SU1754330A1 - Method of vibrodeformation machining - Google Patents
Method of vibrodeformation machining Download PDFInfo
- Publication number
- SU1754330A1 SU1754330A1 SU904897922A SU4897922A SU1754330A1 SU 1754330 A1 SU1754330 A1 SU 1754330A1 SU 904897922 A SU904897922 A SU 904897922A SU 4897922 A SU4897922 A SU 4897922A SU 1754330 A1 SU1754330 A1 SU 1754330A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- cutting
- tool
- processing
- overload
- cycles
- Prior art date
Links
Landscapes
- Milling Processes (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке цилиндрических деталей средней и малой жесткости, преимущественно торсионов В процессе резани в поверхностном слое детали создают деформирующие напр жени путем периодического нагружени механическими высокочастотными или ультразвуковыми циклами перегрузки с величиной максимального усили , соответствующего деформации материала при заданной величине предварительного упрочнени . Колебани детали - крутильные в направлении скорости резани . Это позвол ет измен ть механические свойства материала и сузить зону интенсивных пластиче ских деформаций в зоне резани , сблизить во времени момент страгивани и наступлени пластической неустойчивости, способствовать хрупкому развитию разрушени . Одновременно накладывают механические колебани на инструмент в направлении главного движени с периодом, обусловленным циклами перегрузки , при этом учитывают запас прочности детали при неограниченной эксплуатации 2 ил.The invention relates to the processing of materials by cutting and can be used in the processing of cylindrical parts of medium and low rigidity, mainly torsions. In the process of cutting in the surface layer, deformation stresses are created by periodically loading with mechanical high-frequency or ultrasonic overload cycles with the magnitude of the maximum force corresponding to the material deformation. pre-hardening value. The oscillation details are torsional in the direction of the cutting speed. This allows changing the mechanical properties of the material and narrowing the zone of intense plastic deformations in the cutting zone, bringing together in time the time of pulling and the onset of plastic instability, and contribute to the fragile development of destruction. At the same time, mechanical oscillations are imposed on the tool in the direction of the main movement with a period caused by overload cycles, while taking into account the safety factor of the part with unrestricted operation of 2 sludge.
Description
Изобретение относитс к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке цилиндрических деталей средней и малой жесткости, преимущественно торсионов.The invention relates to the processing of materials by cutting and can be used in the processing of cylindrical parts of medium and low rigidity, mainly torsions.
Известен способ обработки резанием вращающейс детали, заключающийс в ее закреплении по концевым сечени м и деформации до обработки путем нагружени одного из торцов крут щим моментом с усили ми , обеспечивающими создание состо ни пластичности в поверхностном слое детали.A known method of machining a rotating part consists in fastening it over end sections and deformation prior to treatment by loading one of the ends with a torque with efforts that create a state of plasticity in the surface layer of the part.
Недостатком этого способа вл етс образование первичной и вторичной зон областей пластических деформаций, что снижает удельную энергоемкость процессаThe disadvantage of this method is the formation of the primary and secondary zones of plastic deformation areas, which reduces the energy intensity of the process.
резани : снижаетс мощность основного процесса резани , характеризующего уменьшение удельного съема припуска за счет срезани меньшей глубины и ширины стружки, а также увеличиваетс диссипатив- ный расход энергииТоснбвНого процесса резани на преодоление сопутствующих влений (деформации детали и инструмента , износа инструмента, тепла и вибраций в зоне резани , внутренних напр жений в детали ).cutting: the power of the main cutting process, which characterizes the reduction in the specific removal of the allowance due to the cutting of a smaller depth and width of the chip, decreases, and the dissipative energy consumption of the cutting process to overcome the associated phenomena (deformation of the part and tool, tool wear, heat and vibrations in the internal stresses in parts).
Цель изобретени - повышение точности обработки и удельной энергоемкости процесса резани за счет сближени во времени момента страгивани и наступлени пластической неустойчивости в зоне резани путемThe purpose of the invention is to improve the accuracy of processing and the specific energy intensity of the cutting process due to the approaching time of moving and the onset of plastic instability in the cutting area in time.
VIVI
слcl
Јь CJ 00 ОC CJ 00 About
создани состо ни предварительного упрочнени в поверхностном слое детали.creating a state of preliminary strengthening in the surface layer of the part.
Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу обработки резанием вращающейс детали, согласно которому деталь , закрепленную по концевым сечени м, перед обработкой деформируют с усили ми , обеспечивающими создание деформирующих напр жений в поверхностном слое металла, деформирующие напр жени создают периодическим нагруженном циклами перегрузки высокой или ультразвуковой частоты с величиной максимального усили , соответствующей деформации материала при заданных величине предварительного упрочнени и коэффициента концентрации усталостных напр жений, равном 1,4-2,0, при этом одновременно накладывают вынужденные механические колебани на инструмент в направлении главного движени резани г периодом, равным периоду нагру- жени циклами перегрузки.The goal is achieved by the fact that according to the method of machining a rotating part, according to which the part fixed on the end sections is deformed before the treatment with efforts that create deforming stresses in the surface layer of the metal, the deforming stresses create periodic or high load ultrasonic frequency with a maximum force value corresponding to the deformation of the material for a given amount of preliminary hardening and coefficient of cone concentration of fatigue stresses equal to 1.4-2.0, while simultaneously imposing forced mechanical oscillations on the tool in the direction of the main cutting motion g with a period equal to the period of loading with cycles of overload.
Деформаци детали с усили ми, обеспечивающими создание состо ни предварительного упрочнени в поверхностном слое детали позвол ет в результате нагру- жений заготовки выше предела текучести несколько измен ть механические свойства материала, повысить предел пропорциональности , уменьшить относительные остаточные деформации, сузить зону интенсивных локальных пластических деформаций , когда в материале развиваютс только упругие деформации, при этом за счет сужени зоны интенсивных локальных пластических деформаций момент страгивани и наступлени пластической неустойчивости сближаютс во времени, что способствуют хрупкому развитию разрушени .The deformation of the part with the efforts to create a state of preliminary hardening in the surface layer of the part allows, as a result of loading the workpiece above the yield strength, somewhat change the mechanical properties of the material, increase the proportionality limit, reduce the relative permanent deformations, narrow the zone of intense local plastic deformations, when only elastic deformations develop in the material, while due to the narrowing of the zone of intense local plastic deformations, the moment of Ivanov and the occurrence of plastic instability approach each other in time, which contributes to the fragile development of destruction.
Деформаци детали с заданной величиной деформационного упрочнени позвол ет несколько изменить механические свойства материала, сузить зону интенсивных локальных пластических деформаций, способствовать переходу от в зкого разрушени к хрупкому за счет исчерпывани запаса пластичности, при этом повышают точность обработки и снижают усили , соответствующие услови м деформации.The deformation of a part with a predetermined strain hardening value allows slightly changing the mechanical properties of the material, narrowing the zone of intense local plastic deformations, facilitating the transition from viscous to brittle fracture due to depletion of plasticity, while increasing the accuracy of processing and reducing the forces corresponding to the deformation conditions.
Наложение на инструмент механических высокочастотных или ультразвуковых колебаний в направлении главного движени позвол ет увеличить его жесткость на 2-3 пор дка, таккак жесткость увеличиваетс пр мо пропорционально квадрату увеличени частоты.The imposition of mechanical high-frequency or ultrasonic vibrations on the instrument in the direction of the main motion increases its rigidity by 2-3 times, since the rigidity increases in direct proportion to the square of the frequency increase.
Наложение на инструмент механических высокочастотных или ультразвуковых колебаний позвол ет достичь степени приближени геометрических и других параметров к заданным, когда разность между действительными и заданными расчетными параметрами уменьшаетс до теоретически возможной, позвол ет снизить величину работы и усилие резани за счет увеличени жесткости, некоторого изменени механических свойств материала, использовани преимуществ сверхскоростного резани , сужени зоны интенсивных пластическихThe imposition of mechanical high-frequency or ultrasonic vibrations on an instrument allows one to achieve a degree of geometric and other parameters approaching the set, when the difference between the actual and set design parameters decreases to the theoretically possible, reduces the amount of work and the cutting force by increasing the rigidity, some changes in the mechanical properties material, using the advantages of ultrafast cutting, narrowing the zone of intense plastic
0 деформаций.0 deformations.
В целом повышают точность обработки за счет увеличени жесткости заготовки и инструмента, повышают удельную энергоемкость процесса резани повышениемIn general, they increase the machining accuracy by increasing the rigidity of the workpiece and the tool, increase the energy intensity of the cutting process by increasing
5 мощности основного процесса резани , ха- рактеризующего увеличение удельного съема припуска за счет срезани большей глубины и ширины стружки; внесением в основной процесс резани дополнительных5 of the power of the main cutting process, which characterizes the increase in the specific removal of the allowance due to the cutting of a greater depth and width of the chip; adding to the main cutting process
0 энергетических факторов: деформационное упрочнение дл обработки пластичных деталей , наложение высокочастотных или ультразвуковых колебаний, характеризующих повышение обрабатываемости материалов,0 energy factors: strain hardening for processing plastic parts, the imposition of high-frequency or ultrasonic vibrations, characterizing the increase in machinability of materials,
5 а также уменьшением диссипативного расхода энергии основного процесса резани на преодоление сопутствующих влений деформации детали и инструмента, износа инструмента, тепла и вибрации в зоне реза0 ни , внутренних напр жений в детали.5 and also by reducing the dissipative energy consumption of the main cutting process to overcome the attendant phenomena of deformation of the part and tool, tool wear, heat and vibration in the area of cutting, internal stresses in the part.
Запас прочности при неограниченной эксплуатации определ ют величиной 1,4- 2,0 в виде коэффициента концентрации усталостных напр жений по методике расчетаThe safety factor for unrestricted operation is determined by a value of 1.4-2.0 as a concentration factor of fatigue stresses according to the method of calculation
5 одноосного напр женного состо ни , Необходимость учета запаса прочности обусловлена обеспечением прочности детали при многоцикловом нагружении,5 uniaxial stress state, The need to take into account the safety margin is due to ensuring the strength of the part under multi-cycle loading,
На фиг 1 приведен эскиз, по сн ющийFig. 1 is a sketch for reference.
0 процесс осуществлени способа; на фиг. 2 - блок-схема системы дл реализации предлагаемого способа.0 the process of the method; in fig. 2 is a block diagram of a system for implementing the proposed method.
Система содержит обрабатываемую нежесткую деталь 1, закрепленную в патро5 не 2 передней бабки, и механизм 3 зажима-вибратора крутильных колебаний , а также соединенные последовательно вибратор 5, установленный на суппорте станка, режущий инструмент 6The system contains a machined non-rigid part 1, fixed in patro5 not 2 front headstock, and a torsional vibration vibrator-clamping mechanism 3, as well as a vibrator 5 connected in series, mounted on a machine caliper, cutting tool 6
0 и блок 4 управлени (микроЭВМ), подключенный к системе ЧПУ 7.0 and control unit 4 (microcomputer) connected to the CNC system 7.
С блоком 4 управлени соединены вибраторы 3 и 5 и вход ЧПУ 7.Vibrators 3 and 5 and the input of the CNC 7 are connected to the control unit 4.
Способ осуществл ют следующим обра5 зом.The method is carried out as follows.
Деталь 1 устанавливают в патроне 2 и зажимают ее. Второй конец детали 1, обращенный к задней бабке, зажимают в механизм 3 зажима-вибратора крутильных колебаний.Item 1 is installed in the cartridge 2 and clamp it. The second end of the part 1, facing the tailstock, is clamped into the mechanism 3 of the clamping vibrator torsional vibrations.
В соответствии с блок-схемой (фиг. 2) блок 4 управлени запускает программу управлени и включает зажим-вибратор 3 крутильных колебаний, который сообщает детали 1 механические высокочастотные или ультразвуковые колебани в направлении вращени заготовки заданным крут щим моментом дл создани предварительного упрочнени в поверхностном слое деталиIn accordance with the block diagram (Fig. 2), control unit 4 starts the control program and turns on torsional vibration vibrator 3, which informs the part 1 of mechanical high-frequency or ultrasonic vibrations in the direction of rotation of the workpiece with a predetermined torque to create pre-strengthening in the surface layer the details
При посто нных значени х крут щего момента по длине заготовки и размерах поперечного сечени полный угол закручивани р определ етс по формулеAt constant torque values along the length of the workpiece and the cross-sectional dimensions, the total twisting angle p is determined by the formula
йЗ MKI/Gb ,W MKI / Gb,
s s
крут щий момент определ ют выражениемtorque is determined by
Мк т°10/г,Mk t ° 10 / g,
где G - модуль сдвига;where G is the shear modulus;
I лт4/2 - пол рный момент инерции;I lt4 / 2 is the polar moment of inertia;
г - радиус зоны предварительного упрочнени ;g is the radius of the preliminary hardening zone;
т° 0,5 о° - касательное напр жение в поверхностном слое детали;t ° 0.5 ° o - tangential stress in the surface layer of the part;
0° - напр жение предварительного упрочнени в поверхностном слое детали с учетом запаса прочности при неограничен- ной эксплуатации.0 ° is the pre-hardening voltage in the surface layer of the part, taking into account the safety margin with unlimited operation.
Выражение дл напр жени о° записывают в видеThe expression for the voltage about ° is written as
о0-От +0вo0-from + 0v
где От - предел текучести;where From - yield strength;
OB - предел прочности;OB - ultimate strength;
k - коэффициент концентрации устало- стных напр жений при ударном нагруже- нии.k is the coefficient of concentration of fatigue stresses under shock loading.
Одновременно блок 4 управлени включает вибратор 5, который возбуждает механические высокочастотные или ультразвуковые колебани инструмента 6 в направлении главного движени с периодом , обусловленным циклами перегрузки на детали 1, и в противофазе.At the same time, the control unit 4 switches on the vibrator 5, which excites mechanical high-frequency or ultrasonic oscillations of the tool 6 in the direction of the main movement with a period caused by the cycles of overload on the parts 1 and in antiphase.
Колебани инструменту 6 сообщают из услови устойчивости и прерывистости резани в виде выражени The oscillations of the tool 6 are reported from the condition of stability and discontinuity of cutting as an expression
,5 /о1фрасчТ-103мк,, 5 / о1фрасчТ-103мк,
где а - амплитуда вынужденных колебаний инструмента;where a is the amplitude of the forced oscillations of the instrument;
VoKp.pacn. - окружна скорость обрабатываемой поверхности;VoKp.pacn. - circumferential speed of the treated surface;
5 five
10 ten
5five
0 0
5five
Т - период колебаний инструмента.T is the period of oscillation of the instrument.
Величину периода механических или ультразвуковых колебаний выбирают в диапазоне 18-30 кГц, который обусловлен тем, что колебани ниже 10 кГц могут передаватьс не только чере средства креплени детали и инструмента, но и через узлы станка . Колебани выше 30 кГц сильно затухают при прохождении через стыки, поэтому требуют большей мощности вибраторов, что вызывает увеличение их габаритов.The period of mechanical or ultrasonic oscillations is chosen in the range of 18-30 kHz, which is due to the fact that vibrations below 10 kHz can be transmitted not only through the means of fastening the part and the tool, but also through the machine nodes. Oscillations above 30 kHz attenuate strongly when passing through the joints, therefore, they require a higher power of vibrators, which causes an increase in their dimensions.
Ограничение амплитуды обусловлено тем, что она ограничиваетс редакцией воздействи материала на ударные воздей- 15 стви в границах скорости деформации е 10°- скорости резани V 50-500 м/с, когда преобладают пластические деформации .The amplitude limitation is due to the fact that it is limited by the editing of the impact of the material on shock impacts within the limits of the strain rate e 10 ° - the cutting speed V 50–500 m / s, when plastic deformation prevails.
После приведени в состо ние колеба- 20 ний детали 1 и инструмента 6 система ЧПУ 7 запускает программу обработки на станке.After the part 1 and the tool 6 are in the state of oscillations, the CNC 7 starts the machining program on the machine.
При движении инструмента б в направлении (+OZ) из положени О со скоростью Vn а ш cos (1)1 на участке OiAi (фиг. 1) происходит закручивание детали 1 в направлении вращени . В точке AI инструмент 6 вступает в контакт с деформированной до состо ни упрочнени обрабатываемой поверхностью и в течение времени резани г инструмент 6 и деталь 1 образуют на участке AIВ1 элементы пары (контакт). При дальнейшем движении инструмента 6 в направлении (-OZ) происходит разрыв элемента пары и разгрузка детали 1 от крут щего момента. Цикл 5 нагружени повтор ют. На очередной заготовке повтор ют цикл обработки.When tool b moves in the direction (+ OZ) from position O with speed Vn а ш cos (1) 1 in section OiAi (Fig. 1), the component 1 is twisted in the direction of rotation. At point AI, tool 6 comes into contact with the surface to be machined and deformed to a state of hardening, and during the cutting time r tool 6 and part 1 form the elements of the pair (contact) in section AIВ1. Upon further movement of the tool 6 in the direction (-OZ), the element of the pair is broken and the part 1 is unloaded from the torque. Load cycle 5 is repeated. On the next blank, the processing cycle is repeated.
Пример. Обтачивают деталь длиной (L) 450 мм, диаметром (D) 20 мм.Example. Grind the part length (L) 450 mm, diameter (D) 20 mm.
Режимы резани :Cutting Modes:
расчетна величина линейной скорости обрабатываемой поверхности (Х/окр.расч.) 150 м/мин;the design value of the linear velocity of the surface to be treated (X / surrounding area) 150 m / min;
глубина резани (t) 0,25-0,75 мм;depth of cut (t) 0.25-0.75 mm;
подача (S) 0,054-0,11 мм/об;feed (s) 0.054-0.11 mm / rev;
период вынужденных колебаний детали и инструмента (Т) 50 с;the period of forced oscillations of the part and tool (T) 50 s;
расчетное значение амплитуды вынужденных колебаний инструмента (а) 100 мк.the calculated amplitude of the forced oscillations of the instrument (a) 100 microns.
Резец проходной, твердосплавна пластинка Т15К6.The cutter is a straight-through, hard-alloy plate T15K6.
Обрабатываемый материал;Processed material;
сталь нормализованна , кругsteel is normalized circle
20 -4 ГОСТ 7417 -75 45 - Т - 2 - Б ГОСТ 1050 - 74 20 -4 GOST 7417 -75 45 - T - 2 - B GOST 1050 - 74
5 преде л текучести (От) 36 кг/мм2; предел прочности (сгв) 61 кг/мм ; модуль сдвига (0)8,110 кг/мм . Коэффициент концентрации усталостных напр жений при ударном нагружении (k) 1,4-2.0.5 yield strength (From) 36 kg / mm2; tensile strength (crc) 61 kg / mm; shear modulus (0) 8.110 kg / mm. The coefficient of concentration of fatigue stresses under shock loading (k) is 1.4-2.0.
Расчетные величины:Estimated values:
напр жение предварительного упрочнени в поверхностном слое заготовки с учетом запаса прочности при неорганической эксплуатацииpreliminary hardening stress in the surface layer of the workpiece, taking into account the safety margin in inorganic operation
36 +6136 +61
1one
1,71.7
28,53 кг/мм2;28.53 kg / mm2;
,5о° 14,26 кг/мм2;, 5 ° 14.26 kg / mm2;
Mkl т°1А Mkl t ° 1A
р-щr-y
14,26 45014.26 450
8,1 103 -9,58.1 103 -9.5
/ 4°46 ./ 4 ° 46.
При импульсном резании жесткости инструмента и заготовки возрастают на 3-4 пор дка за счет увеличени их собственных частот, при этом точность обработки повышаетс практически до теоретически возможной и определ етс лишь огранкой, обусловленной длиной обработки в каждом цикле колебаний инструмента.When pulsed cutting, the rigidity of the tool and the workpiece increases by 3-4 times due to an increase in their natural frequencies, and the machining accuracy rises almost to the theoretically possible and is determined only by the cut due to the machining length in each tool oscillation cycle.
Импульсное приложение нагрузки приводит к уменьшению нагрузок и усилий резани минимум в 10 раз, что позвол ет уменьшить мощность механизмов нагруже- ни , при этом создаютс такие услови , приImpulse application of the load leads to a decrease in loads and cutting forces by at least 10 times, which allows reducing the power of the loading mechanisms, thus creating conditions such as
которых зона интенсивности локальных пластических деформаций сужаетс .which zone of intensity of local plastic deformations is narrowed.
Абсолютна скорость резани в каждом цикле колебаний достигает величины 1000- 1200 м/мин, что позвол ет использовать преимущества высокоскоростного резани .The absolute cutting speed in each cycle of oscillation reaches a value of 1000-1200 m / min, which makes it possible to take advantage of high-speed cutting.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904897922A SU1754330A1 (en) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | Method of vibrodeformation machining |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904897922A SU1754330A1 (en) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | Method of vibrodeformation machining |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1754330A1 true SU1754330A1 (en) | 1992-08-15 |
Family
ID=21552940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904897922A SU1754330A1 (en) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | Method of vibrodeformation machining |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1754330A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007073230A1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-28 | Gubanova, Galina Igorevna | Material disintegrating method and a device for carrying out said method |
-
1990
- 1990-12-29 SU SU904897922A patent/SU1754330A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 1222419, кл, В 23 В 1/00,1985 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007073230A1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-28 | Gubanova, Galina Igorevna | Material disintegrating method and a device for carrying out said method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100844095B1 (en) | Method and device for the damping of vibration in a cutting tool | |
Astashev et al. | Ultrasonic cutting as a nonlinear (vibro-impact) process | |
US6843957B2 (en) | Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures | |
Hahn | Metal-cutting chatter and its elimination | |
Kim et al. | Characteristics of chip generation by ultrasonic vibration cutting with extremely low cutting velocity | |
Lee et al. | Manufacturing and testing of chatter free boring bars | |
SU1754330A1 (en) | Method of vibrodeformation machining | |
JPS6147641B2 (en) | ||
JPH0349805A (en) | Machine component member with high stability against vibration and manufac- turing method of the same | |
US20130284474A1 (en) | Method and device for producing a vibrating motion of a mass | |
RU1821342C (en) | Method of ultrasonic nonabrasive machining of surfaces | |
JPH01109007A (en) | Vibration-cut drilling machine for precise boring of ceramics | |
Schwarze et al. | Actuator and Process Development for Vibration Assisted Turning of Steel | |
RU2009830C1 (en) | Method for controlling lathe machining of flexible shafts | |
JPS6362659A (en) | Precise finishing method with complex vibration grinding wheel | |
Kolhe et al. | Prediction and control of Lathe Machine tool vibration–A Review | |
RU90729U1 (en) | TOOL FOR ULTRASONIC THREAD PROCESSING | |
SU1703258A1 (en) | Method of machining | |
Hokazono et al. | Evaluation of Contacting Effect Between Tool and Workpiece on Vibration Characteristics of NC Machine Tools | |
SU1583216A1 (en) | Method of laser-mechanical machining | |
SU1646815A1 (en) | Apparatus for ultrasonically finish-machining workpiece surfaces | |
SU1685687A1 (en) | Method and apparatus for ultrasonic grinding | |
RU2286240C1 (en) | Method of surface plastic deformation | |
Greenlee et al. | Ultrasonic-Assisted Grinding (A Possible New Method for Machining Space Age Materials) | |
SU1371873A1 (en) | Method of abrasive working |