SU1754330A1 - Способ вибродеформационной обработки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке цилиндрических деталей средней и малой жесткости, преимущественно торсионов В процессе резани  в поверхностном слое детали создают деформирующие напр жени  путем периодического нагружени  механическими высокочастотными или ультразвуковыми циклами перегрузки с величиной максимального усили , соответствующего деформации материала при заданной величине предварительного упрочнени . Колебани  детали - крутильные в направлении скорости резани . Это позвол ет измен ть механические свойства материала и сузить зону интенсивных пластиче ских деформаций в зоне резани , сблизить во времени момент страгивани  и наступлени  пластической неустойчивости, способствовать хрупкому развитию разрушени . Одновременно накладывают механические колебани  на инструмент в направлении главного движени  с периодом, обусловленным циклами перегрузки , при этом учитывают запас прочности детали при неограниченной эксплуатации 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке цилиндрических деталей средней и малой жесткости, преимущественно торсионов.

Известен способ обработки резанием вращающейс  детали, заключающийс  в ее закреплении по концевым сечени м и деформации до обработки путем нагружени  одного из торцов крут щим моментом с усили ми , обеспечивающими создание состо ни  пластичности в поверхностном слое детали.

Недостатком этого способа  вл етс  образование первичной и вторичной зон областей пластических деформаций, что снижает удельную энергоемкость процесса

резани : снижаетс  мощность основного процесса резани , характеризующего уменьшение удельного съема припуска за счет срезани  меньшей глубины и ширины стружки, а также увеличиваетс  диссипатив- ный расход энергииТоснбвНого процесса резани  на преодоление сопутствующих  влений (деформации детали и инструмента , износа инструмента, тепла и вибраций в зоне резани , внутренних напр жений в детали ).

Цель изобретени  - повышение точности обработки и удельной энергоемкости процесса резани  за счет сближени  во времени момента страгивани  и наступлени  пластической неустойчивости в зоне резани  путем

VI

сл

Јь CJ 00 О

создани  состо ни  предварительного упрочнени  в поверхностном слое детали.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу обработки резанием вращающейс  детали, согласно которому деталь , закрепленную по концевым сечени м, перед обработкой деформируют с усили ми , обеспечивающими создание деформирующих напр жений в поверхностном слое металла, деформирующие напр жени  создают периодическим нагруженном циклами перегрузки высокой или ультразвуковой частоты с величиной максимального усили , соответствующей деформации материала при заданных величине предварительного упрочнени  и коэффициента концентрации усталостных напр жений, равном 1,4-2,0, при этом одновременно накладывают вынужденные механические колебани  на инструмент в направлении главного движени  резани  г периодом, равным периоду нагру- жени  циклами перегрузки.

Деформаци  детали с усили ми, обеспечивающими создание состо ни  предварительного упрочнени  в поверхностном слое детали позвол ет в результате нагру- жений заготовки выше предела текучести несколько измен ть механические свойства материала, повысить предел пропорциональности , уменьшить относительные остаточные деформации, сузить зону интенсивных локальных пластических деформаций , когда в материале развиваютс  только упругие деформации, при этом за счет сужени  зоны интенсивных локальных пластических деформаций момент страгивани  и наступлени  пластической неустойчивости сближаютс  во времени, что способствуют хрупкому развитию разрушени .

Деформаци  детали с заданной величиной деформационного упрочнени  позвол ет несколько изменить механические свойства материала, сузить зону интенсивных локальных пластических деформаций, способствовать переходу от в зкого разрушени  к хрупкому за счет исчерпывани  запаса пластичности, при этом повышают точность обработки и снижают усили , соответствующие услови м деформации.

Наложение на инструмент механических высокочастотных или ультразвуковых колебаний в направлении главного движени  позвол ет увеличить его жесткость на 2-3 пор дка, таккак жесткость увеличиваетс  пр мо пропорционально квадрату увеличени  частоты.

Наложение на инструмент механических высокочастотных или ультразвуковых колебаний позвол ет достичь степени приближени  геометрических и других параметров к заданным, когда разность между действительными и заданными расчетными параметрами уменьшаетс  до теоретически возможной, позвол ет снизить величину работы и усилие резани  за счет увеличени  жесткости, некоторого изменени  механических свойств материала, использовани  преимуществ сверхскоростного резани , сужени  зоны интенсивных пластических

0 деформаций.

В целом повышают точность обработки за счет увеличени  жесткости заготовки и инструмента, повышают удельную энергоемкость процесса резани  повышением

5 мощности основного процесса резани , ха- рактеризующего увеличение удельного съема припуска за счет срезани  большей глубины и ширины стружки; внесением в основной процесс резани  дополнительных

0 энергетических факторов: деформационное упрочнение дл  обработки пластичных деталей , наложение высокочастотных или ультразвуковых колебаний, характеризующих повышение обрабатываемости материалов,

5 а также уменьшением диссипативного расхода энергии основного процесса резани  на преодоление сопутствующих  влений деформации детали и инструмента, износа инструмента, тепла и вибрации в зоне реза0 ни , внутренних напр жений в детали.

Запас прочности при неограниченной эксплуатации определ ют величиной 1,4- 2,0 в виде коэффициента концентрации усталостных напр жений по методике расчета

5 одноосного напр женного состо ни , Необходимость учета запаса прочности обусловлена обеспечением прочности детали при многоцикловом нагружении,

На фиг 1 приведен эскиз, по сн ющий

0 процесс осуществлени  способа; на фиг. 2 - блок-схема системы дл  реализации предлагаемого способа.

Система содержит обрабатываемую нежесткую деталь 1, закрепленную в патро5 не 2 передней бабки, и механизм 3 зажима-вибратора крутильных колебаний , а также соединенные последовательно вибратор 5, установленный на суппорте станка, режущий инструмент 6

0 и блок 4 управлени  (микроЭВМ), подключенный к системе ЧПУ 7.

С блоком 4 управлени  соединены вибраторы 3 и 5 и вход ЧПУ 7.

Способ осуществл ют следующим обра5 зом.

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.

В соответствии с блок-схемой (фиг. 2) блок 4 управлени  запускает программу управлени  и включает зажим-вибратор 3 крутильных колебаний, который сообщает детали 1 механические высокочастотные или ультразвуковые колебани  в направлении вращени  заготовки заданным крут щим моментом дл  создани  предварительного упрочнени  в поверхностном слое детали

При посто нных значени х крут щего момента по длине заготовки и размерах поперечного сечени  полный угол закручивани  р определ етс  по формуле

йЗ MKI/Gb ,

s

крут щий момент определ ют выражением

Мк т°10/г,

где G - модуль сдвига;

I лт4/2 - пол рный момент инерции;

г - радиус зоны предварительного упрочнени ;

т° 0,5 о° - касательное напр жение в поверхностном слое детали;

0° - напр жение предварительного упрочнени  в поверхностном слое детали с учетом запаса прочности при неограничен- ной эксплуатации.

Выражение дл  напр жени  о° записывают в виде

о0-От +0в

где От - предел текучести;

OB - предел прочности;

k - коэффициент концентрации устало- стных напр жений при ударном нагруже- нии.

Одновременно блок 4 управлени  включает вибратор 5, который возбуждает механические высокочастотные или ультразвуковые колебани  инструмента 6 в направлении главного движени  с периодом , обусловленным циклами перегрузки на детали 1, и в противофазе.

Колебани  инструменту 6 сообщают из услови  устойчивости и прерывистости резани  в виде выражени 

,5 /о1фрасчТ-103мк,

где а - амплитуда вынужденных колебаний инструмента;

VoKp.pacn. - окружна  скорость обрабатываемой поверхности;

5

10

5

0

5

Т - период колебаний инструмента.

Величину периода механических или ультразвуковых колебаний выбирают в диапазоне 18-30 кГц, который обусловлен тем, что колебани  ниже 10 кГц могут передаватьс  не только чере средства креплени  детали и инструмента, но и через узлы станка . Колебани  выше 30 кГц сильно затухают при прохождении через стыки, поэтому требуют большей мощности вибраторов, что вызывает увеличение их габаритов.

Ограничение амплитуды обусловлено тем, что она ограничиваетс  редакцией воздействи  материала на ударные воздей- 15 стви  в границах скорости деформации е 10°- скорости резани  V 50-500 м/с, когда преобладают пластические деформации .

После приведени  в состо ние колеба- 20 ний детали 1 и инструмента 6 система ЧПУ 7 запускает программу обработки на станке.

При движении инструмента б в направлении (+OZ) из положени  О со скоростью Vn а ш cos (1)1 на участке OiAi (фиг. 1) происходит закручивание детали 1 в направлении вращени . В точке AI инструмент 6 вступает в контакт с деформированной до состо ни  упрочнени  обрабатываемой поверхностью и в течение времени резани  г инструмент 6 и деталь 1 образуют на участке AIВ1 элементы пары (контакт). При дальнейшем движении инструмента 6 в направлении (-OZ) происходит разрыв элемента пары и разгрузка детали 1 от крут щего момента. Цикл 5 нагружени  повтор ют. На очередной заготовке повтор ют цикл обработки.

Пример. Обтачивают деталь длиной (L) 450 мм, диаметром (D) 20 мм.

Режимы резани :

расчетна  величина линейной скорости обрабатываемой поверхности (Х/окр.расч.) 150 м/мин;

глубина резани  (t) 0,25-0,75 мм;

подача (S) 0,054-0,11 мм/об;

период вынужденных колебаний детали и инструмента (Т) 50 с;

расчетное значение амплитуды вынужденных колебаний инструмента (а) 100 мк.

Резец проходной, твердосплавна  пластинка Т15К6.

Обрабатываемый материал;

сталь нормализованна , круг

20 -4 ГОСТ 7417 -75 45 - Т - 2 - Б ГОСТ 1050 - 74

5 преде л текучести (От) 36 кг/мм2; предел прочности (сгв) 61 кг/мм ; модуль сдвига (0)8,110 кг/мм . Коэффициент концентрации усталостных напр жений при ударном нагружении (k) 1,4-2.0.

Расчетные величины:

напр жение предварительного упрочнени  в поверхностном слое заготовки с учетом запаса прочности при неорганической эксплуатации

36 +61

1

1,7

28,53 кг/мм2;

,5о° 14,26 кг/мм2;

Mkl т°1А

р-щ

14,26 450

8,1 103 -9,5

/ 4°46 .

При импульсном резании жесткости инструмента и заготовки возрастают на 3-4 пор дка за счет увеличени  их собственных частот, при этом точность обработки повышаетс  практически до теоретически возможной и определ етс  лишь огранкой, обусловленной длиной обработки в каждом цикле колебаний инструмента.

Импульсное приложение нагрузки приводит к уменьшению нагрузок и усилий резани  минимум в 10 раз, что позвол ет уменьшить мощность механизмов нагруже- ни , при этом создаютс  такие услови , при

которых зона интенсивности локальных пластических деформаций сужаетс .

Абсолютна  скорость резани  в каждом цикле колебаний достигает величины 1000- 1200 м/мин, что позвол ет использовать преимущества высокоскоростного резани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ вибродеформационной обработки , согласно которому деталь, закрепленную по концевым сечени м, перед обработкой резанием деформируют с усили ми , при которых в поверхностном слое

   металла создаютс  деформирующие напр жени , от л ичающийс  тем,что,с целью повышени  точности обработки и удельной энергоемкости процесса резани , деформирующее напр жение создают периодическим нагружением циклами перегрузки высокой частоты с величиной максимального усили , соответствующей деформации материала при заданных величине предварительного упрочнени  и коэффициенте

   концентрации усталостных напр жений, равном 1,4-2,0, при этом одновременно накладывают вынужденные механические колебани  на инструмент в направлении главного движени  резани  с периодом,

   равным периоду нагружени  циклами перегрузки .

   о,

   Фиа,1

   фиг 2