Способ определения силы резания


 


Владельцы патента RU 2538068:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

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 измерительной технике и касается, в частности, определения силы, необходимой для обработки резанием металлов и сплавов.

Известен способ определения силы Р резания по эмпирическому уравнению типа Р=СрtxsvvnKм, сформированному на основе многократного взвешивания силы Р при последовательном варьировании расширенного диапазона основных параметров резания. (См., например, книгу «Технология конструкционных материалов» под ред. A.M. Дальского, изд. 2-е. - М.: Машиностроение. 1985. Стр. 263-265). Все выполняемые действия сводятся к тому, что назначают параметры резания t (глубина резания), s (подача инструмента), v (скорость резания) и другие условия резания, последовательно ведут пробные резы, каждый раз варьируя величины всех параметров, и для каждого варианта взвешивают силу Р резания. Этим накапливают базу экспериментальных данных, достаточных для построения экспериментальных графиков, подбирают для этих графиков математические зависимости, на основе которых графоаналитически находят как безразмерные числовые величины коэффициентов Ср, характеризующих механическую прочность обрабатываемого материала, так и безразмерные величины х, y, n - показатели степени параметров резания t, s, v и Kм соответственно. Здесь коэффициентом Kм учитывают влияние других параметров резания (материал резца, его стойкость, его геометрические размеры, непосредственно связанные со стружко-образованием).

Основные недостатки этого способа определения силы Р резания:

а) очень большая трудоемкость экспериментальных работ и последующего графико-аналитического анализа результатов эксперимента по формированию расчетного уравнения силы Р; в свою очередь, для последующего вычисления силы Р выбор таблично представленных коэффициентов и показателей степени также оказывается очень трудоемким;

б) получаемое расчетное уравнение не имеет физического смысла и, соответственно, исключена возможность оценивать и степень точности находимой величины силы Р, и выбирать ее оптимальную величину.

Наиболее близким прототипом заявленному способу является способ определения силы Р резания на основе последеформационной характеристики в виде коэффициента К усадки стружки. Этот коэффициент представляет собой отношение К=lo/lk. Здесь lo - исходная длина срезаемого припуска, переходящего в стружку при обработке; lk - конечная длина стружки, получаемой из этого припуска. (См., например, книгу «Резание материалов» / И.А. Чечета, В.И. Гунин, О.Н. Кириллов. - Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2007.- С.75÷79).

Практическая значимость коэффициента К усадки стружки в том, что он является следствием совокупного действия всех параметров, составляющих режим резания (t, s, v, физико-механические свойства обрабатываемого материала, внешнее и внутреннее трение в процессе резания, материал режущего инструмента, геометрические размеры режущих элементов резца и их взаимное расположение, нагрев от трения, влияние смазывающе-охлаждающей жидкости и другие параметры, влияющие на процесс стружкообразования). В свою очередь, принимают во внимание тот факт, что натуральный логарифм отношения lo/lk представляет собой величину ε - истинную относительную деформацию: ε=ln(lo/lk), и этим предопределяют функциональную зависимость между величинами К и ε: ε=lnK. В свою очередь, коэффициент К по известному соотношению И.А. Тиме составляет: К=cos(θ-γ)/sinθ, где γ - угол наклона передней грани резца, θ - угол наклона плоскости сдвига стружки.

Затем раскладывают вектор силы Р резания на два составляющих вектора: сила Ри, расходующая свою работу на искривление стружки, и сила Рсж, обеспечивающая усадку стружки методом осевого сжатия. В качестве главного составляющего вектора берут Рсж=σ F=σ t s К, где F - площадь поперечного сечения стружки, σ - возникающее в материале напряжение.

Вектор силы Рсж сжатия направлен перпендикулярно к плоскости сдвига, являющейся опорной поверхностью очага пластического деформирования стружки. В свою очередь, плоскость сдвига имеет угол θ наклона к горизонтали, вдоль которой действует суммарный вектор силы Р резания.

Тогда сила резания Р=Рсж/sinθ=σ t s К/sinθ.

Основной недостаток изложенного наиболее близкого способа-прототипа в том, что коэффициент К заранее (до получения стружки) остается неизвестной величиной и этим затруднен мотивированный выбор величины К даже для первичного прикидочного расчета силы резания.

Цель изобретения - создать обоснованный и приемлемый для практики предварительный выбор коэффициента К усадки стружки и этим обеспечить точность определения силы Р резания.

Эта намеченная цель становится достижимой в случае замены стандартной кривой упрочнения, имеющей координаты «напряжение σ - относительная деформация δ», кривой упрочнения с координатами «напряжение σ - истинная относительная деформация ε». Для такой замены принято к сведению:

1) δ=Δl/lo, где Δl - абсолютная деформация изменяющегося начального размера lo;

2) связь между величинами ε и δ: ε=ln(1+δ);

3) в отличие от δ величина ε непосредственно связана с коэффициентом К усадки стружки (ε=lnK, то есть К=еε). Здесь е - основание натурального логарифма; в свою очередь, в отличие от δ величина ε более приемлема, так как обладает свойством аддитивности.

Тогда способ определения силы резания, основанный на последеформационных показателях, осуществляют в два этапа.

Этап первый. Материал, предназначенный для обработки резанием, стандартными испытаниями проверяют на прочность: получают стандартную кривую упрочнения в координатах «напряжение σ - относительная деформация δ» и перестраивают ее в координатах «напряжение (σ) - истинная относительная деформация (ε)». Так как в процессе резания к моменту нарушения сплошности в материале всегда возникает напряжение, имеющее величину, близкую к пределу σв прочности, то по полученной перестроенной кривой упрочнения находят величину предела прочности σв и соответствующую ему степень деформации εв, которой предопределяют максимальную величину коэффициента К усадки стружки посредством зависимости lnK=εв, то есть К=еε. Здесь е - основание натурального логарифма. Назначают глубину t резания и подачу s. Тогда наибольшую силу Р резания вычисляют по уравнению:

Р=σв t s К/sin θ, причем величину угла θ находят по соотношению:

К=cos(θ-γ)/sin θ, где γ - угол наклона передней грани резца.

Этап второй. Для проверки полученной величины Р ведут пробное резание, измеряют геометрические размеры, непосредственно связанные с усадкой стружки (начальную lo срезаемого припуска и конечную длину lk получаемой из него стружки), достаточные для вычисления фактической величины коэффициента К=lo/lk усадки стружки, и по исходному расчетному уравнению Р=σв t s К/sin θ уточняют величину затраченной силы Р резания с учетом экспериментально найденного значения К=lo/lk и по нему вычисленного угла θ, поскольку также К=cos(θ-γ)/sinθ. В свою очередь, допускают возможность некоторого увеличения предела прочности σв для материалов, у которых наблюдается эффект местного его повышения (до 10%) в диапазоне температур синеломкости, и учитывают это повышение.

Положительным эффектом созданного изобретения, касающегося определения силы резания, является повышение точности расчета и существенный рост производительности за счет сокращения технико-экономических затрат на его реализацию.

1. Способ определения силы резания, основанный на последеформационных показателях, отличающийся тем, что экспериментально получаемый стандартный график кривой упрочнения в координатах «напряжение σ - относительная деформация δ» перестраивают в координатах «напряжение σ - истинная относительная деформация ε»: (ε=ln(1+δ)), находят в этой кривой упрочнения числовое значение предела прочности σв и соответствующую ему истинную относительную деформацию εв, в свою очередь предопределяющие максимально возможную величину последеформационного показателя, которым является коэффициент усадки стружки lnK=εв (то есть К=еε, где е - основание натурального логарифма), назначают исходные параметры резания t (глубина резания), s (подача), вычисляют силу резания Р=σв t s К/sinθ (здесь θ - угол наклона плоскости сдвига), затем для перепроверки величины Р выполняют пробное резание со снятием стружки, измеряют геометрические размеры (исходную lo длину срезаемого припуска и конечную длину lk полученной стружки) для вычисления величины получающегося в этом случае коэффициента К=lo/lk и определяют величину силы Р=σв t s К/sinθ с учетом фактически найденного после пробного резания значения К и вычисленного угла θ наклона плоскости сдвига из формулы: К=cos(θ-γ)/sinθ, где γ - угол наклона передней грани резца.

2. Способ определения силы резания по п.1, отличающийся тем, что допускают возможность увеличения предела прочности σв для материалов, у которых наблюдается эффект его местного повышения (до 10%) в диапазоне температур синеломкости, и вычисляют силу Р по той же расчетной формуле: Р=σв t s К/sinθ.



 

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 абразивной обработки и может быть использовано для определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием (АГП).

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.

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.

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.

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 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 технике измерений сопротивлений грунтов и снежно-ледяных образований резанию. .

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

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. 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.

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов по содержанию водорода в поверхностной и приповерхностной структуре. Отличительная особенность способа прогнозирования износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов заключается в тесной корреляционной связи между свойствами твердых сплавов группы применяемости К аккумулировать водород поверхностью и приповерхностной структурой и их износостойкостью. С уменьшением способности структуры твердосплавных режущих инструментов к аккумулированию водорода их износостойкость возрастает. Технический результат − повышение точности прогнозирования износостойкости. 2 ил.

Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазной кольцевой коронки для колонкового бурения. Сущность: на корпусе коронки формируют одинаковые пары алмазосодержащих режущих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки. Осуществляют бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами. Определяют скорость бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определяют пригодность матрицы алмазного инструмента. Достижение заданной глубины бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте пары режущих секторов поверхности обрабатываемой породы. Технический результат: получение за короткий промежуток времени достоверной информации о пригодности матрицы алмазной коронки для бурения конкретной горной породы. 2 ил.

Использование: для тестирования истинной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых компонентов, используя акустическую эмиссию. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования на основе акустической эмиссии содержит тестируемый образец, включающий твердую поверхность, акустический датчик, индентор, соединенный с твердой поверхностью, и нагрузку. Нагрузка прикладывается к индентору, который передает нагрузку на твердую поверхность. Нагрузку повышают до пиковой нагрузки, выдерживают в течение определенного времени и затем понижают. Акустический датчик соединен с возможностью передачи данных с тестируемым образцом и детектирует одно или более акустических событий, возникающих в тестируемом образце. Система тестирования на основе акустической эмиссии включает в себя блок записи данных, соединенный с устройством тестирования. Блок записи данных записывает данные из устройства тестирования. На основе принятых данных объективно определяется жесткость образца, и по жесткости образец может быть расположен в определенном порядке по отношению к другим образцам. Технический результат: повышение точности тестирования жесткости на основе акустической эмиссии. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 23 ил.

Устройство и способ исследования образцов горной породы, основанные на явлении акустической эмиссии. Для осуществления исследования образца горной породы заявленным способом исследуемый образец помещается в заявленное устройство, содержащее в своей конструкции камеру повышенного давления и один или более акустических датчиков, присоединяемых к исследуемому образцу горной породы, с возможностью передачи сигналов. Камера включает в себя первую камеру, давление в которой поднимают до первого заданного значения давления, и вторую камеру, давление в которой поднимают до второго заданного значения давления. Образец горной породы помещают в камеру повышенного давления таким образом, чтобы на первый участок образца оказывало действие первое давление, а на второй участок образца оказывало действие второе давление. Второе давление повышают до порогового значения, выдерживают образец при пороговом значении давления определенный период времени и затем понижают давление. Акустические датчики детектируют одно или более акустических событий, происходящих в образце горной породы. В некоторых вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью определения пространственного местоположения и направления распространения одного или более акустических событий. Система включает в себя устройство исследования образца, соединенное с устройством записи информации об акустических событиях. Технический результат: увеличение точности получаемых результатов при измерении жесткости твердых или сверхтвердых материалов. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 27 ил.

Использование: для определения ударной вязкости испытуемого образца. Сущность изобретения заключается в том, что собирают акустические данные от акустического датчика с помощью средства сбора акустических данных при приложении к испытуемому образцу нагрузки, при этом указанный акустический датчик связан с испытуемым образцом; определяют одну или более фоновых точек с помощью средства определения фоновых точек; определяют одну или более точек возможного акустического события с помощью средства определения точек возможного акустического события; интерполируют кривую характеристики фонового шума с использованием фоновых точек с помощью средства интерполяции кривой характеристики фонового шума; определяют одну или более точек фактического акустического события с использованием точек возможного акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства определения точек фактического акустического события; и вычисляют площадь акустического события, заключенную между точкой фактического акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства вычисления площади фактического акустического события. Технический результат: обеспечение возможности определения фактической прочности и ударной вязкости твердых и сверхтвердых компонентов с использованием акустической эмиссии. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано в машиностроении для ускоренной автоматизированной оценки обрабатываемости как традиционно применяемых сталей и сплавов в изменяющихся условиях резания, так и новых марок сплавов, наплавленных и композиционных материалов и т.д. Сущность: осуществляют регистрацию параметров сигналов акустической эмиссии - числа импульсов моды амплитудного распределения, соответствующих пластическому деформированию при точении. Для регистрируемого датчиком сигнала акустической эмиссии рассчитывают среднее квадратическое значение сигнала в рассматриваемом интервале времени (Urms). С помощью преобразования Фурье получают амплитудно-частотное представление сигнала акустической эмиссии, определяют значение медианной частоты (Fmed). По их произведению (Urms×Fmed) судят об обрабатываемости материала. Технический результат: сокращение времени и трудоемкости определения обрабатываемости материалов, определение не относительного, а абсолютного значения обрабатываемости. 3 ил., 2 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, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации кислорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с уменьшением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для выбора оптимальных режимов шлифования. Для этого осуществляют экспресс-контроли режимов шлифования путем обработки детали, закрепленной на координатном столе, имеющем продольное, поперечное и вертикальное перемещения, под объективом оптического устройства. Обработку детали осуществляют шлифовальным инструментом, состоящим из единичных зерен в органической связке, размещенных в державке-инденторе, установленной на цилиндрической поверхности круга, смонтированного на шпинделе. При этом производят стробоскопическую подсветку шлифовального инструмента с синхронизацией частоты вспышек осветителя и частоты вращения шпинделя. На экран проецируют конусную режущую часть единичного зерна, которую сравнивают с изображением на экране внешних контуров конуса в начальном положении до контактирования с деталью и конечном положении, определяемым заданным углом поворота единичного зерна в органической связке, меньшим угла выравнивания единичного зерна из нее. Оптимальные режимы резания выбирают по наибольшему времени достижения тенью внешнего контура конуса единичного зерна конечного положения. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей обработки и быстрый выбор оптимальных режимов шлифования. 1 ил.

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 адгезионный 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, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации кислорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости К, возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 ил.
Наверх