RU2499663C1 - Method of cutting ductile metals by high-strength thread - Google Patents
Method of cutting ductile metals by high-strength thread Download PDFInfo
- Publication number
- RU2499663C1 RU2499663C1 RU2012109620/02A RU2012109620A RU2499663C1 RU 2499663 C1 RU2499663 C1 RU 2499663C1 RU 2012109620/02 A RU2012109620/02 A RU 2012109620/02A RU 2012109620 A RU2012109620 A RU 2012109620A RU 2499663 C1 RU2499663 C1 RU 2499663C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cutting
- thread
- workpiece
- block
- metal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turning (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности, к способам пластической резки металлических заготовок, обладающих высокой пластичностью и низким напряжением текучести.The invention relates to mechanical engineering technology, in particular, to methods for plastic cutting of metal billets having high ductility and low yield stress.
Из уровня техники известны различные способы резки металлических заготовок в виде сортового проката на пресс-ножницах и в штампах, ленточными и дисковыми пилами, электро-химическим способом и абразивной механической резки струной (Машиностроение. Энциклопедия. Том III-2. Технология заготовительных производств. - М.: Машиностроение, 1996. - 736 с., SU 1689089, 7.11.1991; станок для резки полупроводниковых материалов АЛТЕК-1300 SM, www//ite.inst.cv.ua)From the prior art, various methods are known for cutting metal billets in the form of long products on press scissors and dies, band and circular saws, electrochemically and abrasive mechanical string cutting (Engineering. Encyclopedia. Volume III-2. Procurement production technology. - M .: Engineering, 1996. - 736 p., SU 1689089, 11.11.1991; machine for cutting semiconductor materials ALTEK-1300 SM, www // ite.inst.cv.ua)
Недостатками способов резки сортового проката на пресс-ножницах являются дефекты поверхности среза и искажение формы сечения в результате разделения заготовки отрывом и пластического изгиба, и ограничение отношения длины отрезаемой заготовки к размеру поперечного сечения. При резке в штампах указанные недостатки снижаются. Однако, сложность конструкции штампов, высокие требованиях к точности размеров осевого сечения и качеству поверхности заготовок затрудняют практическое применение этого способа. Механическая резка дисковыми и ленточными пилами и абразивная резка струной трудоемка и приводит к потерям металла при образовании разреза или пропила.The disadvantages of cutting methods for long products on shears are shear surface defects and section shape distortion as a result of separation of the workpiece by separation and plastic bending, and limitation of the ratio of the length of the cut workpiece to the size of the cross section. When cutting in stamps, these drawbacks are reduced. However, the complexity of the design of the dies, the high demands on the accuracy of the axial section size and the surface quality of the workpieces make the practical application of this method difficult. Mechanical cutting with circular and band saws and abrasive cutting with a string is laborious and leads to metal losses during the formation of a cut or cut.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является пластический способ резки сортового проката на пресс-ножницах (Машиностроение. Энциклопедия. Том III-2. Технология заготовительных производств. - М.: Машиностроение, 1996, стр.262, 263). При резке известным способом пластическая деформация возникает в начале внедрения ножей в виде серповидного «блестящего пояска» с последующим отрывом заготовки с грубой поверхностью разделения. Асимметрия сил, действующих на ножи, приводит к пластическому изгибу в зоне резки и искажению формы сечения. Дефекты формы торцевой поверхности требуют применения дополнительных операций калибровки при обработке давлением, или трудоемкой механической обработки торцов резанием. Отношение длины заготовки к размеру поперечного сечения ограничено минимальным значением 1,5.The closest technical solution to the proposed method is a plastic method of cutting high-quality rolled metal on press scissors (Engineering. Encyclopedia. Volume III-2. Procurement production technology. - M.: Engineering, 1996, pp. 262, 263). When cutting in a known manner, plastic deformation occurs at the beginning of the introduction of knives in the form of a crescent-shaped “shiny belt” with subsequent tearing of the workpiece with a rough separation surface. The asymmetry of the forces acting on the knives leads to plastic bending in the cutting zone and distortion of the cross-sectional shape. Defects in the shape of the end surface require the use of additional calibration operations during pressure processing, or laborious mechanical processing of the ends by cutting. The ratio of the length of the workpiece to the size of the cross section is limited to a minimum value of 1.5.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение эффекта пластического обтекания обрабатываемым металлом режущего инструмента в виде петли высокопрочной нити в процессе резки, что в итоге обеспечивает высокое качество поверхности среза и исключение потерь металла в отход при высокой производительности.The technical result of the claimed invention is to provide the effect of plastic flow around the metal being cut by the cutting tool in the form of a loop of a high-strength thread during the cutting process, which ultimately ensures a high quality of the cut surface and the elimination of metal loss in waste at high productivity.
Поставленный технический результат решается посредством способа резки изделий из алюминиевых сплавов и углеродистых сталей, включающего резку изделия посредством воздействия на него режущего инструмента, согласно изобретению, резку осуществляют нитью, выполненной из нержавеющей стали или вольфрама, при отношении температуры нагрева к температуре плавления металла обрабатываемого изделия T0=0,7-0,8.The technical result is solved by a method of cutting products from aluminum alloys and carbon steels, including cutting the product by exposure to a cutting tool according to the invention, cutting is carried out by a thread made of stainless steel or tungsten, with the ratio of the heating temperature to the melting temperature of the metal of the workpiece T 0 = 0.7-0.8.
Нагрев конструкционных сталей и сплавов обеспечивает снижение напряжения текучести и повышение пластичности, необходимое для реализации предлагаемого способа резки. Относительная температура T0, при которой достигается этот эффект, определяется как отношение абсолютной температуры нагрева к абсолютной температуре плавления (У. Джонсон, П. Меллор, Теория пластичности для инженеров, М. Машиностроение, 1979 г., стр.31). Для технически чистого свинца низкое напряжение текучести и высокая пластичность, характерная для углеродистых сталей при T0 в интервале 0.7-0.8, достигаются при комнатной температуре.Heating structural steels and alloys provides a decrease in yield stress and increase ductility, necessary to implement the proposed method of cutting. The relative temperature T 0 at which this effect is achieved is defined as the ratio of the absolute heating temperature to the absolute melting temperature (W. Johnson, P. Mellor, Theory of Plasticity for Engineers, M. Mechanical Engineering, 1979, p. 31). For technically pure lead, low yield stress and high ductility, characteristic of carbon steels at T 0 in the range of 0.7-0.8, are achieved at room temperature.
Изобретение поясняется графическими материалами, где:The invention is illustrated by graphic materials, where:
- на фиг.1 показано устройство для резки заготовок круглого сечения,- figure 1 shows a device for cutting blanks of circular cross section,
- на фиг.2 показано устройство для резки заготовок прямоугольного сечения.- figure 2 shows a device for cutting workpieces of rectangular cross section.
Способ резки пластичных металлов высокопрочной нитью осуществляется следующим образом.The method of cutting ductile metals with high strength thread is as follows.
При резке заготовки круглого сечения (фиг.1) заготовка 1 с радиусом г устанавливается на призматических опорах 2 на основание 3. Петля 4 гибкой высокопрочной нити, закрепленная на подвижном блоке 5 с радиусом R, надевается на заготовку 1. Начальное положение петли 4 и блока 5 показано штриховыми линиями. Основание 3 и опоры 2 имеют зазор для свободного перемещения петли 4. При перемещении S оси блока 5 под действием силы P, приложенной к ползунку 6 через трос 7, происходит врезание петли 4 в заготовку 1. Неразрезанная часть сечения заготовки показана на фиг.1 штриховкой.When cutting a round billet (Fig. 1), a
При малых отношениях диаметра нити d к диаметру заготовки D=2r происходит полное погружение нити в заготовку 1 и ее стационарное пластическое обтекание металлом: Непершин Р.И. Внедрение плоского штампа в жесткопластическое полупространство. «Прикладная математика и механика», Т.65, вып.1, 2002, стр.140-146; Непершин Р.И. Внедрение конечного клина в идеально пластическое полупространство. «Известия РАН. Механика твердого тела», 2003, №4, стр.176-182. При отсутствии смазки на контакте нити с заготовкой 1 образуется жесткая зона - «нарост» металла, перемещающийся вместе нитью. При внедрении нити происходит относительное скольжение по касательной к дуге контакта с заготовкой 1, вызывающее касательные напряжения Т, снижающее нормальное давление q на нить: Ивлев Д.Д., Максимова Л.А., Непершин Р.И. О вдавливании плоского штампа в идеальное жесткопластическое полупространство при действии контактных касательных напряжений. «Прикладная математика и механика», Т.65, вып.1, 2002, стр.134-139. При максимальном трении τ/σs→0.5, где σs - напряжение текучести, и полном погружении нити в заготовку 1 q≈2.64σs. Вследствие трения натяжение нити N возрастает вдоль дуги контакта с заготовкой 1 от точки симметрии A до выхода нити из заготовки 1 и определяется условием равновесияFor small ratios of the diameter of the thread d to the diameter of the workpiece D = 2r, the thread is completely immersed in the
где q0=2.64σs - нормальное давление на нить и ρ - радиус кривизны нити в точке A; l - длина дуги контакта, отсчитываемая от точки A. При углах дуги контакта меньше π/2 форма границы контакта с заготовкой 1 близка к окружности. Натяжение нити на выходе из заготовки 1 находим из формулы (1) при τ/σs=0.5 и l/ρ=π/2:N=3.42 σsρd. Максимальное натяжение возникает в начале разрезания при ρ=r. При перемещении оси блока 5 радиус кривизны ρ уменьшается до нуля и натяжение нити снижается. Предельный диаметр заготовки 1, ограниченный прочностью нити, определяется допускаемым напряжением [σ] на растяжение нити и напряжением текучести Gs материала заготовки 1where q 0 = 2.64σ s is the normal pressure on the thread and ρ is the radius of curvature of the thread at point A; l is the length of the contact arc, measured from point A. At contact arc angles less than π / 2, the shape of the contact boundary with the
При резке заготовки 1 с σs=20 МПа нитью из борного волокна d=0.2 мм при [σ]=3.5 ГПа находим D<16.1 мм. При радиусе блока R>r начальная длина дуги контакта l уменьшается, натяжение нити снижается и предельный диаметр разрезаемой заготовки 1 увеличивается. Сила P натяжения троса 6 определяется условием равновесия нити с блоком 5 без учета силы тяжести блока и тросаWhen cutting a
Начальный угол наклона α0 и длина замкнутой петли L нити определяются радиусами заготовки 1, блока 5 и межцентровым расстоянием а0 (фиг.1)The initial angle of inclination α 0 and the length of the closed loop L of the thread are determined by the radii of the
При задании радиуса кривизны ρ разрезаемого сечения в интервале r>ρ>0 угол α определяется из геометрического соотношенияWhen setting the radius of curvature ρ of the cut section in the interval r> ρ> 0, the angle α is determined from the geometric relation
Расстояние а между центром кривизны разрезаемого сечения и центром блока 5, смещение h центра кривизны и перемещение s центра блока 5 определяются формуламиThe distance a between the center of curvature of the cut section and the center of
На фиг.2 показана резка заготовки 1 прямоугольного сечения b×H, закрепленной прижимами 2 на основании 3, петлей нити 4 при перемещении s оси блока 5 под действием силы P, приложенной к ползунку 6 через трос 7. Штриховкой показана неразрезанная часть сечения заготовки 1 с радиусом кривизны ρ дуги контакта с нитью. Так как натяжение нити пропорционально ρ, то резку прямоугольного сечения следует вести по толщине заготовки b. Начальное положение петли 4 и блока 5 показано штриховой линией. Диаметр блока 5 целесообразно задавать больше толщины заготовки 1 2R>b для снижения длины контакта l и натяжения нити N. Начальный угол наклона нити α0 и длина петли L определяются размерами сечения заготовки 1 и блока 5 и начальным расстоянием a0 оси блока 5 от опорной плоскости основания 3 по формуламFigure 2 shows the cutting of a
Натяжение N на выходе нити из заготовки 1 и сила Р определяются формулами (1) и (3) при изменении угла α в зависимости от перемещения s оси блока 5. В начале процесса происходит пластическое врезание нити в заготовку 1 с углов с увеличением радиуса кривизны границы контакта до ρ=b/2. Затем наступает стационарная стадия процесса резки при постоянном радиусе ρ=b/2 с углом наклона нити α, определяемым из уравнения (5). На стационарной стадии расстояние h центра кривизны дуги контакта до основания 3 уменьшается от значения H-b/2 до нуля. Перемещение s оси блока 5 рассчитывается по формулеThe tension N at the outlet of the thread from the
На конечной стадии резки радиус кривизны ρ уменьшается до нуля. Угол α и перемещение s определяют из уравнений (5) и (8) при h=0 и уменьшении ρ от b/2 до нуля. Предельную толщину разрезаемой заготовки определяют из неравенства (2) с заменой D на b в левой части неравенства.At the final stage of cutting, the radius of curvature ρ decreases to zero. The angle α and the displacement s are determined from equations (5) and (8) with h = 0 and a decrease in ρ from b / 2 to zero. The limiting thickness of the cut workpiece is determined from inequality (2) with the replacement of D by b on the left side of the inequality.
В качестве режущего инструмента в виде гибкой нити может использоваться стальная проволока, борные или вольфрамовые волокна диаметром 0.1-0.2 мм. Прочность на разрыв этих нитей достигает значений 3.5-5 ГПа: Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. - М.: Наука, 1979, стр.709-713. Напряжение текучести в интервале 10-20 МПа для алюминиевых сплавов и углеродистых сталей достигается при относительной температуре нагрева T0=0.7-0.8. Нити из нержавеющей стали и вольфрама сохраняют высокую прочность при температурах 470-510°C и 1130°C, соответственно: Композиционные материалы. Справочник. Ред. В.В. Васильев, Ю.М. Тарнопольский. - М.: Машиностроение, 1990, стр.23, 24.As a cutting tool in the form of a flexible thread, steel wire, boron or tungsten fibers with a diameter of 0.1-0.2 mm can be used. The tensile strength of these threads reaches values of 3.5-5 GPa: Rabnov Yu.N. Mechanics of a deformable solid. - M .: Nauka, 1979, pp. 709-713. The yield stress in the range of 10-20 MPa for aluminum alloys and carbon steels is achieved at a relative heating temperature T 0 = 0.7-0.8. Stainless steel and tungsten filaments retain high strength at temperatures of 470-510 ° C and 1130 ° C, respectively: Composite materials. Directory. Ed. V.V. Vasiliev, Yu.M. Tarnopolsky. - M.: Mechanical Engineering, 1990, p. 23, 24.
Для проверки описанного способа резки заготовок изготовлена лабораторная установка по схемам, показанным на фиг.1 и фиг.2. Трос 7 наматывали на барабан с ручным приводом вращения рукояткой с длиной плеча относительно оси вращения барабана снижающей силу P в два-три раза. Выполнена резка образцов из технически чистого свинца при комнатной температуре, при которой заготовка имеет напряжение текучести 10-20 МПа и высокую пластичность, и из алюминиевого сплава АД1 при температуре 430-450°C (T0=0,7-0.8) стальной струной для музыкальных инструментов, d=0.2 мм, с прочностью на растяжение [σ]=2 ГПа. Предельная толщина (диаметр) разрезанных образцов 8-10 мм, что согласуется с оценкой (2). Поверхности среза были гладкими с небольшим заусенцем ~0.1 мм на выходе нити из зоны резания в нижней части образцов. Для теплоизоляции нагретого образца из сплава АД1 использовали асбестовые прокладки на зажимах (фиг.2).To verify the described method for cutting workpieces, a laboratory setup was made according to the schemes shown in Fig. 1 and Fig. 2. The
Опыты резки образцов с нагревом показали важность точного контроля температурного диапазона. При низких температурах происходили разрывы нити вследствие высокого значения σs заготовки. При высоких температурах, близких к температуре плавления, происходил грубый излом образцов вследствие хрупкости материала при грубых зернах с выраженным оплавлением по их границам.Experiments on cutting specimens with heating have shown the importance of accurate control of the temperature range. At low temperatures, the strand breaks occurred due to the high value σ s of the workpiece. At high temperatures close to the melting temperature, coarse fracture of the samples occurred due to the brittleness of the material with coarse grains with pronounced fusion along their boundaries.
Ограничения предлагаемого способа резки нагретых заготовок с низким напряжением текучести высокопрочной нитью в зависимости от относительной температуры нагрева заготовки T0 приведены в таблице.The limitations of the proposed method for cutting heated billets with a low yield stress with a high-strength thread, depending on the relative heating temperature of the billet T 0 are shown in the table.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012109620/02A RU2499663C1 (en) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | Method of cutting ductile metals by high-strength thread |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012109620/02A RU2499663C1 (en) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | Method of cutting ductile metals by high-strength thread |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012109620A RU2012109620A (en) | 2013-09-20 |
RU2499663C1 true RU2499663C1 (en) | 2013-11-27 |
Family
ID=49182957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012109620/02A RU2499663C1 (en) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | Method of cutting ductile metals by high-strength thread |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2499663C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2694302C2 (en) * | 2016-12-29 | 2019-07-11 | Прокарв | Cutting machine with two heated wires |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU261113A1 (en) * | А. В. Алтыкис , М. М. Колосков | METHOD OF CUTTING METAL BLINDS | ||
US6500048B1 (en) * | 1999-08-25 | 2002-12-31 | Sulzer Chemtech Ag | Method for separating profiled foils |
RU2252112C1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-05-20 | Воронежский государственный технический университет | Die set for cutting by shearing |
-
2012
- 2012-03-14 RU RU2012109620/02A patent/RU2499663C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU261113A1 (en) * | А. В. Алтыкис , М. М. Колосков | METHOD OF CUTTING METAL BLINDS | ||
US6500048B1 (en) * | 1999-08-25 | 2002-12-31 | Sulzer Chemtech Ag | Method for separating profiled foils |
RU2252112C1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-05-20 | Воронежский государственный технический университет | Die set for cutting by shearing |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МАНУЙЛОВ В.Ф. Машиностроение/Справочник. Том III-2, Технологии заготовительных производств. - М.: Машиностроение, 1996, с.262, 263. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2694302C2 (en) * | 2016-12-29 | 2019-07-11 | Прокарв | Cutting machine with two heated wires |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012109620A (en) | 2013-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Duan et al. | Finite element simulation and experiment of chip formation process during high speed machining of AISI 1045 hardened steel | |
JP4846197B2 (en) | Process for continuously cast metal slabs or strips, and plates or strips produced by this process | |
RU2499663C1 (en) | Method of cutting ductile metals by high-strength thread | |
Kajino et al. | New billet cutting process combining torsion and shear load to reduce droop height | |
Pesin et al. | Finite element simulation of shear strain in various asymmetric cold rolling processes | |
Jin-De et al. | Brittle precision cropping of metal materials | |
Grittner et al. | Co-extrusion of aluminium-titanium-compounds | |
UA96403C2 (en) | Method and forging complex for manufacturing hollow forgings | |
Adeosun et al. | Effect of die entry angle on extrusion responses of aluminum 6063 alloy | |
Wiesinger et al. | Impact of Equal Channel Angular Pressing (ECAP) on the machinability of an aluminium alloy (EN AW-6082) | |
Huang et al. | Application of mold trough design to blanking technology | |
Pilarczyk et al. | Effect of hydrodynamic and roller die drawing on the texture of high carbon steel wires | |
JP2000326079A (en) | Production of ferritic stainless steel welded tube satisfactory in workability | |
Nanjo et al. | Spinning workability of Al-Mg-Si alloy extruded tube using the forming die | |
Mertinger et al. | Deformability Tests of Pure Niobium | |
Mehtedi et al. | A sustainable solid state recycling of pure aluminum by means of friction stir extrusion process (FSE) | |
Chen et al. | The controlled fracture technique and its application in metalworking | |
Furui et al. | Development of extrusion-torsion simultaneous processing for grain refinement in Magnesium alloys | |
Kliber | Advanced forming technology | |
CN105598652B (en) | A kind of method for making ductile metal glass produce macroscopical stretching plastic | |
Gholami et al. | Mechanical surface treatments to improve fatigue performance of cp-Cu | |
Lee et al. | A study of the die roll height of SHP-1 and SCP-1 materials in the fine blanking process | |
CN210208475U (en) | Bolt machining device with grooved rod part | |
Thipprakmas et al. | Investigation on the increasing material hardness on fineblanked sprocket | |
SU1362571A1 (en) | Arrangement for crosswise cutting of tubular billets |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180315 |