режущий инструмент и оборудование обладают рядом преимуществ, описанных в пункте 3.
|
|
|
Формирование научных целей и задач
Целью данных исследований является изучение проблем высокоскоростной обработки. Задачи данного исследования состоят в том, чтобы после изучения интересующих нас факторов, влияющих на процесс высокоскоростной обработки, выбрать объективные методы, повышающие производительность обработки. Также необходимо выдвинуть предположение о наиболее вероятной степени влияния того или иного параметра исследуемого объекта на показатели его функционирования.
Формирование исходной научной гипотезы
Считаем что наиболее существенными факторами, оказывающими влияние на показатели функционирования объекта (производительность механической обработки), являются недостаточная стойкость режущего инструмента и малое сопротивление развитию трещин.
Выбор вида исследований
Вследствие отсутствия материальной базы и недостаточного объема практических знаний в данной области в качестве вида исследований выбираем литературные, основанные на создании, в соответствии с выбранной методикой и критериями (научно-субъективные знания), новых объективных знаний.
Подготовка исследований
В качестве источников информации используем научно-техническую литературу, посвященную высокоскоростным методам обработки. В данной литературе изложены теоретические основы высокоскоростного растачивания отверстий, приведены прогрессивные инструментальные материалы, обеспечивающие оптимальные характеристики процесса.
Данные о проведении исследований
|
|
|
В качестве исследований выбрали литературные исследования, основанные на теоретических данных. Для решения проблем, описанных в пункте 2, была использована литература, приведенная в пункте 4. В ней были найдены общие технические решения, позволяющие решить некоторые из этих проблем. Все известные технические решения описаны в пункте 3. Проведен их субъективный анализ, на основе которого выбрано одно комплексное техническое решение, которое в большей степени решает поставленную задачу – повышение производительности механической обработки.
Обработка результатов
Повышение производительности при растачивании, фрезеровании и сверлении является важной задачей в современном машиностроении. Эта задача решается с помощью применения высокоскоростной обработки. Наиболее важной проблемой при высокоскоростной обработке является выбор материала режущего инструмента. В результате проведенных литературных научных исследований предлагается применить инструмент с материалом режущей части из нитридно-кремниевой керамики, армированной нитевидными кристаллами карбида кремния. Кроме того для достижения высоких скоростей обработки необходимо использовать оборудование с приводами большой мощности, сбалансированными движущимися частями, направляющими из металлокерамики.
Патентные исследования
Обоснование необходимости проведения патентных исследований
Одним из путей совершенствования расточки отверстий является совершенствование режущего инструмента. На операции 015 применяется борштанга. Усовершенствовать борштангу можно путем использования прогрессивных технических решений, созданных в последнее время. Выявить прогрессивные технические решения, которые могут лечь в основу конструкции усовершенствованного инструмента можно в результате патентного исследования достигнутого уровня развития вида техники «Борштанги».
Таким образом, будем исследовать вид техники «Режущие инструменты», объект техники «Борштанги».
Описание объекта
Борштанга состоит из держателя инструмента, резцовой головки, с расположенным на ней режущей пластиной, посадочного отверстия, расположенного в державке, винта, фиксирующего резцовую головку.
Инструменту сообщают вращательное движение, а заготовке – поступательное перемещение параллельно оси вращения. В результате инструмент снимает с заготовки слой материала в виде стружки, которая сходит по передней поверхности режущей пластины, завиваясь в стружкозавивающей канавке в спираль.
Недостатками данной борштанги является низкая производительность, плохое качество обработанных поверхностей, большая шероховатость.
Целью исследования достигнутого уровня развития вида техники является повышение производительности расточной операции, улучшение качества поверхности путем использования прогрессивной конструкции расточной борштанги.
Исследование патентного уровня проводим в отношении ведущих стран. В области машиностроения ведущими странами являются Япония, Чехия, Германия, Швеция, Россия.
Борштанга характеризуется конструктивными признаками – перечнем элементов и их формой, материалом, взаимным расположением и взаимосвязью, соотношением размеров. Следовательно как объект изобретения борштанга представляет собой устройство.
Исследуемый объект – борштанга содержит следующие технические решения:
– борштанга, общая компоновка;
– резец-вставка, форма режущей части;
– материал режущей части;
– технологический процесс, положенный в основу работы борштанги – расточная операция;
– способ изготовления.
При исследовании достигнутого уровня развития вида техник с целью повышения производительности путем выбора наиболее прогрессивной конструкции борштанги будем исследовать общую компоновку борштанги.
|
|
|
а) Общая компоновка. Предварительное знакомство с патентной документацией показало, что в ведущих странах регулярно патентуются конструкции борштанг. Поэтому оставляем в перечне для исследования.
б) Форма режущей части известна и не подлежит дальнейшему исследованию.
в) Материал режущей части известен и не подлежит дальнейшему исследованию.
г) Технологический процесс, положенный в основу работы борштанги известен и не подлежит дальнейшему исследованию.
д) Способ изготовления борштанги известен и не подлежит дальнейшему исследованию.
Исследование будем проводить по следующей технической документации:
1. Официальный бюллетень «Открытия, изобретения»
2. Реферативный сборник ВНИИПИ «Изобретения стран мира»
3. РЖ ВИНИТИ раздел А14
4. Экспресс-информация ВИНИТИ «Режущи инструменты»
Журналы: «СТИН», «Вестник машиностроения», «Машиностроитель», «Изобретатель и рационализатор».
Задача данного этапа – определить перечень классификационных индексов ИТР, минимальные ретроспективность и широту поиска, а также перечень источников информации, обеспечивающие достаточную полноту и достоверность исследования достигнутого уровня развития вида техники, патентной чистоты объекта.
Классификация изобретений действующая в:
России – Международная классификация изобретений (МКИ), НКИ;
США – МКИ, НКИ;
Чехии – МКИ, НКИ;
Японии – МКИ, НКИ.
Для определения рубрики МКИ ИТР «Борштанги» определяем ключевое слово. По «Алфавитно-предметному указателю», т. 1, определяем для слова «Борштанги» предполагаемую рубрику В23В29/00.
По указателю МКИ уточняем рубрику МКИ:
В23В29/02 – борштанги.
При исследовании достигнутого уровня развития вида техники устанавливаем глубину поиска 20 лет, исходя из того, что наиболее прогрессивные технические решения были созданы в этот период.
При исследовании достигнутого уровня будем принимать во внимание все источники информации, указанные в таблице 10.1.
|
|
|
Объект – борштанга.
Вид исследования:
– исследование достигнутого уровня развития вида техники;
Цель патентного поиска – обеспечение достаточной полноты и достоверности исследования достигнутого уровня развития вида за счет тщательного отбора и исследования патентной документации.
Таблица 10.1
| Предмет поиска (ИТР) | Страны поиска | Индексы МКИ (НКИ) и УДК | Глубина поиска, лет | Источники информации |
| 1. Исследование патентного уровня развития вида техники. | ||||
| Борштанга, общая компоновка | Россия Чехия Япония США | МКИ: В23В29/02 В23В29/12 В23В29/18 В23В29/034 В23В27/16 УДК 621.9.02 | 20 (1986–2006) | РЖ ВИНИТИ 14А «Резание материалов. Станки и инструменты». Реф. Сб. ВИНИИПИ «Изобретения стран мира» Книги в области обработки резанием, токарной обработки, режущего инструмента. Рекламные проспекты зарубежных фирм и отечественных предприятий. |
Будем проводить предметный поиск, поскольку ИТР соответствует небольшому числу классификационных рубрик.
Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом поиска.
В просмотренных источниках информации выбираем такие документы, по названиям которых можно предположить, что они имеют отношение к ИТР «Борштанга, общая компоновка». По этим документам знакомимся с рефератами, аннотациями, формулами изобретений, чертежами.
Сведения о технических решениях, имеющих отношение к ИТР, «Борштанга, общая компоновка» заносим в таблицу 10.2.
Изучаем сущность технических решений, занесенных в таблицу 10.2, по сведениям, содержащимся в графе 4, а также путем просмотра текстов патентных описаний, статей и т.п. Если из рассмотрения сущности технического решения видно, что оно решает принципиально иную задачу по сравнению с задачей повышения производительности и качества поверхности расточной операции путем использования прогрессивной конструкции расточной борштанги, которую решает ИТР, документ исключаем из дальнейшего рассмотрения. Если видно, что техническое решение решает ту же или близкую задачу, документ включаем в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 6 таблицы 10.2.
Задача данного этапа – путем сопоставления признаков ИТР Борштанги и отобранных технических решений установить:
– какое из отобранных технических решений является наиболее прогрессивным;
– обладает ли объект патентной чистотой в отношении стран проверки.
В России, Японии и Чехии действует европейская система построения патентной формулы, по которой самостоятельное значение имеет только её первый пункт.
В США применяется американская система построения патентной формулы, по которой все пункты являются независимыми. Поэтому в патенте США №619564 будем рассматривать все пункты.
Выявляем существенные признаки ИТР борштанги и группируем их. Выявленные и сгруппированные признаки ИТР заносим в таблицу 10.3. Проверяем наличие каждого из признаков ИТР в каждом аналоге. Наличие признаков отмечаем в графах 3–9 знаком «+», отсутствие – знаком «–». Новые признаки аналогов заносим в графы 1, 2, а в графах 3–9 отмечаем их наличие или отсутствие у ИТР и аналогов «+» или «–».
Таблица 10.3. Существенные признаки ИТР Борштанга
| № | Признаки технического решения | ИТР №62–122210 | Аналоги | ||||||
| №4741584/00–80 | №845864/00–08 | №4619364 | а.с. 253876 | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| а) Элементы | |||||||||
| 1 | Держатель инструмента | + | + | + | + | + | |||
| 2 | Резцовая головка | + | + | + | + | + | |||
| 3 | Клин | - | - | - | - | + | |||
| 4 | Пружина | + | - | - | - | - | |||
| 5 | Штифт | + | - | - | + | - | |||
| 6 | Гайка | - | - | - | + | - | |||
| 7 | Втулка | + | - | + | - | - | |||
| б) Форма элементов | |||||||||
| 1 | Резцедержатель имеет механизм автоматического отвода | + | - | - | - | - | |||
| 2 | В корпусе борштанги выполнен паз типа «Ласточкин хвост» | - | - | - | - | + | |||
| 3 | Втулка имеет концентричное отверстие | + | - | - | - | - | |||
| 4 | Втулка состоит из полимерных волокон | - | - | + | - | - | |||
| 5 | Плоская головка для закрепления на ней режущей пластины | + | + | + | + | + | |||
| 6 | Корпус борштанги прямоугольного сечения | - | - | - | - | + | |||
В корпусе державки 2 с эксцентриситетом в 1,5 мм по отношению к оси присоединительного конуса выполнено центральное отверстие диаметром Ø18Н6. В это отверстие входит своим цилиндрическим хвостовиком поворотный резцедержатель 3 с механизмом автоматического отвода резца состоящим из шарика 4 и пружины 5. Соосно с отверстием, где установлен шарик в корпусе выполнено отверстие 6, диаметр которого меньше диаметра шарика на 0,2…0,4 мм.
В цилиндрический хвостовик резцедержателя 3 запрессован штифт 7. При чем диаметр отверстия выполнен большим (на 1…1,5 мм) чем диаметр штифта, что обеспечивает возможность поворота резцедержателя на небольшой угол.
Державка работает следующим образом. В процессе растачивания усилие резания Pz на резце 9 поворачивает резцедержатель до упора пальца 7 в поверхность отверстия. В этом состоянии выполняется расточка отверстия. После прекращения подачи подпружиненный шарик 4 поворачивает резцедержатель в исходное положение и вновь западает в отверстие 6.
При повороте резцедержателя благодаря наличию эксцентриситета вершина резца отойдет от обработанной поверхности и при выводе державки из расточенного отверстия не будет оставлять винтовой риски.
а) Показатели, обеспечивающие достижение цели усовершенствования объекта – повышение производительности обработки за счет использования прогрессивной конструкции борштанги.
б) Показатели, косвенно содействующие достижению цели – повышение производительности за счет уменьшения износа.
в) Показатели, не влияющие на достижение цели, но усиливающие полезные свойства объекта – повышение точности и качества обрабатываемых отверстий.
г) Показатели, не влияющие на достижение цели, но ослабляющие вредные свойства объекта:
– шероховатость;
– стоимость.
Показатели положительного эффекта заносим в таблицу 10.4.
Таблица 10.4
| Показатели положительного эффекта | ТР | Аналоги | ||||||
| 62–122210 | 4741584/ 00–80 | 485864/ 00–08 | 4619564 | 253876 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| 1 2 3 4 | а б в г | 4 2 3 1 | 2 1 0 1 | 2 1 1 0 | 1 0 0 0 | 3 2 3 1 | ||
| Сумма положительных эффектов | 10 | 4 | 4 | 1 | 9 | |||
Оцениваем обеспечение каждого показателя положительного эффекта каждым аналогом в баллах от -4 до +4. Заносим оценки в графы таблицы 10.4. Суммируем оценки по каждому аналогу, заносим их в нижнюю строку таблицы 10.5. Видим, что наибольшую сумму баллов имеет борштанга патент Японии №62–122210, автора Хирахара Кодзи и др. В этом техническом решении в наибольшей степени обеспечивается повышение производительности обработки за счет прогрессивной конструкции борштанги. Следовательно данное техническое решение является наиболее прогрессивным.
Исследования достигнутого уровня развития вида техники «Борштанга» показало, что цель усовершенствования – повышение производительности обработки за счет прогрессивной конструкции борштанги в наибольшей степени обеспечивается в ТР «Режущий инструмент» по патенту Японии №62–122210. Кроме того данное ТР позволяет уменьшить шероховатость, улучшить качество и точность обработанной поверхности. Поэтому данное ТР используем в конструкции усовершенствованной борштанги.
