Способ определения степени сжатия срезаемого слоя при формировании элемента стружки



Способ определения степени сжатия срезаемого слоя при формировании элемента стружки
Способ определения степени сжатия срезаемого слоя при формировании элемента стружки
Способ определения степени сжатия срезаемого слоя при формировании элемента стружки

 


Владельцы патента RU 2460986:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изучении процесса стружкообразования пластичных материалов. Сущность: определяют параметры срезаемого слоя и параметры стружки и вычисляют степень сжатия срезаемого слоя. Измеряют следующие параметры: высоту деформируемой области срезаемого слоя, из которой формируется элемент стружки, и высоту образовавшегося элемента стружки, после чего вычисляют степень сжатия срезаемого слоя по формуле. Измерение параметров осуществляют в направлении вектора скорости резания после отделения элемента стружки от срезаемого слоя. Технический результат: повышение точности определения степени сжатия срезаемого слоя. 2 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изучении процесса стружкообразования пластичных материалов.

Процесс резания представляет собой процесс глубокой пластической деформации удаляемого с поверхности обрабатываемой заготовки слоя материала, который в результате этого превращается в стружку (Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания / Розенберг А.М., Розенберг О.А.; отв. ред. Родин П.Р.; АН УССР. Ин-т сверхтвердых материалов. - Киев: Наук. думка, 1990. - 320 с). Образование стружки происходит в результате сжатия срезаемого слоя режущим инструментом, с помощью которого и осуществляется процесс обработки. Величина пластической деформации, вызываемая сжатием и характеризуемая относительным сдвигом, определяет такие характеристики процесса резания, как сила и мощность резания, количество выделяющейся теплоты и, соответственно, температура резания и т.д.

Степень деформации удаляемого слоя зависит от сжатия той области срезаемого слоя, из которой формируется стружка. Чем больше сжатие области, тем больше величина пластической деформации и, наоборот, при уменьшении ее сжатия степень пластической деформации становится меньше. Размеры деформируемой области срезаемого слоя и величина ее сжатия зависят от параметров режима резания и условий контактного взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом и стружкой и т.д. Управляя условиями деформирования уменьшают величину пластической деформации и, соответственно, энергетические затраты на осуществление процесса резания.

Для контроля эффективности управления определяют степень сжатия при конкретных условиях деформирования срезаемого слоя.

Известен способ определения степени сжатия срезаемого слоя по так называемым эквивалентным деформациям сжатия. Он основан на положении о том, что любая пластическая деформация имеет сдвиговую природу. Поскольку процесс образования стружки является процессом сдвига деформированных слоев материала срезаемого слоя по поверхности сдвига, то сравнивают степень сжатия при резании и при испытании образцов на сжатие по эквивалентным деформациям (Розенберг А.М., Еремин А.Н. Элементы теории процесса резания материалов. - М.: Машгиз, 1956. - 316 с.).

Согласно этому способу определяют один из коэффициентов усадки стружки: либо ka=a 1/a, где а - толщина сечения срезаемого слоя, a 1 - толщина стружки, либо kL=L/L1, где L - длина пути, пройденного режущей кромкой инструмента, L1 - длина стружки, образовавшейся при этом перемещении режущей кромки инструмента. В конкретных условиях резания величины этих коэффициентов практически равны между собой, поэтому дальнейшие вычисления производят по одному из них. Затем определяют величину относительного сдвига ε по формуле

где γ - передний угол лезвия инструмента.

Полученную величину относительного сдвига ε при резании приравнивают величине относительного сдвига εсж при сжатии образцов, вычисляемую по формуле Н.Н.Давиденкова

где h0 - высота образца перед испытанием на сжатие; h - высота образца после его сжатия.

Используя последнюю формулу, определяют степень сжатия срезаемого слоя по следующей зависимости

где h - исходный размер деформируемой области срезаемого слоя, h1 - размер деформированной области после формирования стружки.

Известный способ обладает невысокой точностью определения степени сжатия срезаемого слоя из-за необходимости вычисления промежуточных значений относительного сдвига на основе одного из коэффициентов усадки стружки. Точность определения степени сжатия по этому способу зависит от точности определения параметров усадки стружки.

Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - определение параметров стружки.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения степени сжатия срезаемого слоя, согласно которому по формуле b=t/sinφ, где t - глубина резания, φ - главный угол в плане режущего лезвия инструмента, вычисляют ширину сечения срезаемого слоя, затем измеряют ширину стружки b1 и по отношению b1/b определяют степень сжатия (Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания / Розенберг А.М., Розенберг О.А.; отв. ред. Родин П.Р.; АН УССР. Ин-т сверхтвердых материалов. - Киев: Наук. думка, 1990. - 320 с.). Коэффициент увеличения ширины стружки, которым является отношение b1/b, отражает произошедшие пластические деформации.

Этот способ не может служить точной количественной характеристикой деформации сжатия срезаемого слоя, так как характеризует изменение размера срезаемого слоя по ширине, т.е. в перпендикулярном относительно перемещения инструмента направлении.

То есть способ обладает невысокой точностью определения степени сжатия срезаемого слоя.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, - определение параметров срезаемого слоя и параметров стружки и дальнейшее вычисление степени сжатия срезаемого слоя.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение точности определения степени сжатия срезаемого слоя.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе определения степени сжатия срезаемого слоя при формировании элемента стружки, заключающемся в определении параметров срезаемого слоя и параметров стружки и в дальнейшем вычислении степени сжатия срезаемого слоя, измеряют следующие параметры: высоту деформируемой области срезаемого слоя, из которой формируется элемент стружки, и высоту образовавшегося элемента стружки, после чего вычисляют степень сжатия срезаемого слоя по формуле:

k=h/h1,

где h - высота деформируемой области срезаемого слоя до формирования элемента стружки,

h1 - высота сформированного элемента стружки,

причем измерение параметров h и h1 осуществляют в направлении вектора скорости резания после отделения элемента стружки от срезаемого слоя.

Признаки предлагаемого технического решения, отличительные от признаков решения по прототипу, измеряют высоту деформируемой области срезаемого слоя, из которой формируется элемент стружки, и высоту образовавшегося элемента стружки после его отделения от срезаемого слоя, после чего вычисляют степень сжатия срезаемого слоя по формуле:

k=h/h1,

где h - высота деформируемой области срезаемого слоя до формирования элемента стружки,

h1 - высота сформированного элемента стружки,

причем измерение параметров h и h1 осуществляют в направлении вектора скорости резания.

Способ осуществляется следующим образом. В процессе резания какого-либо материала определяют направление и скорость перемещения стружки по лезвию инструмента, например, с помощью фрикционного ролика, установленного на передней поверхности лезвия. Затем инструмент отводят от обрабатываемого материала в направлении смещения стружки по лезвию инструмента со скоростью, равной скорости скольжения стружки. Благодаря этому стружка останавливается на передней поверхности лезвия, а формирующийся элемент стружки проходит стадию сжатия, перемещаясь совместно с инструментом по поверхности сдвига в срезаемом слое вплоть до отделения его от обрабатываемого материала. После отделения стружки от обрабатываемого материала производят измерение высоты деформируемой области срезаемого слоя - h, из которой сформировался элемент стружки, по направлению вектора скорости резания. В такой же плоскости производят измерение высоты сформированного элемента стружки - h1. Затем по отношению высоты области срезаемого слоя h и высоты элемента стружки h1 определяют степень сжатия срезаемого слоя при формировании элемента стружки.

Таким образом, заявляемый способ позволяет определить степень сжатия срезаемого слоя путем непосредственного измерения высоты области срезаемого слоя, из которой формируется элемент стружки, до его деформации, а измерение высоты стружки - после его деформации. Поскольку непосредственное измерение деформируемых тел до и после осуществления процесса деформации является наиболее точным способом определения степени сжатия, то заявляемый способ обеспечивает высокую точность определения этого параметра деформации срезаемого слоя.

На фиг.1 представлена физическая модель процесса резания, на фиг.2а, б, в, г - схемы образования элемента стружки, на фиг.3 - схема измерения зоны пластической деформации срезаемого слоя.

Заявляемый способ определения степени сжатия реализован при изучении процесса деформации срезаемого слоя на физической модели процесса резания (фиг.1). Модель состоит из образца 1 (обрабатываемый материал), резца 2, тележки 3 с шарикоподшипниками 4, свободно перекатывающимися по закаленным направляющим 5.

Как и в реальном резании в модели происходит взаимодействие режущего инструмента (резца 2) с обрабатываемым материалом образца 1 на площадке размером а×b, где а - толщина сечения срезаемого слоя, b - его ширина (толщина образца). В реальном резании величина а соответствует подаче S, а b - глубине резания t. Обрабатываемая поверхность образца 1 перемещается относительно резца 2 со скоростью V. Как и в реальном резании, срезаемый слой деформируется, сначала упруго, а затем и пластически, формируя элемент стружки по схеме свободного ортогонального резания.

В данной модели резания образование стружки заменено образованием только одного ее элемента. Для этого резец 2 размещен на тележке 3 с 4-мя шарикоподшипниками 4, свободно перекатывающимися по закаленным направляющим 5. В процессе деформирования формируемый элемент стружки будет перемещаться совместно с резцом 2 по направляющим 5, смещаясь относительно срезаемого слоя. Это смещение будет происходить до тех пор, пока элемент стружки не отделится от срезаемого слоя. При этом реализуется схема образования элемента стружки реального резания - формируемый элемент перемещается как по поверхности сдвига, так и по передней поверхности инструмента. В модели передней поверхностью являются направляющие 5, по которым резец 2 совместно с элементом стружки смещается в процессе формирования элемента.

Экспериментальное устройство этой модели реализовано на станке 1К62. Оно включает в себя дисковые образцы, закрепляемые на оправке, и резец на тележке с подшипниками, размещенной на направляющих, выполненных на кронштейне, закрепленном в резцедержателе станка.

Эксперименты проводились с дисковыми образцами из стали 40Х и дюрали Д16. Эти материалы являются пластичными и при их деформировании наблюдается значительная пластическая деформация срезаемого слоя.

Скорость деформирования, равная скорости вращения испытываемых образцов, благодаря модернизированному приводу главного движения станка составляла 0,6-0,8 м/мин.

Невысокая скорость позволяла производить непосредственные наблюдения за процессом деформирования срезаемого слоя.

Наблюдения показали, что в ходе взаимного перемещения образца 1 и инструмента 2 со скоростью V элемент стружки первоначально формируется путем сжатия некоторой области ABC металла срезаемого слоя (фиг.2). Ее толщина а увеличивается с одновременным уменьшением высоты СВ. Сжатие создает пластическую деформацию прилежащей к передней поверхности резца части срезаемого слоя, что сопровождается смещением совместно с резцом подошвы формируемого элемента по поверхности АС (фиг.2, б). Дальнейшее перемещение резца по поверхности АС вызывает распространение пластической деформации на всю область ABC и выше линии АС, искривляя внешнюю границу срезаемого слоя (фиг.2, в). Этот процесс продолжается до тех пор, пока не образуется поверхность скола АД, по которой и происходит отделение окончательно сформировавшегося элемента стружки от срезаемого слоя (фиг.2, г).

Образовавшаяся поверхность А1А2Д1 (фиг.3) является границей пластически деформированной области срезаемого слоя, доступной для измерения и изучения. В срезаемом слое она разделяет области, в которых действовали упругие и пластические деформации. Для определения степени сжатия этой области измеряли ее размеры в направлении действующей на нее нагрузки, т.е. вдоль деформируемого слоя по вектору скорости резания.

Измерения h и h1 производили на инструментальном микроскопе БМИ с точностью отсчета 0,01 мм. Результаты измерения одной из серии испытаний приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Результаты экспериментов на сжатие срезаемого слоя образцов из стали 40Х
Размеры сечения № опыта Измеренные значения k=h/h1 kcp=Σki/n
t, мм S, мм а h h1
1 0,53 1,17 0,66 1,77
2 0,49 1,25 0,91 1,37
0,6 3 0,54 1,22 0,81 1,51 1,51
4 0,55 1,19 0,76 1,57
5 0,53 1,18 0,88 1,34
3,0 1 0,68 1,16 0,80 1,45
2 0,71 1,25 0,94 1,33
0,8 3 0,67 1,43 1,08 1,32 1,31
4 0,74 1,72 1,50 1,15
5 0,99 1,23 - -
Таблица 2
Результаты экспериментов на сжатие срезаемого слоя образцов из дюрали Д16
Размеры сечения № опыта Измеренные значения k=h/h1 kcp=Σki/n
t, мм S, мм а h h1
1 0,68 1,30 1,12 1,16
2 0,66 1,61 1,43 1,13
3 0,49 1,08 0,85 1,27
0,6 4 0,54 0,98 0,69 1,42 1,25
5 0,32 0,72 0,55 1,31
3,0 6 0,57 1,16 0,94 1,23
1 0,74 1,85 1,71 1,08
2 0,59 1,16 0,93 1,25
3 0,49 1,08 0,88 1,23
0,8 4 0,70 1,41 1,22 1,16 1,17
5 0,88 1,74 1,56 1,12
6 0,80 1,73 1,47 1,18

Таким образом, предлагаемый способ позволил с помощью непосредственного измерения деформируемой области установить фактическую степень сжатия в процессе формирования элемента стружки.

Опытная проверка заявляемого способа показала его промышленную применимость.

Способ определения степени сжатия срезаемого слоя при формировании элемента стружки, заключающийся в определении параметров срезаемого слоя и параметров стружки и в дальнейшем вычислении степени сжатия срезаемого слоя, отличающийся тем, что измеряют следующие параметры: высоту деформируемой области срезаемого слоя, из которой формируется элемент стружки, и высоту образовавшегося элемента стружки, после чего вычисляют степень сжатия срезаемого слоя по формуле:
k=h/h1, где
h - высота деформируемой области срезаемого слоя до формирования элемента стружки,
h1 - высота сформированного элемента стружки,
причем измерение параметров h и h1 осуществляют в направлении вектора скорости резания после отделения элемента стружки от срезаемого слоя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов.

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных (группа Р) режущих инструментов. .

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано для бесконтактного определения температуры в зоне резания при механической обработке.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве и применении абразивных инструментов на операциях шлифования заготовок из различных материалов.

Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазного камнерезного инструмента. .

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных (группа Р) режущих инструментов. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для определения допустимой скорости резания при механической обработке стальных деталей твердосплавным инструментом в условиях многоинструментальной настройки на многошпиндельных токарных станках.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием. .

Изобретение относится к технике измерений сопротивлений грунтов и снежно-ледяных образований резанию

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке и может быть использовано для определения функции распределения вершин абразивных зерен в поверхностном слое шлифовального круга после его правки

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для определения износа режущего инструмента станков с ЧПУ, функционирующих в условиях автоматизированного производства

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов. Устройство измерения сопротивления сверлению, состоящее из электрического двигателя привода вращения бурового сверла; каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение от электрического двигателя привода подачи, например, постоянного тока через винтовую передачу; ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении. При этом регулирование скорости подачи бурового сверла осуществляется автоматически путем замера величины тока, и/или напряжения питания, и/или частоты вращения вала электрического двигателя привода вращения бурового сверла, анализа и преобразования замеренных данных, например, с помощью электронной вычислительной машины, создания управляющего сигнала и изменения частоты вращения вала электрического двигателя привода подачи, например, с помощью тиристорного ключа при импульсном регулировании напряжения питания электрического двигателя привода подачи. Технический результат заключается в повышении точности измерений сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов сверлением, снижении износа режущей части бурового сверла и повышении надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию (плотности) и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения и т.п. Устройство состоит из бурового сверла, каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение винтовой передачей, ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении, измерительных датчиков тока, устройства обработки и передачи данных энергосиловых параметров электрического двигателя на электронную вычислительную машину. Вращение и подача бурового сверла осуществляются одним электрическим двигателем постоянного тока, установленным неподвижно на раме устройства. Крутящий момент от электрического двигателя передается через зубчатую передачу на ходовой вал квадратной формы в поперечном сечении, затем через зубчатую передачу, установленную на каретке устройства, буровому сверлу. Движение каретки по направляющим и ходовому валу, а также подача бурового сверла осуществляются через автоматический вариатор, например клиноременный или его эквивалент, входной вал которого соединен с электрическим двигателем, а выходной через редуктор с винтовой передачей. Ограничители смещения бурового сверла в поперечном направлении соединены последовательно друг с другом, рамой и кареткой гибкими тросами. Технический результат: повышение точности измерения величины сопротивления просверливанию (плотности) исследуемых материалов, снижение износа режущей части бурового сверла и повышение надежности привода, узлов и конструкции устройства в целом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изучения деформированного состояния обрабатываемого материала в зоне пластического деформирования при механической обработке с помощью делительных сеток. Сущность: осуществляют нанесение системы координатных меток на поверхности образца с помощью прижима к этой поверхности инструмента, твердость которого превышает твердость материала детали. В качестве инструмента используют клише с острыми выступающими элементами, имеющими форму четырехгранных пирамид, образующими заданную систему координатных (реперных) точек, являющихся точками пересечения плоскости исследуемого образца с гранями индентора. Образованные углубления заполняют нетвердеющей люминесцентной краской, сохраняющей свои свойства при пластическом деформировании, после чего производят механическую обработку образца, а затем измеряют параметры измененного рисунка сетки, по которым вычисляют параметры пластического деформирования. Технический результат: повышение качества картины поля деформации и увеличение точности измерения параметров пластического деформирования материала образца за счет более точного определения расположения меток сетки. 3 ил.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием (АГП). Инструмент устанавливают на плоскости стола электронного микроскопа и определяют оптическим методом количество алмазных зерен на участке АГП заданной площади. После чего определяют процентную концентрацию алмазов по приведенной зависимости, по которой оценивают режущую способность инструмента. В результате обеспечивается способность сохранения геометрической точности образующей рабочей поверхности инструмента. 3 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования-контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и касается, в частности, определения силы, необходимой для обработки резанием металлов и сплавов. Сущность: стандартную экспериментальную кривую упрочнения перестраивают в координаты «напряжение (σ) - истинная относительная деформация (ε)», максимальным значением деформации εв предопределяют предельно возможное значение коэффициента усадки стружки K, как lnK=εв, а расчет предельно возможной величины силы резания вычисляют по уравнению Р=σв t s К/sinθ, затем ведут пробную резку, измеряют параметры для вычисления фактического коэффициента К усадки стружки, по нему определяют угол θ и по исходному уравнению находят фактическую величину силы резания. Технический результат: повышение точности расчета и существенный рост производительности за счет сокращения технико-экономических затрат на его реализацию. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытание на изменение величины исходного параметра от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «исходный параметр - износостойкость». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов проводят на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося во внутренней структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости Р, возрастает. Технический результат - повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх