Способ вибродеформационной обработки

 

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке цилиндрических деталей средней и малой жесткости, преимущественно торсионов В процессе резания в поверхностном слое детали создают деформирующие напряжения путем периодического нагружения механическими высокочастотными или ультразвуковыми циклами перегрузки с величиной максимального усилия, соответствующего деформации материала при заданной величине предварительного упрочнения. Колебания детали - крутильные в направлении скорости резания . Это позволяет изменять механические свойства материала и сузить зону интенсивных пластиче ских деформаций в зоне резания, сблизить во времени момент страгивания и наступления пластической неустойчивости, способствовать хрупкому развитию разрушения. Одновременно накладывают механические колебания на инструмент в направлении главного движения с периодом, обусловленным циклами перегрузки , при этом учитывают запас прочности детали при неограниченной эксплуатации 2 ил.

. Ы„„1754330 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (%)5 В 23 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 " " * ! сокочастотными или ультразвуковыми циклами перегрузки с величиной максимального усилия, соответствующего деформации материала при заданной величине nðåäâàрительного уйрочненйя. Колебания детали— крутильные в направлении скоростй реза - ния, Это позволяет изменять механические свойства матерйала и сузить" зону интенсивных пластических деформаций в зоне резания, сблизить во времени момент страгивания и йаступления йластиЧескОй неустойчивости, способствовать хрупкому развитию разрушения. Одновременно накладывают механические колебания на инструмент в направлении главного движения с периодом, обусловлейным циклами перегрузки, при этом учи гывают за пас прочности детали прй неограниченной эксплуатацйи, 2 ил.

1 (21) 4897922/08 (22) 29.12.90 (46) 15.08,92. Бюл. ¹ 30 (71) Пензенское производственное обьедйнение "Эра" (72) А.Т.Манько (56) Авторское свидетельство СССР № 1222419, кл, В 23 В 1/00, 1985, (54) СПОСОБ ВИБРОДЕФОРМАЦИОНЙОЙ

ОБРАБОТКИ . (57) Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке цилиндрических деталей средней-и малой жесткости, преимущественно торсионов, В процессе резания в поверхностном слое детали создают деформирующие напряжения путем периодического нагружения механическими выk

«4

Изобретениеотносится кобработкема- резания: снижается мощность"основного (р териалов резанием и может быть использо- процесса резания, характеризующего вано при обработке цилиндрических уменьшение удельного съема прийуска за деталей средней и малой жесткости, пре- счет срезанйя меньшей глубйны и ширины имущественно торсионов. - стружки, а также увелйчйвается дисСипативИзвестен способ обработки резанием ный расход энергии основйбгб процесса ре- О вращающейся детали, заключающийся в ее зания на йреодоление сопутствующих закреплении по концевым сечениям и де- . явлений (деформации детали и инструменформации до обработки путем нагружения та, износа инструмента, тепла и вибраций в одного из торцов крутящим моментом с уси- зоне резания, вйутренних напряжений в делиями, обеспечивающими создание состоя- тали); ния пластичности в поверхностном слое Цель изобретения — повышение точдетали. ности обработки и удельной энергоемНедостаткомэтогоспособаявляетсяоб- кости процесса резания за счет разование первичной и вторичной зон обла- сближения во времени момента страгистей пластических деформаций, что вания и наступления пластической неснижает удельную энергоемкость процесса устойчивости в зойе резания nóòåì

1754330 создания состояния предварительного упрочнения в поверхностном слое детали.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки резанием вращающейся детали, согласно которому деталь, закрепленную по концевым сечениям, перед обработкой деформируют с усилиями, обеспечивающими создание деформирующих напряжений в поверхностном слое металла, деформирующие напряжения создают периодическим нагружением циклами перегрузки высокой или ультразвуковой частоты с величиной максимального усилия, соответствующей деформации материала при заданных величине предварительного упрочнения и коэффицкента концентрации усталостных напряжений, равном 1,4 — 2,0, при этом одновременно накладывают вы . нужденные механические колебания на инструмент в направлении главного движения резания г периодом, равнЫм периоду нагружения цйклами перегрузки, Деформация детали с усилиями, обеспечивающими создание состояния предварительного упрочнения в поверхностном слое детали позволяет в результате нагружений заготовки выше предела текучести несколько изменять механические свойства. материала, повысить предел пропорци ональности, уменьшить относительные остаточные деформации, сузить зону интенсивных локальных пластических деформаций, когда в материале развиваются только упругие деформации, при этом за счет сужения зоны интенсивных локальных пластических деформаций момент страгивания и наступления пластической неустойчивости сближаются во времени, что способствуют хрупкому развитию разрушения.

Деформация детали с заданной величиной деформационного упрочнения позволяет несколько изменить механические свойства материала, сузить зону интенсивных локальных пластических деформаций, способствовать переходу от вязкого разрушения к хрупкому за счет исчерпывания запаса пластичности, при этом повышают точность об работки и снижают усилия, соответствующие условиям деформации.

Наложение на инструмент механических высокочастотных или ультразвуковых колебаний в направлении главного движения позволяет увеличить его жесткость на

2 — 3 порядка, таккак жесткость увеличивается прямо пропорционально квадрату увеличения частоты.

Наложение на инструмент механическйх высокочастотных или ультразвуковых колебаний позволяет достичь степени приближения геометрических и других параметров 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 повышением

15 мощности основного процесса резания, характеризующего увеличение удельного съема припуска за счет срезания большей глубины и ширины стружки; внесением в основной и роцесс резания дополнительных

20 энергетических факторов; деформационное упрочнение для обработки пластичных деталей, наложение высокочастотных или ультразвуковых колебаний, характеризующих повышение обрабатываемости материалов, а также уменьшением диссипативного рас25 хода энергии основного процесса резания на преодоление сопутствующих явлений деформации детали и инструмента, износа инструмента, тепла и вибрации в зоне резания, внутренних напряжений в детали.

Запас прочности при неограниченной эксплуатации определяют величиной 1,42,0 в виде коэффициента концентрации ус-.

30 талостных напряжений по методике расчета

35 одноосного напряженного состояния, Необходимость учета запаса прочности обусловлена обеспечением прочности детали при блок-схема системы для реализации предлагаемого способа, Система содержит обрабатываемую нежесткую деталь 1, закрепленную в патроне 2 передней бабки, и механизм 3 зажима-вибратора крутильных колебаний, а также соединенные последовательно вибратор 5, установленный на суппорте станка, режущий инструмент 6 и блок 4 управления (микроЭВМ), под50 ключенный 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 и зажимают ее, Второй конец детали 1, обращенный к задней бабке, зажимают в механизм 3 зажима-вибратора крутильных колебаний, многоцикловом нагружении.

На фиг, 1 приведен эскиз, поясняющий

40 процесс осущесталения способа; на фиг. 2—

1754330

55 где а — амплитуда вынужденных колебаний инструмента;

V0Kp.рдсяа. окружная скорость обрабатываемой поверхности;

В соответствии с блок-схемой и . о -схемой (фиг. 2) Т вЂ” период колебаний инструмента. блок 4 управления запускает программу уп- Величину периода механических или равления и включает зажим-вибратор 3 кру- ультразвуковых колебаний выбирают в диатильных колебании, который сообщает пазоне 18 — 30 кГц, который обусловлен тем, детали 1 механические высокочастотные йли 5 что колебания ниж 10 Г ниже к ц могут передаультразвуковые колебания в направлении ваться не только чер ко через средства крепления нта, но и через узлы станвращения заготовки заданным крутящим мо- детали и инструме я выше к ц сильно затухают ментом для создания предварительного уп- ка. Колебания выше 30 кГ рочнения в поверхностном слое детали при прохождении чер через стыки, поэтому трери постоянных значениях крутящего 10 буют большей мощности вибраторов, что момента по длине заготовки и размерах по- вызывает увеличение их габаритов. перечного сечения полный угол закручива- Ограничение б граничение амплитуды обусловлено ния р определяется по формуле тем что она о à- чи "

rp ни вается реакцией воздействия материала на ударные воздейи — >. : 15 стана а границах схорости.даформации

rP = Мкt/GI а = 10 — 1 и скорости резания V =50 — 500 м/с, крутящий момент определяют выражением когда преобладают пластические деформации, М, о /„ После приведения в состояние колеба20 ний детали 1 и инструмента 6 система ЧПУ где 6 — модуль сдвига; 7 запускает программу обработки на станке =л г4/2 — полярный момент инерции; При движении инструмента 6 в направг — радиус зоны предварительйого уп» лении(+ОЕ) из положения О со скоростью Чи рочнения;

= а в cos в t на участке О 1А1 (фиг. 1) происходит закручивание детали 1 в направлении

25 вращения. В точке А1 инструмент 6 вступает в контакт с деформированной до состояния — напряжение предва ительного ирочнения в поае хностном л — Р д P о о уп- упрочнения обрабатываемой поверхн р ос ном слое детали с ивтечениевременирезанияrèíñò м 6 остью учетом запаса и очности и и не г ния инструмент ной эксплуатации, р и при неограничен- 30 идеталь1образуютнаучасткеА В

1ЭЛЕМЕНты пары (контакт). При дальнейшем движеВыражениедля напряжения сР записы- нии инстРУмента 6 в напРавлении (-02) . вают в виде . . происходит разрыв элемента пары и разгрузка детали 1 от крутящего момента. Цикл

35 нагружения повторяют. На очередной заготовке повторяют цикл обработки, Пример. Обтачивают деталь длиной где гг — предел текучести; .. (L) 450 мм, диаметром (Ь) 20 мм. сЪ вЂ” предел прочности; . Режимы резания: с — коэффициент концентрации устало- 40 расчетная величина линейной скоростных напряжений при ударном нагруже- сти обрабатываемой поверхности(Ч кр pace) нии..:. 150 м/мин;

Одновременно блок 4 управления глубина резания (t) 0,25-0,75 мм; включает вибратор 5, который воэбужда- подача (S) 0,054 — 0,11 мм/об; ет механические высокочастотные или уль- 45 период вынужденных колебаний детали тразвуковые колебания инструмента 6 в и с румента(Т) 50 10 с; направлении главного движения с перио-" . расчетное значение амплитуды вынуж- дом, обусловленным циклами перегрузки йа денных колебаний инструмента (а) 100 мк. детали 1, и в противофазе, Резец проходной, твердосплавная плаКолебания инструменту 6 сообщают из .условия устойчивости и прерь!Вистости ре- Обрабатываемый материал: зания в виде выражения сталь нормализованная, круг

20 — 4 ГОСТ 7417 — 75 аМ2,5Vîêð.ðàñ÷.T 10 мк, 45 — Т вЂ” 2 — Б ГОСТ 1050 — 74 . преде л текучести (ир) 36 кг/мм2; предел прочности (oe) 61 кгlмм; модуль сдвига (6) 8,1 ° 10 кг/мм .

Коэффициент концентрации усталостных напряжений при ударном нагружении (М) 1,4-2,0, 1754330

Расчетные величины; напряжение предварительного упрочнения в поверхностном слое заготовки с учетом запаса прочности при неорганической эксплуатации о - 2 1 7 — 28,53 кг/мм;

36+ 61 1 г.

1 то= 0,5 Оо= 14,26 кгlмм;

МЕ1 г, г о 1 r Gр! Gt . 14,26 450 —,3,42 10 з

8,1. 10 9,5

p=4 46 .

При импульсном резании жесткости инструмента 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, обусловленной длиной обработки в каждом цикле колебаний инструмента.

Импульсное приложение нагрузки приводит к уменьшению нагрузок и усилий резания минимум в 10 раз, что позволяет 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—

5 1200 м/мин, что позволяет использовать преимущества высокоскоростного резания.

Ф о р мул а и э о бр ете н и я

10 Способ вибродеформационной обработки, согласно которому деталь, закрепленную по концевым сечениям, перед обработкой резайием деформируют с усилиями, при которых в поверхностном слое

15 металла создаются деформирующие напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки и удельной энергоемкости процесса резания, деформирующее напряжение создают периодиче20 ским нагружением циклами перегрузки высокой частоты с величиной максимального усилия, соответствующей деформации материала при заданных величине предварительного упрочнения и коэффициенте

25 концентрации усталостных напряжений, равном 1,4 — 2,0, при этом одновременно накладывают вынужденные механические колебания на инструмент в направлении главного движения резания с периодом, 30 равным периоду нагружения циклами перегрузки.

Составитель А, Манько

Редактор М. Петрова Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор,Л. Ливринц

Заказ 2847 Тираж .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага рина, 101