Способ вибродеформационной обработки

(57) Изобретение отериалов резаниемвано при обрабдеталей среднейимущественно торния в поверхностндеформирующие ндического нагруже ДЕФОРМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Авторское свидетельство СС1222419, кл, В 23 В 1/00, 1985 тносится к обработке маи может быть использоотке цилиндрических и малой жесткости, пресионов, В процессе резвом слое детали создают . апряжения путем периония механическими выИзобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке цилиндрических деталей средней и малой жесткости, преимущественно тОрсионов.Известен способ обработки резанием вращающейся детали, заключающийся в ее закреплении по концевым сечениям и деформации до обработки путем нагружения одного из торцов крутящим моментом с усилиями, обеспечивающими создание состояния пластичности в поверхностном слое детали.Недостатком этого способа является образование первичной и вторичной зон областей пластических деформаций, что снижает удельную энергоемкость процесса 2сокочастотными или ультразвуковыми циклами перегрузки с величиной максимального усилия, соответствующего деформацииматериала при заданной величине предварительного уйрочненйя, Колебания детали - крутильные в направлении скоростй "реза- ния, Это позволяет изменять механические свойства матерйала и сузить" зонуинтенсивных пластических деформаций в зоне резания, сблизить во времени момент страгивания й йаступления пластической -неустойчивости, способствовать хрупкому развитию разрушения; Одновременно накладывают механические колебания на инструмент в направлении главного движения с периодом, обусловлейным циклами перегрузки, при этом учигываютзапас прочности детали при неограниченной эксплуатацйи; 2 ил. резания: снижается мощнбстьосновного (р процесса резания, характеризующего уменьшение удельного съема прийуска за счет срезанйя меньшей глубйны и ширины стружки, а также увелйчйвается дисСипатив- О ный расход энергии основнбгб процесса ре- О зания на йреодоление сопутствующих явлений (деформации детали и инструмента, износа инструмента, тепла и вибраций в зоне резания, вйутренних напряжений в детали);Цель изобретения - повышение точности обработки и удельной энергоемкости процесса резания за счет сближения во времени момента страгивания и наступления пластической неустойчивости в зойе "резания путемсоздания состояния предварительного упрочнения в поверхностном слое детали.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу обработки резанием вращающейся детали, согласно которому деталь, закрепленную по концевым сечениям,перед обработкой деформируют с усилиями, обеспечивающими создание деформирующих напряжений в поверхностном слоеметалла, деформирующие напряжения создают периодическим нагружением циклами перегрузки высокой или ультразвуковойчастоты с величиной максимального усилия,соответствующей деформации материалапри заданных величине предварительногоупрочнения и коэффицкента концентрацииусталостных напряжений, равном 1,4 - 2,0,при этом одновременно накладывают вынужденные механические колебания на инструмент в направлении главного движениярезания г периодом, равнЫм периоду нагружения цйклами перегрузки,Деформация детали с усилиями, обес печивающими создание состояния предварительного упрочнения в поверхностномслое детали позволяет в результате нагружений заготовки выше предела текучестинесколько изменять механические свойства. материала, повысить предел пропорци ональности, уменьшить относительныеостаточные деформации, сузить зону интенсивных локальных пластических деформаций, когда в материале развиваются толькоупругие деформации, при этом за счет сужения зоны интенсивных локальных пластических деформаций момент страгиванияи наступления пластической неустойчивости сближаются во времени, что способствуют хрупкому развитию разрушения.Деформация детали с заданной величиной деформационного упрочнения позволяет несколько изменить механическиесвойства материала, сузить зону интенсивных локальных пластических деформаций,способствовать переходу от вязкого разрушения к хрупкому за счет исчерпывания запаса пластичности, при этом повышаютточность об работки и снижают усилия, соответствующие условиям деформации.Наложение на инструмент механическйх высокочастотных или ультразвуковыхколебаний в направлении главного движения позволяет увеличить его жесткость на2 - 3 порядка, таккак жесткость увеличивается прямо пропорционально квадрату увеличения частоты.Наложение на инструмент механическйх высокочастотных или ультразвуковыхколебаний позволяет достичь степени приближения геометрических и других пара 5 1015202530354050 метров к заданным, когда разность между действительными и заданными расчетными параметрами уменьшается до теоретически возможной, позволяет снизить величину работы и усилие резания за счет увеличения жесткости, некоторого изменения механических свойств материала, использования преимуществ сверхскоростного резания, сужения зоны интенсивных пластических деформаций,В целом повышают точность обработки за счет увеличения жесткости заготовки и инструмента, повышают удельную энергоемкость процесса резания повышениеммощности основного процесса резания, характеризующего увеличение удельного съема припуска за счет срезания большейглубины и ширины стружки; внесением в основной и роцесс резания дополнительныхэнергетических факторов; деформационное упрочнение для обработки пластичных деталей, наложение высокочастотных или ультразвуковых колебаний, характеризующих повышение обрабатываемости материалов,а также уменьшением диссипативного расхода энергии основного процесса резания на преодоление сопутствующих явленийдеформации детали и инструмента, износа инструмента, тепла и вибрации в зоне резания, внутренних напряжений в деталиЗапас прочности при неограниченной эксплуатации определяют величиной 1,4- 2,0 в виде коэффициента концентрации ус-. талостных напряжений по методике расчетаодноосного напряженного состояния, Необходимость учета запаса прочности обусловлена обеспечением прочности детали примногоцикловом нагружении. На фиг, 1 приведен эскиз, поясняющийпроцесс осущесталения способа; на фиг. 2 -блок-схема системы для реализации предлагаемого способа,Система содержит обрабатываемую нежесткую деталь 1, закрепленную в патроне 2 передней бабки, и механизм 3зажима-вибратора крутильных колебаний, а также соединенные последовательно вибратор 5, установленный на суппорте станка, режущий инструмент 6и блок 4 управления микроЭВМ), подключенный к системе ЧПУ 7,С блоком 4 управления соединены вибраторы 3 и 5 и вход ЧПУ 7.Способ осуществляют следующим образом,Деталь 1 устанавливают в патроне 2 изажимают ее, Второй конец детали 1, обращенный к задней бабке, зажимают в механизм 3 зажима-вибратора крутильныхколебаний,1754330 55 где а - амплитуда вынужденных колебаний инструмента;Чокр.расч, - окружная скорость обрабатываемой поверхности; 6В соответствии с блок-схемой (фиг. 2) - период коле аний инструмента,лок управления запускает программу управления и включает зажим-вибратор 3 кру- ультразвуковых колебаний выбирают в диатильных колебаний, который сообщает пазоне 18 - 30 Г б- к ц, который о условлен тем,детали 1 механическиевысокочастотныейли 5 что колебания ниже 10 кГк ц могут передаультразвуковые колебания в направлении ваться не только через средства креплениянт, но и через узлы станвращения заготовки заданным крутящим мо- детали и инструмента номентом для создания предварительного уп- ка. Колебания выше 30 кГц сильно затухаютрочнения в поверхностном слое деталгпри прохождении через стыки, поэтому треПри постоянных значениях крутящего 10 буют большей мощности бмомента иности ви раторов, чтопо длине заготовки и размерах по- вызывает увеличение их габаритов.мплитуды о условленоперечного сечения полный угол закручива- Ограничение ам бния ур определяется по формулетем, что она ограниЧиваеится реакцией воздействия материала на ударные воздейи - о. : 15 стана а границах схорости.даформацииМ= Мк/6,а = 10 - 1 и скорости резания Ч =50 - 500 м/с,крутящий момент определяют выражением когда преобладают пластические деформации,Мк = т/г, После приведения в состояние колеба 20 ний детали 1 и инструмента 6 система ЧПУгде г, - модуль сдвига; 7 запускает программуобработки на станке.1=кг 4/2 - полярный момент инерции; При движении инструмента 6 в направг - радиус зоны предварительйого уп- лении(+02) из положения О со скоростью Чирочнения; = а всоз вт на участке 01 А 1(фиг. 1) происк = 0,5 оо - касательное напряжение в х дит эакоучивание детали 1 в направлении25 оповерхностном слое детали; вращения. В точке А 1 инструмент 6 вступаетв контакт с деформированной до состояния- напряжение предварительного уп- упрочнения обрабатываемой поверхностьюрочнения в поверхностном слое етали ср ом слое детали с и в течение времени резания тинструмент 6ной эксплуатации,учетом запаса прочности при неограничен и деталь 1 образуют на участке А В1 1 элементы пары (контакт). При дальнейшем движеВыражениедлянапряженияоозаписы- нии инструмента 6 в направлении (-02)ваютв видепроисходит разрыв элемента пары и разгрузка детали 1 от крутящего момента. Цикла +сгв 1 . 35 нагружения повторяют. На очередной заготовке повторяют цикл обработки,П р и м е р. Обтачивают деталь длинойгде о - предел текучести; 0-) 450 мм, диаметром ф) 20 мм.сЪ - предел прочности;. Режимы резания:К - коэффициент концентрации устало расчетная величина линейной скоростных напРЯжений пРи УдаРном нагРУже- стиобРабатываемойповеРхности(Чокррд ч)нии:.150 м/мин;Одновременно блок 4 управления глубина резания (т) 0,25-0,75 мм;включает вибратор 5, который воэбужда- подача (Я) 0,054 - 0,11 мм/об;ет механические высокочастотныеили уль период вынужденных колебаний деталитразвуковые колебания инструмента 6 в и инструмента Щ 50 10 с;направлении главного движения с перио-" . расчетноезначение амплитуды вынуждом, обусловленным циклами перегрузки йа денных колебаний инструмента (а) 100 мк.детали 1, и в противофазе, Резец проходной, твердосплавная плаКолебания инструменту 6 сообщают из 50 стинка Т 15 К 6..условия устойчивости и прерывистости ре- Обрабатываемый материал:зания в виде выражения сталь нормализованная, круг20 - 4 ГОСТ 74 П - 75а 12,5 Чокр.расч,Т 10 мк,45 - Т - 2 - Б ГОСТ 1050 - 74 .преде л текучести (др) 36 кг/мм 2;предел прочности (ов) 61 кг/мм;модуль сдвига (6) 8,110 кг/мм .Коэффициент концентрации усталостных напряжений при ударном нагруженииРасчетные величины;напряжение предварительного упрочнения в поверхностном слое заготовки с учетом запаса прочности при неорганической эксплуатации 5 36+61 2- 28,53 кгlмм;1 г, 1 10 то= 0,5 Оо= 14,26 кг/мм; М 1 г Р;г0 г 6 Ог14,26 450 3 42 10 з8,1 10 9,5 15 у 2- 4 46.При импульсном резании жесткости ин струмента и заготовки возрастают на 3-4 порядка за счет увеличения их собственных частот, при этом точность обработки повышается практически до теоретически возможной и определяется лишь огранкой, 25 обусловленной длиной обработки в каждом цикле колебаний инструмента,Импульсное приложение нагрузки приводит к уменьшениюнагрузок и усилий резания мИнимум в 10 раз, что позволяет 30 уменьшить мощность механизмов нагружения, при этом создаются такие условия, при которых зона интенсивности локальных пластических деформаций сужается,Абсолютная скорость резания в каждом цикле колебаний достигает величины 1000 - 1200 м/мин, что позволяет использовать преимущества высокоскоростного резания. Формула изобретения Способ вибродеформационной обработки, согласно которому деталь, закрепленную по концевым сечениям, перед обработкой резайием деформируют с усилиями,при которых в поверхностном слое металла создаются деформирующие напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности обработки и удельной энергоемкости процесса резания, деформирующее напряжение создают периодическим нагружением циклами перегрузки высокой частоты с величиной максимального усилия, соответствующей деформации материала при заданных величине предварительного упрочнения и коэффициенте концентрации усталостных напряжений, равном 1,4 - 2,0, при этом одновременно накладывают вынужденные механические колебания на инструмент в направлении главного движения резания с периодом, равным периоду нагружения циклами перегрузки,.2 оставитель А, Манько Редактор М. Петрова Техред М,Моргентал Корректор,Л. Ливринц ул.Гагарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж аказ 2847 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5