Способ определения стойкостных характеристик инструментов холодного пластического деформирования

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Й 3/32, 3/58

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4740181/28

22) 25.09.89

46) 15.02.93. Бюл,¹ 6 (71) Воронежский политехнический институт и Институт сверхтвердых материалов АН

УССР (72) Ю,A.Öåõàíîo, О.А.Розенберг, С.E.Øåéкин, Ю.С.Ростоцкий и С,А.Родюков (56) Розенберг О.А., Немировский Я,В., лейкин С.Б., Власюк 3.Г. О выборе инструментального материала для рабочих элементов деформирующих протяжек.

Сверхтвердые материалы. Вып.2, 1987, с.3639, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНСТРУМЕНТОВ

ХОЛОДНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к стойкостным испытаниям инструмента, работающего в условиях малоцикловой усталости. Цель—

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при стойкостных испытаниях инструмента, работающего в условиях малоцикловой усталости.

Известен способ износо-усталостных испытаний материалов заключающийся в там, что к вращающемуся цилиндрическому образцу прикладывают изгибающую нагрузку в одной плоскости, определяют его сечение с наибольшим изгибающим моментом и прикладывают к нему контактные нагрузки вдоль оси, проходящей через диаметрально противоположные точки сечения образца. Недостатком укаэанного способа является то. что создаваемые внутренние напряжения имеют симметричный

„„Я2„, 1795347 Al приближение к условиям эксплуатации путем обеспечения эксплуатационного циклического закона нагружения. Сущность изобретения: контртело из материала инструмента размещают на установочном звене, приводят его в контакт с цилиндрическим образцом заготовки с эксплуатационным усилием поджима, вращают образец и перемещают контртело в направлении оси образца с эксплуатационными скоростями, и определяют стойкостную характеристику инструмента. Новый является использование образца с винтовым и продольным пазами на его цилиндрической поверхности, использование в качестве установочного звена двух разнесенных опор путем изменения расстояния, между которыми регулируют эпюру напряженного состояния контртела в цикле, а контакт контртела с образцом осуществляют по выступу последнего. 3 ил. характер, а не пульсирующий, а внешнее нагружение, создаваемое роликами, не является свойственным для инструмента. Таким образом, напряженно-деформированное состояние образца в значительной степени 4 Ъ отличается от реального состояния материала инструмента при обработке, а это приводит к низкой точности получаемых результатов при оценке стойкостных характеристик, Наиболее близким техническим решением является способ определения износостойкости инструмента с защитными покрытиями (о выборе инструментального материала для рабочих элементов деформирующих протяжек, заключающийся в том, что контртело иэ материала инструмента

1795347

20 размещают на установочном звене, приводит его в KGHTAKT с цилиндрическим образцом заготовки с эксплуатационным усилием поджима, вращают образец и перемещают контртело в направлении оси образца с эксплуатационными скоростями и определяют стойкостную характеристику инструмента.

Недостатком указанного способа является отличие характера прило>кения внешних нагрузок по отношению к условиям работы реального инструмента, т.е. невозможность воспроизвести цикличность их приложения.

Целью изобретения является приближение к условиям эксплуатации путем обеспечения эксплуатационного циклического закона нагружения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определяется стойкостных характеристик инструментов холодного пластического деформирования, заключающемся в том, что контртело из материала инструмента размещают на установочном звене, приводят его в контакт с цилиндрическим образцом заготовки с эксплуатационным усилием поджима, вращают образец и перемещают контртело в направлении оси образца с эксплуатационными скоростями и определяют стойкостную характеристику инструмента, согласно изобретению используют образец с винтовыми и продольными пазами на его цилиндрической поверхности, а качестве установочного элемента используют две разнесенные опоры, путем изменения расстояния между которыми регулируют эпюру напряженного состояния контртела в цикле, а контакт контртела с образцом осуществляют по выступу последнегого.

На фиг.1 показана схема реализации эая вляемого способа; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1 — профиль образца и контртела в радиалы ом сечении; на фиг,3 — расчетная схема, Способ реализуется следующим образом, Использовали цилиндрический образец 1 с винтовыми 2 и продольными 3 пазами, Образец 1 вращали со скоростью а), контртело 4 из материала инструмента устанавливали на установочном звене 5, представляющем собой две разнесенные опоры 6, установленные с возможностью изменения расстояния между ними и. перемещали контртело 4 по выступу 7 образца 1 в направлении его оси с эксплуатационными скоростями, определяли стойкостную характеристику инструмента. Контртело 4 имеет геометрию, соответствующую профилю деформирующего инструмента: забор25

55 ный угол а, (угол заборного конуса деформирующего элемента и обратный угол ai (угол обратного конуса).

Расстояние I (фиг.3) между опорами 6 определяли исходя из следующего, Используемые в промышленности деформирующие элементы, как правило, выполняют симметрично нагруженной формы, геометрические параметры которых рассчитывают таким образом, чтобы максимально использовать возможности инструментального материала, например, твердого сплава (Розенберг О.А. Механика взаимодействия инструмента с иэделием при деформирующем протягивании. Киев: Наук. думка, 1981, 288 с). При расчете инструмент рассматривается как балка на упругом основании, В данном случае расчетная схема будет иметь вид (фиг.З), согласно которой максимальные напряжения определяются из выражения

RI

% пах =(Р) 4 где R — радиальное усилие; (0p7 — допустимое напряжение на разрыв инструментального материала, Поскольку углы реального инструмента не значительны (3-6 ), то момент сопротивления сечения контртела с достаточной для инженерных расчетов точностью можно определять по зависимости

bп

W-—

Высота контртела выбирается из условия

h=(4...5) 1, где Ik протяженность контакта образца 1 и контртела 4. Такое соотношение обеспечивает независимость растягивающих напряжений на опорной поверхности контртела 4 от характера зпюры внешних нагрузок, приложенных к инструменту.

Исходя из изложенного выше, расстояние между опорами 6 определяется из соотношения

2 b h

I=- — (op)

3R

Образец 1 вращают с угловой скоростьюш, обеспечивающей скорость перемещения поверхности относительно контртела 4 равную скорости реального процесса обработки (до 0.025 м/с). Контртело 4 поджимают к вращающемуся цилиндрическому образцу 1 с требуемым эксплуатационным усилием поджима и перемещают вдоль его оси по выступам 7 с заданной скоростью. При этом динамометром измеряется касательное усилие и систематически визуально оценивается рабочая поверхность контртела 4, После появления

1795347 сколов, разрушения защитного покрытия испытания прекращают, а по величине пройденного контртелом 4 пути и количеству циклов нагружения оценивается износостойкость инструментального материала. 5

В результате циклического нагружения в контртеле развиваются явления, сопровождающие процесс малоцикловой усталости, приводящие к интенсивному износу и разрушению рабочей поверхности контрте- 10 ла 4, Полученные результаты позволяют суить о стойкости инструмента, работающего в подобных условиях, В Институте сверхтвердых материалов

H УССР был реализован указанный спо- 15 об. В качестве образца 1 использовалась тальная цилиндрическая заготовка (сталь

5 НВ 185) размерами I60x1000. Шаг виновой линии 2 составил 10 мм, длина ципинрической поверхности между 20 родольными пазами 3-18 мм, ширина — 2

° ° м, общее количество выступов 5 10 онтртело 4 было изготовлено из материала и струмента — стали Х12М, на рабочую пав рхность которого на установке "Булат-ЗТ" 25 ограждалось покрытие TtN+Zr N толщиной 8 мкм. Допустимое напряжение для указ нной стали (о)= 5,5 МПа, радиальное усил е, обеспечивающее контактные н пряжения близкие к реальным величинам 30 — нормальное давление 100 ГПа, 8=0,2 кН, Формула из обретения

Способ .определения стойкостных характеристик инструментов холодного пластического деформирования, заключающийся в .том, что контртело из материала инструмента размещают на установочном звене, приводят ег в контакт с цилиндрическим образцом за отовки с эксплуатационным усилием подж ма, вращают образец, перемещают ко тртело в направлении оси образца с эксплуатационными скоростями и определяют стойкостную характеристику инструмента, Размеры образца были bxh--6x4 мм. Исходя из вышеперечисленных исходных данных, расстояние между опорами;

2 . 6 . 44 . 10

I — 5,5 10 6=1,76 10 м

3 200

Образец 1 вращали с угловой скоростью со=12,5 об/мин, контртепо 4 относительно выступов 7 двигалось со скоростью 0,021 м/с.

В результате число нагружений составило 10 циклов, при этом длина пути з пройденного контртелом 4 до разрушения составила 18 м. В отличие от результатов полученных по прототипу(8 км), полученные результаты более точные и соизмеримы с результатами стойкостных испытаний инструмента.

Таким образом, вследствие создания эксплуатационного циклического закона нагружения контртепа 4, были получены данные по стойкостным испытаниям инструментальных материалов близкие к результатам, полученных при натурных стойкостных испытаниях инструмента, Поскольку размеры контробразца значительно меньше, чем размеры инструмента, то экономится значительное количество инструментальных материалов, а сам цикл испытаний в 5... 10 раз короче, отличающийся тем, что, с целью приближения к условиям эксплуатации путем обеспечения эксплуатационного циклического закона нагружения, используют образец с винтовым и продольным пазами на его цилиндрической поверхности, в качестве установочного элемента используют две разнесенные опоры, путем изменения расстояния между которыми регулируют эпюру напряженного состояния контртела в цикле, а контакт контртела с образцом осуществляют по выступу последнего, 1 195347

Составитель Ю.Цеханов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско

Редактор

Заказ 425 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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