Способ разламывания пластин из твердых материалов

(51)5 В 28 О 1/02 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР,; р,1 Аф,гю-, -А- Ф",",: Р".%БРр М уЩЩ щэжтл ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт сверхтвердых материалов АНУССР(56) Патент Франции М 2223968, кл. В 281/22, 1974.Заявка Японии М 52-39607, кл В 281/22, 1977.Заявка Великобритании М 1297561, кл.В 28 1/28, 1972,Изобретение относится к обработке камня и т.п. материалов и может быть использовано при изготовлении элементов из пластин путем их надрезания и разламывания, Область приложений изобретения, в частности, охватывает класс пластин из сверхтвердых материалов на основе алмаза, кубического нитрида бора, карбида бора и дртребующих, вследствие высокой твердости и жесткости, значительных затрат при обработке.Известен способ резки камня путем раскалывания, согласно которому на объекте производят надрез и со стороны противоположной надрезу прикладывают ударную нагрузку. Применение способа ограниченно классом крупногабаритных объектов с большой инерционностью при глубинах надрезов - несколько сантиметров,Известен способ разделения пластин с надрезами, согласно которому предварительно надрезанная пластина размещается между двумя гибкими пластинами, к которым посредством прижимных валков прикладывают нагрузку. К недостаткам способа следует отнести то, что используемая схема нагружения вследствие относительно высоо) спи 1794685 А 1(54) СПОСОБ РАЗЛАМЫВАНИЯ ПЛАСТИН ИЗ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Использование: обработка камня, сверхтвердых материалов, Сущность изобретения: пластину и прилегающие к ней податливые элементы помещают в замкнутый объем, ограниченный жесткими элементами, к которым прикладывают нагрузку, 2 зп,флы,3 ил. кой податливости гибких элементов не может обеспечить уровней нагрузок, достаточных для разламывания надрезанных (/пластин с высокой изгибной жес гкостью,Наиболее близким по технической сущ- Сности к заявляемому изобретению явл;етсяспособ оазламывания пластин, согласно которому предварительно надрезанную пластину помещают между податливыми аэлементами: упругим основанием и листомиз гибкого материала, к последнем; прикладывают нагрузку посредстг;ом пр,жи;1 ногоролика. Этот способ обладает тем же недо- +фстатком, что и способ-аналог. Кроме того, 00 с,из-за необходимости позиционирования 00прижимного ролика над каждой линиеи над- (Лреза, увеличивается продолжительностьпроцесса разламывания дл, пластин сосложной конфигурацией с большим количе-ством надрезов.Цель изобретения - расширение технологических возможностей, а также увеличениепроизводительности зэ счет одновременногоразламывания пластины по всем линиямнадрезов,В способе разлэмывания пластин иэтвердых материалов, включающем рэзме 1794685щение предварительно надрезанной по заданному контуру пластины между податливыми элементами, к которым посредством жестких элементов прикладывают нагрузку, пластину дополнительно ограничивают по боковым поверхностям, образуя над торцами пластины матричные полости, в которых помещают податливые элементы, имеющие жесткостные характеристики, асимметричные относительно срединной плоскости пластины и, по крайней мере, в одном элементе - переменные от боковой поверхности к центру,При этом приложенный способ отличается тем, что по крайней мере, один из податливых элементов выполняют из жидкого, пастообразного. или порошкового материала,Кроме того, на боковой поверхности пластины образуют сообщающуюся с имеющимися матричную полость, в которую помещают дополнительный податливый элемент.С позиции сопротивления материалов в пластине с надрезами (концентраторэми напряжений), нагруженной давлением 9, действуют максимальные напряжения,Оаах = а Б оц (1) где аБ - коэффициент концентрации напряжений;он - номинальные напряжения или напряжения в образце без концентратора. Можно считать, что уровни напряжений он пропорциональны величине нагрузки 9. Тогда нэ основании (1) имеем:Свах "ф а Бч (2) Разламывание пластинь происходит, когда напряжения сЪах превысят предел прочности материала пластины, Из анализа (2) следует два возможных варианта достижения требуемых уровней опах. При больших значениях а Б раэламывание наступает при меньших нагрузках 9 и наоборот, Однако повышение а Б, как правило, предполагает увеличение глубины надреза. Это сопряжено с дополнительными затратами, особенно при обработке сверхтвердых материалов, Поэтому предпочтительнее увеличивать уровни нагрузок при минимальных значениях а Б, При этом для разламывания пластины с большей изгибной жесткостью будут требоваться большие нагрузки 9. Их предельная величина будет ограничена несущей способностью жестких или податливых элементов, передающих давление на пластину. Согласно прототипу податливые элементы испытывают сжатие, близкое к одноосному, Предельная нагрузка 9 для случая одноосного сжатия не может превышать предел текучести материала податливогоэлемента - в противном случае произойдетего выдавливание. Ориентировочно можноограничить величину 9 уровнями 5-10 МПа,5 В предлагэемом изобретении податливыйэлемент помещается в матричную полость истеснен в своем деформировании, Это позволяет достигать нагрузочных давлений до1000 МПа и выше, вплоть до потери прочно 10 сти жестких нагрузочных элементов, окружающих матричную полость.Сказанное выше не ограничивает область использования изобретения и дляпластин с низкой изгибной жесткостью, уве 15 личивая производительность за счет одновременного раэлэмывэния пластины повсем линиям надрезов,На фиг. 1 показана деформированнаяпластина с надрезами; нв Фиг. 2 - схема20 нагрузок на пластине; на Фиг. 3 - схемаэлементов силовой цепи.Механизм взаимодействия признаковзаявляемой совокупности заключается вследующем.25 Исходной предпосылкой к разлому является изгибнэя деформация пластины, прикоторой растянутые волокна находятся состороны надрезов (фиг. 1). Для осуществления такого вида деформации применяют30 схему силового нагружения, которая вызывает в пластине изгибающие моменть, соответствующего знака. Рассмотрим например,достаточную общую схему, изображеннуюна Фиг, 2, Встречные нагрузки 91 и 92 дсим 35 метрично распределяют относительно срединной плоскости пластины, но ихравнодействующая равна нулю. Возможенвариант, когда прикладывают дополнител.- ную боковую нагрузку 9 з, которая увеличи 40 вает гидростатическую составляющуюнапряженного состояния и, как показалипроведенные эксперименты, улучшает качество разлома для пластин с высокой изгибной жесткостью. Давления 91, 92, 9345 передают на пластину 1 посредством податливых элементов 2, 3, 4 (Фиг, 3), конфигурация и (или) жесткость которь 1 х имеетхарактерную для закона распределения нагрузок 9 (Фиг. 2) асимметрию. Податливые50 элементы помещают в матричные полостии подвергают действию жестких нагрузочных элементов 5, б, 7 (фиг. 3), замыкающихсиловую цепь.Из удобства заполнения матричных по 55 лостей в качестве податливых элементов, повозможности, используют жидкие, пастообразные или порошхообраэные материалы.Причем в двух последних состояниях материалов легко получа 1 от композиции с заданными свойствами, Жидкости, как и1794685 25 другие материалы с нулевой или близкой к нулю сдвиговой жидкостью, применяют, как правило, в виде тонких прослоек, толщина которых соизмерима с деформациями пластины.П р и м е р 1. На алмазно-твердосплавной пластине диаметром 13,5 мм и высотой 3,5 мм со стороны твердого сплава протачивают диаметральный надрез сечением 0,3 х 0,3 мм. В цилиндрическую полость диаметром 13,5 мм с плоским основанием последовательно помещали; резиновый диск .высотой 1 мм; пластину надрезами вверх; графитовый диск высотой 3 мм; стальной цилиндр диаметром 13,5 мм с рабочим профилем в виде конуса с углом 150, обращенного вершиной вверх. К стальному цилиндру прикладывали давление 800 МПа, после чего пластина разламывалась вдоль надреза на две части.П р и м е р 2. В условиях примера 1 на пластине протачивали два, три или четыре диаметральных надреза, после чего пластиФормула изобретения 1, Способ разламывания пластин из твердых материалов, включающий размещение предварительно надрезанной по заданному контуру пластины между податливыми элементами, к которым посредством жестких элементов прикладывают нагрузку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей, а также увеличения производительности эа счет одновременного раэламывания пластины по всем линиям надрезов, пластину ограничивают по боковым поверхностям с образованием над торцами пластины матричных полостей, в на разламывалась вдоль надрезов соответственно на четыре, шесть и восемь частей.П р и м е р 3. В условиях примера 1графитовый диск заменили графитовым по рошком при высоте засыпки 4 мм, тем самым исключив предварительную операцию изготовления графитового диска. П р и м е р 4, В условиях примера 1 10 резиновый диск заменили слоем жидкогомашинного масла, который наносили путем контакта пластины со смоченной маслом поверхностью. При этом снижали стоимость вспомогательного материала.15 П р и м е р 5. В условиях примера 1диаметр цилиндрической полости и всех цилиндрических элементов, за исключением пластины, увеличивали до 20 мм, В образовавшуюся со стороны боковой поверхности 20 пластины полость поместили графитовоекольцо диаметром 20 мм и высотой 3,5 мм.В результате повысили качество поверхности разлома. которых размещают податливые элементы,которые имеют жесткостные характеристики, асимметричные относительно срединной плоскости и по крайней мере в одном30 элементе - переменные от боковой поверхности к центру,2, Способ поп.1, отл и ч а ю щийс ятем, что по крайней мере один из податливых элементов выполняют из жидкого, пас 35 тообразного или порошкообразного материала,3, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что на боковой поверхности пластины.образуют сообщающуюся с имеющимисядополнительную матричную полость, в кото 40 рую помещают податливый элемент,1794685Составитель Г,Афиногеновадактор Техред М,Моргентал Корректор М,Тк аказ ЗЙЗ Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035; Москва, Ж, Раушская наб., 4/5ул.Гагарина, 101роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж