Способ резки пластичных металлов высокопрочной нитью



Способ резки пластичных металлов высокопрочной нитью
Способ резки пластичных металлов высокопрочной нитью

 


Владельцы патента RU 2499663:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)

Изобретение относится к области технологии машиностроения, в частности к способам резки заготовок из пластичных металлов. Способ включает резку изделия посредством воздействия на него режущего инструмента. Резку осуществляют нитью при отношении температуры нагрева к температуре плавления металла обрабатываемого изделия T0=0,7-0,8. Нить выполнена из нержавеющей стали или вольфрама. В результате обеспечивается повышение качества поверхности среза и исключение потерь металла в отход. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности, к способам пластической резки металлических заготовок, обладающих высокой пластичностью и низким напряжением текучести.

Из уровня техники известны различные способы резки металлических заготовок в виде сортового проката на пресс-ножницах и в штампах, ленточными и дисковыми пилами, электро-химическим способом и абразивной механической резки струной (Машиностроение. Энциклопедия. Том III-2. Технология заготовительных производств. - М.: Машиностроение, 1996. - 736 с., SU 1689089, 7.11.1991; станок для резки полупроводниковых материалов АЛТЕК-1300 SM, www//ite.inst.cv.ua)

Недостатками способов резки сортового проката на пресс-ножницах являются дефекты поверхности среза и искажение формы сечения в результате разделения заготовки отрывом и пластического изгиба, и ограничение отношения длины отрезаемой заготовки к размеру поперечного сечения. При резке в штампах указанные недостатки снижаются. Однако, сложность конструкции штампов, высокие требованиях к точности размеров осевого сечения и качеству поверхности заготовок затрудняют практическое применение этого способа. Механическая резка дисковыми и ленточными пилами и абразивная резка струной трудоемка и приводит к потерям металла при образовании разреза или пропила.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является пластический способ резки сортового проката на пресс-ножницах (Машиностроение. Энциклопедия. Том III-2. Технология заготовительных производств. - М.: Машиностроение, 1996, стр.262, 263). При резке известным способом пластическая деформация возникает в начале внедрения ножей в виде серповидного «блестящего пояска» с последующим отрывом заготовки с грубой поверхностью разделения. Асимметрия сил, действующих на ножи, приводит к пластическому изгибу в зоне резки и искажению формы сечения. Дефекты формы торцевой поверхности требуют применения дополнительных операций калибровки при обработке давлением, или трудоемкой механической обработки торцов резанием. Отношение длины заготовки к размеру поперечного сечения ограничено минимальным значением 1,5.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение эффекта пластического обтекания обрабатываемым металлом режущего инструмента в виде петли высокопрочной нити в процессе резки, что в итоге обеспечивает высокое качество поверхности среза и исключение потерь металла в отход при высокой производительности.

Поставленный технический результат решается посредством способа резки изделий из алюминиевых сплавов и углеродистых сталей, включающего резку изделия посредством воздействия на него режущего инструмента, согласно изобретению, резку осуществляют нитью, выполненной из нержавеющей стали или вольфрама, при отношении температуры нагрева к температуре плавления металла обрабатываемого изделия T0=0,7-0,8.

Нагрев конструкционных сталей и сплавов обеспечивает снижение напряжения текучести и повышение пластичности, необходимое для реализации предлагаемого способа резки. Относительная температура T0, при которой достигается этот эффект, определяется как отношение абсолютной температуры нагрева к абсолютной температуре плавления (У. Джонсон, П. Меллор, Теория пластичности для инженеров, М. Машиностроение, 1979 г., стр.31). Для технически чистого свинца низкое напряжение текучести и высокая пластичность, характерная для углеродистых сталей при T0 в интервале 0.7-0.8, достигаются при комнатной температуре.

Изобретение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 показано устройство для резки заготовок круглого сечения,

- на фиг.2 показано устройство для резки заготовок прямоугольного сечения.

Способ резки пластичных металлов высокопрочной нитью осуществляется следующим образом.

При резке заготовки круглого сечения (фиг.1) заготовка 1 с радиусом г устанавливается на призматических опорах 2 на основание 3. Петля 4 гибкой высокопрочной нити, закрепленная на подвижном блоке 5 с радиусом R, надевается на заготовку 1. Начальное положение петли 4 и блока 5 показано штриховыми линиями. Основание 3 и опоры 2 имеют зазор для свободного перемещения петли 4. При перемещении S оси блока 5 под действием силы P, приложенной к ползунку 6 через трос 7, происходит врезание петли 4 в заготовку 1. Неразрезанная часть сечения заготовки показана на фиг.1 штриховкой.

При малых отношениях диаметра нити d к диаметру заготовки D=2r происходит полное погружение нити в заготовку 1 и ее стационарное пластическое обтекание металлом: Непершин Р.И. Внедрение плоского штампа в жесткопластическое полупространство. «Прикладная математика и механика», Т.65, вып.1, 2002, стр.140-146; Непершин Р.И. Внедрение конечного клина в идеально пластическое полупространство. «Известия РАН. Механика твердого тела», 2003, №4, стр.176-182. При отсутствии смазки на контакте нити с заготовкой 1 образуется жесткая зона - «нарост» металла, перемещающийся вместе нитью. При внедрении нити происходит относительное скольжение по касательной к дуге контакта с заготовкой 1, вызывающее касательные напряжения Т, снижающее нормальное давление q на нить: Ивлев Д.Д., Максимова Л.А., Непершин Р.И. О вдавливании плоского штампа в идеальное жесткопластическое полупространство при действии контактных касательных напряжений. «Прикладная математика и механика», Т.65, вып.1, 2002, стр.134-139. При максимальном трении τ/σs→0.5, где σs - напряжение текучести, и полном погружении нити в заготовку 1 q≈2.64σs. Вследствие трения натяжение нити N возрастает вдоль дуги контакта с заготовкой 1 от точки симметрии A до выхода нити из заготовки 1 и определяется условием равновесия

N = ( q 0 ρ + τ l ) d ,                                  (1)

где q0=2.64σs - нормальное давление на нить и ρ - радиус кривизны нити в точке A; l - длина дуги контакта, отсчитываемая от точки A. При углах дуги контакта меньше π/2 форма границы контакта с заготовкой 1 близка к окружности. Натяжение нити на выходе из заготовки 1 находим из формулы (1) при τ/σs=0.5 и l/ρ=π/2:N=3.42 σsρd. Максимальное натяжение возникает в начале разрезания при ρ=r. При перемещении оси блока 5 радиус кривизны ρ уменьшается до нуля и натяжение нити снижается. Предельный диаметр заготовки 1, ограниченный прочностью нити, определяется допускаемым напряжением [σ] на растяжение нити и напряжением текучести Gs материала заготовки 1

D < 0,46 d [ σ ] / σ s .                       (2)

При резке заготовки 1 с σs=20 МПа нитью из борного волокна d=0.2 мм при [σ]=3.5 ГПа находим D<16.1 мм. При радиусе блока R>r начальная длина дуги контакта l уменьшается, натяжение нити снижается и предельный диаметр разрезаемой заготовки 1 увеличивается. Сила P натяжения троса 6 определяется условием равновесия нити с блоком 5 без учета силы тяжести блока и троса

P = 2 N cos α .                       (3)

Начальный угол наклона α0 и длина замкнутой петли L нити определяются радиусами заготовки 1, блока 5 и межцентровым расстоянием а0 (фиг.1)

sin α 0 = ( R r ) / a 0 ,  L = π (R + r) + 2[ α 0 (R-r) + a 0 cos α 0 ] .         (4)

При задании радиуса кривизны ρ разрезаемого сечения в интервале r>ρ>0 угол α определяется из геометрического соотношения

( R ρ ) cos α = [ L / 2 π / 2 ( R + ρ ) α ( R ρ ) ] sin α .                 (5)

Расстояние а между центром кривизны разрезаемого сечения и центром блока 5, смещение h центра кривизны и перемещение s центра блока 5 определяются формулами

На фиг.2 показана резка заготовки 1 прямоугольного сечения b×H, закрепленной прижимами 2 на основании 3, петлей нити 4 при перемещении s оси блока 5 под действием силы P, приложенной к ползунку 6 через трос 7. Штриховкой показана неразрезанная часть сечения заготовки 1 с радиусом кривизны ρ дуги контакта с нитью. Так как натяжение нити пропорционально ρ, то резку прямоугольного сечения следует вести по толщине заготовки b. Начальное положение петли 4 и блока 5 показано штриховой линией. Диаметр блока 5 целесообразно задавать больше толщины заготовки 1 2R>b для снижения длины контакта l и натяжения нити N. Начальный угол наклона нити α0 и длина петли L определяются размерами сечения заготовки 1 и блока 5 и начальным расстоянием a0 оси блока 5 от опорной плоскости основания 3 по формулам

sin α 0 ( H + a 0 ) = R b / 2,   L = b + R( π + 2 α 0 ) + 2(H + a 0 )cos α 0 .                (7)

Натяжение N на выходе нити из заготовки 1 и сила Р определяются формулами (1) и (3) при изменении угла α в зависимости от перемещения s оси блока 5. В начале процесса происходит пластическое врезание нити в заготовку 1 с углов с увеличением радиуса кривизны границы контакта до ρ=b/2. Затем наступает стационарная стадия процесса резки при постоянном радиусе ρ=b/2 с углом наклона нити α, определяемым из уравнения (5). На стационарной стадии расстояние h центра кривизны дуги контакта до основания 3 уменьшается от значения H-b/2 до нуля. Перемещение s оси блока 5 рассчитывается по формуле

s = ( R ρ ) / sin α ( h + a 0 ) ,   H-b/2 > h > 0 .                (8)

На конечной стадии резки радиус кривизны ρ уменьшается до нуля. Угол α и перемещение s определяют из уравнений (5) и (8) при h=0 и уменьшении ρ от b/2 до нуля. Предельную толщину разрезаемой заготовки определяют из неравенства (2) с заменой D на b в левой части неравенства.

В качестве режущего инструмента в виде гибкой нити может использоваться стальная проволока, борные или вольфрамовые волокна диаметром 0.1-0.2 мм. Прочность на разрыв этих нитей достигает значений 3.5-5 ГПа: Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. - М.: Наука, 1979, стр.709-713. Напряжение текучести в интервале 10-20 МПа для алюминиевых сплавов и углеродистых сталей достигается при относительной температуре нагрева T0=0.7-0.8. Нити из нержавеющей стали и вольфрама сохраняют высокую прочность при температурах 470-510°C и 1130°C, соответственно: Композиционные материалы. Справочник. Ред. В.В. Васильев, Ю.М. Тарнопольский. - М.: Машиностроение, 1990, стр.23, 24.

Для проверки описанного способа резки заготовок изготовлена лабораторная установка по схемам, показанным на фиг.1 и фиг.2. Трос 7 наматывали на барабан с ручным приводом вращения рукояткой с длиной плеча относительно оси вращения барабана снижающей силу P в два-три раза. Выполнена резка образцов из технически чистого свинца при комнатной температуре, при которой заготовка имеет напряжение текучести 10-20 МПа и высокую пластичность, и из алюминиевого сплава АД1 при температуре 430-450°C (T0=0,7-0.8) стальной струной для музыкальных инструментов, d=0.2 мм, с прочностью на растяжение [σ]=2 ГПа. Предельная толщина (диаметр) разрезанных образцов 8-10 мм, что согласуется с оценкой (2). Поверхности среза были гладкими с небольшим заусенцем ~0.1 мм на выходе нити из зоны резания в нижней части образцов. Для теплоизоляции нагретого образца из сплава АД1 использовали асбестовые прокладки на зажимах (фиг.2).

Опыты резки образцов с нагревом показали важность точного контроля температурного диапазона. При низких температурах происходили разрывы нити вследствие высокого значения σs заготовки. При высоких температурах, близких к температуре плавления, происходил грубый излом образцов вследствие хрупкости материала при грубых зернах с выраженным оплавлением по их границам.

Ограничения предлагаемого способа резки нагретых заготовок с низким напряжением текучести высокопрочной нитью в зависимости от относительной температуры нагрева заготовки T0 приведены в таблице.

Таблица
T0 Чистота поверхности среза заготовки Примечание
0.6 разрыв нити вследствие высокого значения σs
0.7 хорошая
0.75 высокая
0.8 хорошая
0.85 низкая
0.9 хрупкое разрушение заготовки изломом

Способ резки изделий из алюминиевых сплавов или углеродистых сталей, включающий резку изделия посредством воздействия на него режущего инструмента, отличающийся тем, что резку осуществляют нитью, выполненной из нержавеющей стали или вольфрама, при отношении температуры нагрева обрабатываемого изделия к температуре плавления алюминиевого сплава или углеродистой стали T0=0,7-0,8.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измельчителю для получения частиц из ленточного материала. .

Изобретение относится к устройству для нарезания продуктов, в частности для нарезания кубиками пищевых продуктов. .

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для одновременного разрезания по двум или нескольким линиям реза автомобильных покрышек и их частей, например каркасно-брекерно-протекторного браслета покрышки, включающего несколько слоев резины, армированной текстильным и металлическим кордом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в металлорежущих инструментах при обработке различных деталей. .

Изобретение относится к устройству согласно ограничительной части пунктов 1 или 3 формулы изобретения. .

Изобретение относится к машине и способу для резки экструдированных труб на отрезки заданной длины. .

Изобретение относится к устройству для резки ломтиками овощей и фруктов. .

Изобретение относится к режущему устройству для отрезания полос от ленты материала. .

Группа изобретений относится к упаковочным машинам для упаковки продуктов в термоусаживаемую пленку. Термонож постоянного нагрева содержит раму 1, в контуре которой подвижно в вертикальном направлении установлена рамка, образованная верхней 2 и нижней 3 планками, соединенными между собой компенсаторами усилий перемещения термоножа 7. На верхней 2 планке закреплен держатель 6 термоножа 7, имеющего губки с зажатым между ними нагревательным элементом, электрически соединенным с контактами питающего электропровода. Между губками ниже нагревательного элемента зажата металлическая полоса 11, а под термоножом расположен упор 12, закрепленный на столе 14 упаковочной машины с возможностью его контакта с металлической полосой 11. В поперечном сечении упор 12 имеет П-образную форму и между бортами упора 12 зафиксирована диэлектрическая накладка 13 из пористого упругого материала. Губки термоножа 7 покрыты тефлоновой тканью, причем держатель 6, с закрепленным в нем термоножом 7, неподвижно установлен на верхней 2 планке рамки посредством направляющих крепежных 15 элементов. На верхней 2 планке рамки относительно нее подпружинен ограничительный кронштейн 16, соединенный с направляющими шпильками планки, на которых расположены пружины. Каждая пружина расположена между гайкой шпильки, навинченной на ее конце, и верхней поверхностью ограничительного кронштейна 16. По другому варианту термонож содержит раму, в контуре которой подвижно в вертикальном направлении установлена верхняя планка с жестко закрепленным на ней держателем термоножа посредством направляющих крепежных элементов. Верхняя планка соединена с компенсаторами усилий перемещения термоножа. Термонож выполнен так же, как и в первом варианте. При этом на верхней планке установлен подпружиненный защитный кожух, соединенный с ее направляющими шпильками, на которых расположены пружины. Каждая пружина расположена между гайкой, навинченной на шпильку, и верхней поверхностью защитного кожуха. Группа изобретений обеспечивает упрощение конструкции и повышение надежности ее работы. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройству для последовательного изготовления пластиковых мешков. Заявленное устройство содержит механизм подачи, посредством которого полимерную пленку прерывисто подают в направлении длины пленки. Резак Томсона, приводимый в контакт с полимерной пленкой на одной из ее противоположных сторон, при временной остановке подачи полимерной пленки. Элемент качения, установленный с возможностью контакта с полимерной пленкой и качения вдоль нее и резака Томсона с другой стороны пленки, при временной остановке подачи полимерной пленки так, что полимерная пленка расположена между резаком Томсона и указанным элементом качения для ее разрезания совместным воздействием элемента качения и резака Томсона при последовательном изготовлении пластиковых мешков. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области обработки экструдированных пластиковых профилей. В процессе резки применяется дисковый нож без зубьев. Нож состоит из полотна на внутреннем круге и режущей кромки на внешнем круге. Режущая кромка дискового ножа без зубьев выполнена с углом профиля β=2°-6º для ножа однокромочного типа или с углом профиля α=4°-12º для ножа двухкромочного типа. Нож осуществляет движение с линейной скоростью 20-100 м/мин при скорости подачи 0,3-0,7 м/мин. Во время процесса резки на дисковой нож распрыскивают смазку из распрыскивающей форсунки. В результате обеспечивается бесшумная и беспыльная резка экструдированного пластикового профиля, увеличение срока службы дискового ножа без зубьев и улучшение качества резки профиля. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из пластмасс, преимущественно из капролона. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности обработки заготовки и физико-механических свойств изделий. Указанная задача решается тем, что в устройстве для обработки заготовок из капролона, включающем заготовку, токарный станок с режущим инструментом, привод вращения заготовки и устройство подачи инструмента, согласно изобретению, токарный станок оборудован генератором облучения заготовки с возможностью обработки заготовки при резании наносекундными электромагнитными импульсами, связанным электродами с режущим инструментом и скользящим элементом, которые контактируют с заготовкой из капролона и изолированы от металлических частей станка. 1 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из пластмасс, преимущественно из капролона. Изобретение обеспечивает повышение производительности обработки заготовки и физико-механических свойств изделий. Способ включает обработку заготовок из капролона. Заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно. Одновременно с резанием производят процесс термообработки заготовки. В качестве нагревательного элемента используют кольцо, установленное подвижно перед резцом с возможностью копирования внутренней поверхностью рельефа заготовки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при утилизации труб магистральных трубопроводов с переработкой их в мелкосортный прокат, преимущественно катанку, с использованием мобильной установки. Демонтированную трубу нагревают до температуры 970÷1150°С при ее транспортировке через проходной индуктор со скоростью 30÷150°С/сек и при выходе из индуктора разрезают по винтовой линии, В результате получают полосовую заготовку. Порезку ведут в отрезном калибре между двух валков, оси вращения которых развернуты на угол по отношению к продольной оси трубы. Величину этого угла предварительно определяют из приведенного выражения в зависимости от радиуса трубы и заданной ширины полосовой заготовки. Затем заготовку охлаждают в направляющей проводке со скоростью 15÷45°С/сек до температуры 950÷860°С и задают в непрерывный прокатный стан. Производят прокатку заготовки на катанку диаметром 5,0÷12,0 мм с температурой окончания прокатки 830÷910°С. Далее катанку охлаждают в линии ускоренного охлаждения до температуры 320÷560°С и сматывают в бунт. В результате обеспечивается возможность производства из демонтированных магистральных труб катанки в бунтах весом более 2,0 тонн с высоким уровнем механических характеристик при коэффициенте выхода годного 99,5%. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области производства электрических кабелей различного назначения, в частности изготовления гибких печатных кабелей. Устройство содержит основание, режущие проволоки, каретку с механизмом подачи и снабжено узлом позиционирования заготовки печатного кабеля. Узел позиционирования заготовки печатного кабеля содержит два фиксатора, установленных на основании, причем один из них - с возможностью продольного перемещения. Режущие проволоки закреплены с натяжением на пружинных скобах, смонтированных на рычагах, стянутых пружиной и установленных на каретке с возможностью разведения и схождения посредством роликов, взаимодействующих с копирами в начале и конце резания. Рычаги снабжены регулировочными винтами, контактирующими в процессе резания с упором, закрепленным на каретке. В результате обеспечивается высокая точность резания и улучшение качественных характеристик получаемого кабеля. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для приготовления горячих или теплых порций пищевых продуктов путем отрезания от большего по величине куска пищевого продукта, поддерживаемого в горячем или теплом состоянии. Устройство содержит нагревательную камеру для помещения в нее большего по величине куска пищевого продукта, поддерживаемого в горячем или теплом состоянии, режущее устройство, снабженное механическим приводом, для отрезания ломтика от куска пищевого продукта, снабженное механическим приводом устройство перемещения режущего устройства и куска пищевого продукта друг относительно друга, устройство выдачи из нагревательной камеры ломтика, отрезанного от куска пищевого продукта, и блок управления. Блок управления необходим для задания величины или веса отрезаемых и выдаваемых ломтиков пищевого продукта и для управления устройством перемещения и режущим устройством. Устройство перемещения выполнено с возможностью регулировки величины ломтика, отрезаемого от куска пищевого продукта. Величина отрезанного ломтика соответствует порции пищевого продукта. В результате обеспечивается порционирование, отрезание и выдача устройством в автоматическом режиме без непосредственного контакта обслуживающего персонала с пищевым продуктом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу изготовления шины из сращенных полосок. Первую полоску отрезают и помещают на разгрузочный конвейер. После отрезания первой полоски отрезают вторую полоску и помещают на разгрузочный конвейер. После этого первая и вторая полоски сращиваются. Между отрезанием первой полоски и помещением второй полоски на разгрузочный конвейер вторая полоска удерживается на разгрузочном конвейере, измеряется предполагаемый зазор между концом первой полоски и концом второй полоски, сращиваемым с упомянутым концом первой полоски, и в зависимости от замеренного зазора первую полоску перемещают относительно второй полоски таким образом, чтобы конец первой полоски находился в нужном положении относительно второй полоски. После чего вторую полоску помещают на разгрузочный конвейер. В результате обеспечивается высокая точность сращивания полосок резинового материала. 16 ил.

Изобретение относится к устройству для отделения узких полос разделенной в продольном направлении полосы, в частности полосы металла, при помощи разделительных дисков. Устройство содержит встроенный в разделительный вал механизм для автоматического позиционирования разделительных дисков на неподвижном разделительном валу в соответствии с программой резки. Также устройство содержит по меньшей мере одну транспортировочную каретку, выполненную с возможностью перемещения в направляющем пазу разделительного вала при помощи электрического привода параллельно оси разделительного вала. Указанная каретка содержит захват, выполненный с возможностью радиального выдвижения из разделительного вала и втягивания в разделительный вал для захватывания разделительного диска, транспортируемого при помощи транспортировочной каретки в позицию на разделительном валу, предварительно заданную программой резки, и для отпускания позиционированного разделительного диска. В результате за счет автоматического позиционирования разделительных дисков на разделительном валу обеспечивается отделение полос металла без использования дополнительных устройств. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх