Способ обработки твердых материалов

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕ СКИХ 62763 А ПУБЛИ Н 9) 51)5 В 23 В ГОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВТОРСКО ИДЕТЕЛЬСТВ 26ий металлургический волоцкий, А,Ф,Кон троения, 1977,(54) СПОСОБ ОБТЕРИАЛОВ(56) Вестник машинос. 53, рис.1. относится к механообра быть использовано при твердых материалов (от ранит, мрамор). Цель изо бретения - повышение стоикости инструмента за счет интенсивности процесса трещинообразования. Устройство состоит из роликов 1 - 4, расположенных вокруг детали б в вертикальной плоскости с возможностью их радиального перемещения, каждый последующий ролик по направлению вращения детали б имеет уменьшение угла клина ролика, Усилие внедрения роликов в обрабатываемую деталь уменьшают для каждого последующего ролика по следующей зависимости Рк = Р 1/1,1-1,4 (К), где Рк - усилие внедрения К-го ролика; Р 1 - усилие внедрения первого ролика по направлению вращения детали; К - порядковый номер ролика по направлению вращения детали. 11 ил. 1 табл.данных показывает, что если внедрение в 35 40 45 50 энергоемкость процесса, С цельюувеличениястойкости ролика, снижения энергоемкости 55 Изобретение относится к механической обработке материалов, и может быть использовано при обработке высокотвердых материалов, таких как отбеленный чугун, гранит, мрамор. Цель изобретения - повышение стойкости инструмента за счет интенсивности процесса трещинообраэования.На фиг,1 - 3 изображена зависимость усилия внедрения клиновидного ролика Р, приводящего к интенсивному трещинообразованию материала при внедрении ролика с углом клина а = 60 в зависимости от радиуса закругления кромки ролика В. Так (фиг.4) при внедрении ролика с радиусом закругления кромки В = 1 мм усилие, необходимое для создания критического напряжения трещинообразования, раскрытия и старта трещины по траектории АВ, при данной геометрической схеме нагружения равно 2000 н, глубина внедрения клина при этом составляет Ь 1 = 2 мм. При увеличении радиуса закругления кромки ролика до В 2 = 2 мм (фиг,2) для создания критического напряжения трещинообразования необходимо усилие внедрения ролика Р 2 = 3200 н и глубина внедрения клина Ь 2 = 2.5 мм. При большем увеличении радиуса закругления кромки ролика (фиг.3) йз = 3 мм увеличивается усилие внедрения ролика Рэ = 4500 н и глубина внедрения пз= 3,5 мм.Данные, приведенные на фиг.1-3 получены экспериментальным путем, Анализ материал клиновидного ролика с острой кромкой и малым радиусом закругления создает при больших усилиях внедрения высокую концентрацию напряжения на дне накатываемой канавки в области точки А (фиг,4) и развитую сеть микротрещин, которые инициируют старт микротрещины и образование скола материала по траектории АВ, то ролик с большим радиусом закругления кромки наоборот эавальцовывает, залечивает образующиеся микротрещины и тем самым снижает способность материала к трещинообразованию (фиг,2 и 3), что приводит к тому, что старт микротрещины происходит уже при больших значениях усилия внедрения ролика Р, Резание с предразрушением следует осуществлять клиновидным роликом с острой кромкой, что снижает процесса, равномерного распределения нагрузки предлагают разделить общее усилие,приводящее к трещинообразованию, на несколько роликов. 10 15 20 25 30 На фиг.1 изображена конкретная схема способа обработки Материалов с воздействием на заготовку, например четырех клиновидных роликов, где 1 - первый после резца клиновидный ролик с углом клина а = 120", 2 - второй после резца клиновидный ролик с углом клина а 290, 3 - третий после резца клиновидный ролик с углом клина аз = 60, 4 - четвертый после резца клиновидный ролик с углом клина ад = 30; 5 - резец, 6 - обрабатываемая деталь.Все ролики расположены в одной вертикальной плоскости перпендикулярно оси обрабатываемого изделия, Ролики в своем движении опережают резец на величину а, равную глубине резания т, Ролики и резец перемещаются вдоль детали с одной и той же подачей Я. Деталь вращается со скоростью Ч, Ролики вращаются со скоростями, соответственно Ч-Ч 4, которые получают фрикционно от вращающейся детали 6. Ролики нагружают усилиями Р 1-Р. При воздействии на деталь четырех попарно противоположно расположенных роликов действия их взаимно уравновешиваются, не возникают нежелательные вибрации, пере.косы детали,Рассмотрим работу по предраэрушению поверхностного слоя одного клиновидного ролика и последовательную работу четырех роликов при одних и тех же режимах обработки.Если работу предразрушения выполняет один ролик, то, с целью сохранения его кромки и прочностных свойств, выбирают довольно большой угол его клина, Экспериментально получают, что максимальной прочностью обладают ролики с углом клина 100-120 О. Но при таких значениях угла клина ролика значительно возрастает и усилие внедрения его, необходимое для предразрушения материала.В таблице приведена зависимость усилия Р, приводящего к предразрушению материала, от угла клина ролика ссУвеличение нагрузки на разрушающий ролик влечетза собой увеличение нагрузки на всю систему СПИД, что отрицательно сказывается на ходе всего процесса резания с предраэрушением и на качестве обрабатываемой детали.Для повышения стойкости ролика, интенсивности процесса трещинообраэования, стойкости режущего инструмента и производительности обработки предлагают работу предразрушения разделить между несколькими роликами.Рассмотрим как происходит работа предразрушения, осуществляемая че 1662763тырьмя роликами с углами клина а .= 210,а = 90, аз =- 600, а 4=30. Первым внедряется ролик с углом клина а =- 120. Он производит первоначальное разрушение поверхностного слоя. По обеим граням 5 клина в материале возникает напряжение д (фиг,5), которое нарушает равновесное состояние материала в этой области, На поверхности детали образуются областии 1 вытесненного металла (фиг,5), которые представляют слабо сцепленные между собой объемы материала, Канавка такого профиля накатывается на дуге окружности ВС (фиг,1), Далее нагружают ролик 2 (фиг.1) с углом клина аг = 900 усилием Р 2, Канавка такого профиля накатывается на дуге СД (фиг,4). Ролик 2 накатывает канавку глубиной АВ (фиг,б). Усилие, потребное на внедрение ролика 2 на глубину АВ, меньше, чем беэ предварительно накатанной качавки роликом 1, так как в точке А при накатывании роликом 1 создается вершиной ролика концентратор напряжений, который ослабляет прочность материала, Ролик 2 создает действием своих граней в материале напряжение д 2 (фиг,б) которое, накладываясь на ранее созданное напряжение гт 1,еще более ослабляет материал. Ролик 3 с углом клина аз= 60 нагружают усилием Рз и он накатывает на дуге окружности СД канавку с углом профиля, равным 60. Глубина внедрения ролика 3 равна отрезку ВС (фиг.7). На внедрение ролика на эту глубину требуется меньшее усилие, чем при накатывании такой канавки без предварительной работы предыдущих двух роликов 1 и 2, так как материал уже ослаблен концентратором напряжения в точке В, созданным роликом 2. По обеим граням клина ролика 3 в материале возникают напряжения дэ, которые накладываются на ранее созданные напряжения д и д и снижают прочность материала,Ролик 4 с углом клина ад = 30 нагружают усилием Р 4 и он накатывает на дуге окружности ЕК канавку с углом профиля 30 (фиг,1). Глубина внедрения ролика 4 равна отрезку СД (фиг,8), На внедрение ролика на зту глубину требуется меньшее усилие, чем при накатывании такой канавки без предварительной работы предыдущих трех роликов, так как материал уже ослаблен действием роликов 1 - 3. Кроме того в точке С действует концентратор напряжения, созданный роликом 3,На фиг,9 показаны зависимости усилия внедрения ролика Р и глуоина внедрения Ь при работе одним роликом и при последовательной работе четырьмя роликами при раэныхуглах клина роликов(фиг,10), Иэ анализа графиков следует, что усилие внедрения ролика при последовательной работе четырех роликов в 1,8-2 раза меньше, чем при работе предраэрушения, осуществляемой одним роликом,Рассмотрим подробнее работу четвертого ролика, который создает условия для старта магистральной трещины. На фиг.11 представлена схема формирования канавки четырьмя роликами. Напряжения д - дэ, возникающие в материале от действия граней клиновых роликов, взаимно пересекаются, что значительно снижает прочность этих объемов материала, Теперь в материал вносят незначительный концентратор напряжения, которого будет достаточно для инициирования и старта магистральной трещины. Это напряжение создается четвертым роликом с малым углом клина ад= 30 и малым радиусом закругления кромки ролика Р 4 = 0,5 мм. Радиус закругления должен быть минимальным, чтобы образующиеся при внедрении четвертого ролика микро- трещины не залечивались и способствовали прорастанию магистральной микротрещины, образующей скол металла в плоскости резания, Магистральная трещина развивается между двумя концентраторами напряжений точкой Е и точкой Е (фиг,11) по тоаектории ЕЕ.При предразрушении четярьмя роликами уменьшается суммарная нагрузка на ролики в среднем в два раза, возрастает стойкость роликов в три раза. Это дает возможность увеличить режим обработки валков. а следовательно и производительность обработки в 1,8-2 раза. Для успешного осуществления резания с предраэрушением с использованием группы роликов небходимо оговорить угол клина первого ролика и угол клина последнего ролика. Так как на первый ролик приходится максимальная нагрузка и ролик обкатывает еще не ослабленную действием других роликов поверхность, то угол клина следует выбирать максимально возможным. Экспериментально определяют, что оптимальным является угол клина первого ролика, равный 110 - 1200, При меньших углах клина возможно быстрое выкрашивание режущей кромки первого предразрушающего ролика. Снижение нагрузки на первый ролик с целью повышения прочности его кромки нецелесообразно, так как возрастает нагрузка на следующие ролики с меньшими углами клина, что отрицательно сказывается на прочности роликов, а следовательно и напроизводительности обработки, Увеличение угла клина первого ролика свыше 120 приводит к значительному увеличению нагрузки на первый ролик и на всю систему СПИД, что отрицательно сказывается на всем процессе.Выбор угла клина последнего ролика определяется теми функциями, которые он должен выполнять. Последний ролик завершает работу всех предыдущих роликов, Если предыдущие ролики своим действием на материал накапливают в них напряжения, микротрещины, то последний ролик создает острый надрез (фиг,8), который является заключительным актом предразрушения. результатом которого является старт и прорастание магистральной трещины по траектории ДЕ (фиг.8) и образование скола материала в плоскости резания, Следовательно, угол клина последнего ролика должен быть минимальным, Эксперименты показывают, что оптимальным является угол клина последнего ролика, равный 30. Дальнейшее уменьшение угла клина катастрофически снижает прочность последнего ролика,Важнейшей характеристикой резания с предразрушением является усилие внедрения роликов. Эта величина зависит прежде всего от физико-механических свойств материала, угла клина ролика и от глубины, на которую нужно внедрить в материалы ролик, Чтобы сохранить достаточно долго в рабочем состоянии режущую кромку всех роликов максимальную нагрузку прикладывают к первому ролику (фиг.1, вид А) с наибольшим углом клина а 1 = 120 О, Величину нагрузки Р 1 определяют экспериментально, и она зависит от. физико-механических свойств материала, угла клина ролика а, геометрической схемы нагружения, т,е. от величины опережения вершины ролика по отношению к вершине резца а и от глубины резания т (фиг.1).Минимальную нагрузку прикладывают к последнему ролику (фиг.4, вид А) с малым углом клина айаг 30, Экспериментально определяют, что усилие внедрения роликов в обрабатываемую заготовку равномерно для каждого последующего от резца в на правлении вращения детали ролика в соответствии с закономерностьюР(1, 1 - 1.4) (К - 1 ) 10где К - номер ролика по направлению вращения детали; Рк . усилие внедрения К-го ролика; Р 1 - усилие внедрения первого ролика.15Формула изобретенияСпособ обработки твердых материалов,заключающийся в воздействии на обраба тываемую деталь деформирующего устройства и металлорежущего инструмента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости инструмента за счет увеличения интенсивности процесса тре щинообразования, воздействие осуществляют деформирующим устройством, состоящим из нескольких роликов с клиновой поверхностью, расположенных вокруг детали в вертикальной плоскости с возмож ностью их радиального перемещения, причем каждый последующий ролик по направлению вращения детали имеет уменьшение угла клина, а усилие внедрения роликов в обрабатываемую деталь умень- ,35 шают для каждого последующего ролика последующей зависимостиР 1Рк -(1,1 - 1,4) (К - 1)40где Р 1 - усилие внедрения первого ролика от резца по направлению вращения детали; К - порядковый номер ролика по направлению вращения детали; Р, - усилие внедре 45 ния К-го ролика.Составитель Д.КутеповРедактор М.Кобылянская Техред М.Моргентал Корректор Т,Мале Заказ 2224 Тираж 552 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035. Москва, Ж, Раушская наб., 45 од, ул.Гагарина, 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. 7 ф л