SU1722695A1 - Способ обработки резанием твердого материала - Google Patents

Abstract

Использование; изобретение относитс  к механической обработке твердых материалов . Сущность изобретени  заключаетс  в предварительном разрушении поверхностного сло  предразрушающим клиновидным роликом. Перед действием предразрушаю- щего ролика на пересечении поверхности резани  и обработанной поверхности создают винтовую канавку дополнительным клиновидным роликом. Причем ролик устанавливают под углом к оси вращени  заготовки . После предразрушени  материала дополнительным клиновидным роликом ведут обработку инструментом с углом в плане р 90°. 6 ил., 4 табл.

Description

Изобретение относитс  к механической обработке материалов и может быть использовано при обработке твердых, хрупких материалов, таких как гранит, мрамор, керамика, каменное литье..

Цель изобретени  - повышение стойкости предраэрушающего ролика и режущего инструмента за счет уменьшени  нагрузки на них.

На фиг. 1 показана схема обработки и образовани  магистральной трещины при резании с предразрушением при работе проходным резцом, с углом в плане 7°; на фиг. 2 - то же, с углом в плане р 45°; на фиг. 3 - то же, с углом в плане у 90°; на фиг. 4 - схема обработки по предлагаемому способу; на фиг. 5 - геометрическа  форма заготовки, образующа с  при резании по. известному способу; на фиг. 6 - геометрическа  форма заготовки, образующа с  при резании по предлагаемому способу.

При резании с предразрушением одним из важнейших параметров, характеризующих процесс резани  с предразрушением, кроме обычных параметров, глубины резани , подачи, скорости резани ,  вл етс  усилие внедрени  предразрушающего ролика , его стойкость. Чем выше стойкость ролика, его способность сохран ть минимальным радиус закруглени  кромки и ее целостность, тем при меньших усили х внедрени  ролика возможно достичь интенсивного процесса трещинообразовани  в обрабатываемом материале. Стойкость роликов зависит от физико-механических свойств материала, из которого они изготавливаютс , и от усили  нагружени  их. А усилие нагружени  клиновых роликов, вызывающее рост микро- и макротрещин, заVJ

ю ю

Os О

СП

висит от угла клина ролика, радиуса закруглени  кромки ролика и от геометрической формы заготовки.

Рассмотрим зависимость усили  внедрени  ролика, привод щего к предразруше- нию материала, от геометрической формы заготовки, которую определ ют при резании с предразрушением с углом в плане резца у. Остальные углы режущей части резца не вли ют на геометрию обрабатываемой детали. На фиг. 1 показана схема обработки с предразрушением клиновым роликом 1 заготовки 2 с последующим точением проходным резцом с углом в плане р 7°. При данной геометрической схеме дл  образова- н и  микро- и макротрещин, а особенно дл  прорастани  магистральной трещины по траектории AiBi необходимо приложить к клиновому ролику значительную нагрузку и внедрить его на большую глубину в поверх- ность заготовки, так как два концентратора напр жений, между которыми прорастаетма- гистральна  трещина: концентратор напр жений , созданный клиновым роликом (точка AI), и концентратор напр жений, созданный вершиной резца (точка Bi), наход тс  один от другого на значительном рассто нии. В этом случае возможно прорастание микротрещин в области точки AL Но маловеро тно прорастание магистральной трещины между двум  кон- центраторами напр жений вточках AI и Bi, так как дл  этого необходимо приложить значительное усилие к клиновому ролику. А дл  таких материалов, как отбеленный легированный чугун , который разрушаетс  по упругов зкому механизму, вообще невозможно образование сколов поверхности резани  при такой геометрической схеме заготовки.

На фиг. 2 показана схема обработки заготовки 2 с предраэрушенным клиновым роликом 1 с последующим точением проходным резцом 3 с углом в плане р 45°. В этом случае усилие внедрени  клинового ролика , необходимое дл  образовани  микро- и макротрещин, прорастани  магистраль- ных трещинрбудет меньше, чем в первом случае, когда у 7°, так как два концентратора напр жений А2 и 82, между которыми и развиваетс  магистральна  трещина, наход тс  уже ближе один к другому, чем в первом случае при , (AiBi A). Развитие и прорастание магистральной трещины по траектории AzBz будет происходить при усили к 2, меньших, чем PI..

На фиг. 3 показана схема обработки за- готовки 2 с предрвзрушением клиновым роликом 1 с последующим точечным резцом 3 с углом в плане $ - 90°. В этом случае геометрическа  схема с точки зрени  образовани  магистральных трещин между двум  концентраторами напр жений будет наиболее выгодной. Так как концентраторы напр жений , создаваемые клином и вершиной резца, расположены максимально близко один к другому и траектори  движени  трещины будет минимальной, то следовательно и энергетические затраты на ее образование также будут минимальными.

Анализиру  изложенное выше, можно сделать вывод, что минимальным будет усилие на ролике, необходимое дл  создани  макро- и микротрещин в обрабатываемом материале в том случае, когда обработка будет вестись проходным резцом с углом в плане р 90° (фиг. 3).

В табл. 1 приведены значени  усилий внедрени  клинового ролика, привод щие к предразрушению обрабатываемого материала , при обработке резцами с различными углами в плане р, обрабатываемый материал - отбеленный чугун.

Проходные резцы с углом в плане р 90° в практике обработки материалов резанием не примен ютс , проходной резец угол в плане рбольше, чем 90°, иметь не может. Максимальный угол в плане .

Из анализа данных табл. 1 следует, что минимальным будет усилие предразруше- ни  при обработке резцом с углом в плане р 90°. Но резцы с большими углами в плане (р 75-90° имеют низкую стойкость , особенно в вершине резца. Дл  того , чтобы снизить нагрузку на вершину резца по предлагаемому способу, следует предварительно, перед действием предразрушающего ролика, инструментом , установленным под углом к оси заготовки , создать винтовую канавку на пересечении поверхности резани  и обработанной поверхности заготовки, Тогда последовательность операций будет следующей: предварительно, работа  одним резцом , проточить небольшой участок заготовки, 5-10 мм, дл  того, чтобы создать необходимую геометрическую форму заготовки дл  последующего воздействи  на нее предразрушающего ролика. Затем (фиг. 4) дополнительным инструментом, установленным под углом к оси заготовки 2, на пересечении обработанной поверхности и поверхности резани  детали создают канавку , форма которой может быть различной: треугольной, полукруглой и т. д. Инструмент, создающий канавку, может быть выбран произвольно. Это может быть резец, нарезающий канавку треугольного профил , а может быть и ролик, который

будет накатывать канавку. Возможно использование и других инструментов дл  создани  канавки. Главна  цель-снизить до минимума нагрузку на вершину режущего инструмента, которым в нашем случае  вл етс  проходной резец с углом в плане р 90°, у которого очень у звима вершина. А предварительно нарезанна  канавка снимает материал именно в той области, где бы пришлось работать вершине резца. Теперь после предварительного создани  на заготовке на пересечении поверхности резани  и обработанной поверхности канавки, своеобразного поднутрени , вступает в работу клиновой ролик 3, который предразрушает перед резанием обрабатываемый материал. При созданной геометрической форме заготовки (фиг. 4), отличающейс  от обычной наличием дополнительной канавки, работа разрушени  клинового ролика будет совершатьс  при меньших усили х на него, чем при резании известным способом.

При обычном резании с пред разрушением (фиг. 5) вершина резца создает в точке В концентратор напр жений, мощность которого уменьшает радиус закруглени  вершины резца R. В точке А создаетс  мощный концентратор напр жений вершиной клинового ролика,. При взаимном воздействии между этими двум  концентраторами напр жений прорастает магистральна  трещина пэ траектории АВ, образу  скол материала . При резании по предлагаемому способу образуетс  геометрическа  форма заготовки, показанна  на фиг. 6. В этом случае очевидно, что прорастание магистральной трещины и образование скола материала по траектории А1 В1 произойдет при меньшем усилии Р, так как концентратор напр жений, созданный в точке В , будет значительно мощнее, чем концентратор напр жений в точке В за счет канавки, своеобразного надреза, который, как известно ,  вл етс  мощным концентратором напр жений и источником дефектов структуры , по которым идет в дальнейшем развитие макро-и микротрещин.

В табл. 2 приведены данные зависимости усили  внедрени  клинового ролика Р, привод щего к образованию макротрещин и сколов в поверхности резани , при, резании по известному и предлагаемому способам отбеленных чугунов, когда предварительно создаетс  канавка на пересечении поверхности резани  и обработанной поверхности.

Из анализа данных табл. 2 следует, что усилие, необходимое дл  предразрушёни  при резании по предлагаемому способу, уменьшаетс  на 25-30% в сравнении с резанием по известному способу. Поскольку уменьшаетс  нагрузка на предразрушэю- щий ролик, то, естественно, повышаетс  его стойкость.

5 В табл.3 приведены данные о стойкости

пред разрушающе го ролика Т при резании

отбеленных чугунов по литейной корке по

известному и предлагаемому способам.

На основании результатов проведен0 ных экспериментов определено, что стойкость предразрушающего ролика можно увеличить на 20-25% в сравнении с резанием по известному способу.

При резании по предлагаемому способу

5 съем припуска на обработку совершаетс  в основном клиновидным твердосплавным роликом за счет посто нного образовани  в зоне его действи  сколотых элементов обрабатываемого материала, образованных

0 магистральной трещиной АВ (фиг. 4) в плоскости резани . Процесс съема припуска на обработку будет представл ть собой процесс последовательных актов образовани  отдельных сколов обрабатываемого мате5 риала в област х между концентратором напр жений, созданным клиновидным роликом , и концентратором напр жений, созданным дополнительным инструментом на пересечении поверхности резани  и об0 работанной поверхности. Резец же будет лишь срезать и подчищать незначительные объемы обрабатываемого материала и заново воссоздавать первоначальную геометрическую форму заготовки. Резец будет

5 испытывать значительно меньше нагрузки, чем при резании по известному способу, так как основна  масса припуска на обработку к моменту его действи  уже будет удалена за счет воздействи  на заготовку клинового

0 ролика. Нагрузка на резец в сравнении с обычным резанием с предразрушением значительно снижаетс , стойкость его повышаетс . Этот способ позвол ет повысить производительность обработки твердых

5 хрупких материалов при значительном повышении стойкости резца.

В табл. 4 приведены результаты экспериментального исследовани  предлагаемого способа при определении его

0 производительности в сравнении с известным способом при обработке бочек гранитных валов.

Предлагаемый способ обработки твердых хрупких материалов, таких как

5 керамика, гранит, каменное литье, дает возможность производить обработку заготовок при больших значени х подачи, когда значени  приближаютс  к величинам, составл ющим 0,5 глубины резани  t. Увеличение подачи инструмента 4 (фиг. 4) в определенных пределах не будет значительно сказыватьс  на стойкости предразрушающего ролика , поскольку при каждом последующем увеличении подачи на обработку длина траектории прорастающей магистральной трещи ны А1В (фиг. 6), образующей скол обрабатываемого материала в плоскости резани , увеличиваетс  незначительно, а следовательно и увеличение энергетических затрат на образование этих трещин будет также незначительным. Следует ожидать также незначительного вли ни  на стойкость резца подачи на обработку, так как основной припуск на обработку заготовки будет сниматьс  клиновым пред разрушающим роликом, образующим сколы материала в плоскости резани , производ щим своеобразное лущение обрабатываемого материала, а резец будет лишь подчищать поверхность резани . Эти зависимости будут определены при дальнейшем экспериментальном исследовании предлагаемого способа.

Осуществление резани  по предлагаемому способу особо эффективно при черновой обработке поверхности заготовок после лить  со съемом больших объемов материала , например при обработке чугунных валков по черновой литейной корке, покрытой песком, пригаром, раковинами, т. е. различными дефектами поверхности, образующимис  после лить , когда поверхность достаточно тверда , но и хрупка . Кроме того, предлагаемым способом можно обрабатывать керамику, гранит, каменное литье.

Вопрос об угле расположени  у дополнительного инструмента с осью заготовки (фиг. 4) может решатьс  как исход  из конструктивных соображений, так и из технологических . Чем меньше будет угол у, тем меньшей глубины будет канавка, остающа с  на обработанной поверхности, и тем меньше будет глубина резани  на последующих чистовых операци х.

Глубина канавки, создаваемой дополнительным инструментом на пересечении поверхности резани  и обработанной поверхности , определ етс  экспериментально дл  каждого материала и составл ет, как показали эксперименты. /1 /4-1 /5 глубины резани  t.

Пример. Обрабатывались бочки

гранитных валов, диаметр валка 450 мм, длина 1000 мм, с помощью специального разработанного устройства, Обработка велась резцом, оснащенным пластиной твердого сплава марки ВКЗМ с углом в плане . Операци  предразрушени  осуществл лась твердосплавным клиновым роликом с углом клина р 90°, диаметром 120 мм. Предварительно перед воздействием клиновидного предразрушающего ролика специальным резцом, установленным в разработанном устройстве и расположенным под углом 45° к оси заготовки, на пересечении поверхности резани  и

обработанной поверхности нарезалась канавка треугольного профил  глубиной, равной 1/4 глубины резани  t. Было определено , что стойкость предразрушающего ролика увеличилась в сравнении с

резанием по известному способу на 30-35 %. Стойкость резца возросла на 35-40%, а производительность увеличилась в 2 раза.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ обработки резанием твердого материала, согласно которому предварительно разрушают его поверхностный слой предразрушающим клиновидным роликом и осуществл ют механическую обработку,

   отличающийс  тем, что, с целью повышени  стойкости предразрушающего ролика и инструмента за счет уменьшени  нагрузки на них, предварительно перед действием предразрушающего ролика

   на пересечении поверхности резани  и обработанной поверхности создают винтовую канавку дополнительным клиновидным роликом, установленным под углом к оси вращени  заготовки, а после предразрушени  материала дополнительным клиновидным роликом ведут обработку инструментом с углом в плане р 90°.

   Таблица 1

   Фм.1

   Таблица 2

   Таблица 3

   Таблица 4

   1

   L