×
04.07.2018
218.016.6a77

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Способ включает воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь. Предельную подачу на оборот определяют по приведенной математической формуле в зависимости от критического значения разности температур поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящей к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений, скорости резания и глубины резания. Достигается определение предельных режимов механической обработки резанием из условий предотвращения образования остаточных напряжений, определяющих точность и качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к обработке материалов резанием, и предназначено для механической обработки осесимметричных деталей.

Известен способ механической обработки материалов, включающий закрепление заготовки в шпинделе токарного станка, воздействие технологического инструмента (резца) на вращающуюся заготовку с механическим удалением слоя материала с поверхности заготовки (см. Трембач Е.Н., Мелентьев Г.А., Схиртладзе А.Г., Борискин В.П., Пульбере А.И. / Резание материалов: учебник, Старый Оскол, ТНТ, 2009, с. 36).

Механическая обработка в основном является завершающим этапом производства деталей, при котором формируется точность детали и качество ее поверхности.

При механической обработке основными технологическими параметрами являются скорость резания , измеряемая в м/мин; подача резца за один оборот заготовки s в мм/об; t глубина резания в мм.

Недостатком известного способа является то, что он не дает зависимостей, связывающих технологические параметры процесса резания. Другим недостатком известного способа является то, что он не определяет температурных условий на контакте инструмент - деталь, приводящих к появлению остаточных напряжений в поверхностных слоях детали. Остаточные напряжения при этом влияют на качество детали при последующей эксплуатации и возможное изменение геометрических размеров за счет релаксации остаточных напряжений при эксплуатации.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ механической обработки резанием осесимметричных деталей из стали 40ХН, включающий воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь. Определяют критическое значение разности температур поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящие к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений ΔТкр, с учетом которой определяют предельную скорость резания по формуле:

где: а, b, с, d - эмпирические коэффициенты процесса резания, равные а - 148,8, b - 0,4, с - 0,24, d – 0,1;

s - подача резца за один оборот изделия, мм/об;

t - глубина резания, мм (патент РФ №2600608, 03.10.2016).

Данный способ принят в качестве прототипа.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он определяет лишь предельную скорость резания, не дает зависимости, связывающей остальные параметры процесса резания.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь; определение критического значения разности температур поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящей к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений ΔТкр.

Задачей изобретения является определение предельных режимов механической обработки резанием из условий предотвращения образования остаточных напряжений, определяющих точность и качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей, расширение арсенала способов обработки резанием осесимметричных деталей.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе обработки резанием осесимметричных деталей из стали 40ХН, включающем воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь, определение критического значения разности температур поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящей к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений ΔТкр, согласно изобретению определяют предельную подачу за оборот по формуле:

где sпр - предельная подача за оборот, мм/об;

а, b, с, d - эмпирические коэффициенты процесса резания, определяемые опытным путем в процессе резания, равные а - 148,8, b - 0,4, с - 0,24, d - 0,1;

- скорость резания, м/мин;

t - глубина резания, мм.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - определение предельной подачи за оборот в зависимости от технологических параметров процесса. Благодаря этому повышается точность и качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

Механическая обработка детали резанием сопровождается интенсивным выделением тепла в точке контакта резца и обрабатываемой детали. При значительном разогреве в детали возникают термические напряжения, которые носят упругий характер. Однако при определенных градиентах температур возможно появление термопластических деформаций, которые при последующем охлаждении приводят к возникновению остаточных напряжений в поверхностном обрабатываемом слое. Наличие остаточных напряжений является нежелательным, поскольку их величина и знак (растяжение или сжатие) определяют точность и качество поверхности обработанной детали.

Остаточные напряжения после изготовления деталей могут привести к изменению геометрических размеров за счет релаксации остаточных напряжений. Остаточные напряжения могут привести к короблению и нарушению точности изделия, что особенно важно при производстве высокоточных деталей. Наличие остаточных растягивающих напряжений может приводить к появлению микротрещин с последующим ростом до макротрещин и разрушением деталей.

Для оценки термоупругого состояния осесимметричного тела под действием разности температур поверхностного и центрального слоев детали и возможного появления пластических деформаций решается задача термоупругости для осесимметричного цилиндрического тела.

Термоупругому состоянию заготовки соответствуют следующие выражения для напряжений (см. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975, с. 451).

где σr, σθ, σz, - напряжения в радиальном, окружном и осевом направлении соответственно;

α - коэффициент линейного температурного расширения материала заготовки;

Е - модуль упругости материала изделия,

- коэффициент Пуассона;

R - радиус изделия,

Т(r) - температурная функция;

r - радиальная координата.

Контактный разогрев при механической обработке локализуется в тонком поверхностном слое, поэтому полагаем, что распределение температуры по сечению изделия описывается экспоненциальной зависимостью вида:

где β - эмпирический показатель.

Обозначив температуру поверхности изделия через Tk, из условия Tr=R=Tk найдем показатель β и получим температурную функцию, соответствующую контактному разогреву изделия в процессе механической обработки в следующем виде:

где - безразмерная радиальная координата.

Зависимость (3) положена в основу последующих расчетов термоупругих напряжений, возникающих в изделии за счет контактного разогрева. Подставляя зависимость (3) в соотношения (1), после интегрирования и преобразования имеем:

В формулах (4) ΔT-Tk0 - разность температур поверхности и центра обрабатываемого изделия.

Численный анализ соотношений (4) говорит о том, что наибольшие температурные напряжения возникают в поверхностных слоях детали , где и можно ожидать появление остаточных напряжений. Для поверхности выражения (4) примут вид:

Последнее из соотношений (5) следует из закона Гука для осесимметричного напряженного состояния при и εz=0.

Возможному появлению остаточных напряжений в поверхностных слоях изделия предшествует переход обрабатываемого металла в пластическое состояние. Для оценки этого перехода используем критерий удельной энергии формоизменения (условие Губера-Мизеса):

где σi - интенсивность напряжений, МПа;

σT - предел текучести обрабатываемого материала, МПа.

Условие пластичности (6) для поверхностных слоев упрощается и принимает вид:

Уравнение (7) позволяет по известному значению σT для обрабатываемого материала определить σθ и из уравнения (5) найти критическое значение ΔТкр, и значение Tk0кр, превышение которого приведет в последующем к появлению остаточных напряжений.

Из литературы известна зависимость разности температур между поверхностью и центральной частью обрабатываемой заготовки ΔТ, зависящая от основных технологических параметров процесса резания, которая может быть выражена в общем виде как

где - скорость резания, м/мин;

t - глубина резания, мм;

s - подача за один оборот, мм/об;

a, b, c, d - эмпирические коэффициенты.

Прологарифмировав выражение (8), получим

из которого определяются предельные подачи за оборот в качестве важного параметра, определяющего производительность процесса механической обработки

Пример конкретной реализации

Подвергнем обработке резанием заготовку диаметром 50 мм из стали 40ХН при температуре цеха 20°C. Для заданной стали уравнение (8) имеет следующий вид (см. Даниелян А.М. «Тепловой баланс при резании металлов». М.: издательство АН СССР, 1955)

из которого следует

Для заданной стали уравнение (10) примет вид

Для данной стали 40ХН при температуре цеха 20°C σT=7,85⋅108 МПа, из решения уравнения (5) получим ΔТкр = 412,2°C.

Для t=4 мм, получим значения предельной подачи за оборот s=0,44 мм/об.

Использование заявленного способа позволяет определить предельные режимы механической обработки резанием, исключающие образование остаточных напряжений с учетом технологических параметров. Расширяется арсенал способов обработки резанием осесимметричных деталей.

Изобретение планируется использовать в АО «ОДК-Авиадвигатель».


СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 51-60 из 122.
26.08.2017
№217.015.d80e

Способ производства трубных металлоизделий пластической деформацией

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства трубных изделий волочением. Способ включает предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку. Исключение вероятности разрушения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622552
Дата охранного документа: 16.06.2017
26.08.2017
№217.015.d8cf

Способ гидромеханического прессования прутковых изделий

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства осесимметричных прутковых изделий гидромеханическим прессованием. Способ включает выдавливание осесимметричной прутковой заготовки, помещенной в контейнер, через коническую матрицу воздействием на задний конец...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623528
Дата охранного документа: 27.06.2017
26.08.2017
№217.015.e4be

Способ экстракции жирных кислот из растительных масел

Изобретение относится к масложировой промышленности. Способ извлечения жирных кислот из растительного масла включает в себя экстракцию жирных кислот из растительного масла этанолом, их смесь при этом переводят в эмульгированное состояние при температуре в диапазоне от 25°С до 70°С с последующим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625676
Дата охранного документа: 18.07.2017
26.08.2017
№217.015.e557

Нейтрализующий материал для рекультивации закисленных почв

Изобретение может быть использовано при утилизации отходов промышленного производства. Шлак производства феррованадия силикоалюминотермическим способом используют в качестве нейтрализующего материала для рекультивации закисленных почв терриконников. Изобретение позволяет расширить арсенал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626646
Дата охранного документа: 31.07.2017
26.08.2017
№217.015.e619

Способ финишной обработки деталей

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для абразивной обработки плоскостей деталей с низкими параметрами шероховатости без рисок на обработанной поверхности. Сначала детали подвергают получистовой обработке методом микроударного воздействия, которую осуществляют с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626706
Дата охранного документа: 31.07.2017
26.08.2017
№217.015.e9db

Гистерезисный триггер

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении отказоустойчивых самосинхронных схем. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности использования гистерезисного триггера в резервированных самосинхронных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628152
Дата охранного документа: 15.08.2017
29.12.2017
№217.015.f0fb

Способ получения высокотемпературного порошкового композиционного материала на основе карбидов кремния и титана

Изобретение относится к получению композиционного материала на основе карбидов кремния и титана, включающий приготовление порошковой смеси, состоящей из титана, карбида кремния и графита, и механоактивацию порошковой смеси. Порошковая смесь содержит 66 мас. % Ti, 17 мас. % SiC и 17 мас. % С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638866
Дата охранного документа: 18.12.2017
29.12.2017
№217.015.f15d

Гидроизоляционное морозостойкое покрытие асфальта автомобильной дороги

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для строительства автомобильных дорог. Покрытие содержит полимерную основу, наполнитель - полифракционный диоксид кремния и технологические добавки, включающие трехмерно сшивающий агент - серу, тиксотропный усилитель и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638976
Дата охранного документа: 19.12.2017
29.12.2017
№217.015.f3a1

Способ получения гранулированного активного угля

Изобретение относится к области получения гранулированных активных углей. Согласно изобретению готовят связующее на основе остаточных продуктов нефтепереработки, измеряют его динамическую вязкость и смешивают с угольной пылью неспекающегося каменного угля. Соотношение компонентов выбирают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637240
Дата охранного документа: 01.12.2017
29.12.2017
№217.015.f3cd

Способ получения пористых отливок

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения пористых материалов и изделий из цветных металлов. Из порообразователя, в качестве которого используют дробленый сильвинит и/или отходы его добычи и/или отходы производства калийных удобрений на его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637442
Дата охранного документа: 04.12.2017
Показаны записи 21-23 из 23.
30.10.2019
№219.017.dbcf

Способ формирования сжимающих остаточных напряжений при дробеструйной обработке деталей

Изобретение относится к формированию сжимающих остаточных напряжений при дробеструйной обработке. Осуществляют дробеструйную обработку поверхности контрольной пластины, изготовленной из материала обрабатываемой детали, и измеряют стрелу прогиба деформированной контрольной пластины. Давление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704341
Дата охранного документа: 28.10.2019
27.11.2019
№219.017.e6e2

Способ производства трубных металлоизделий тепловыделяющих элементов атомных реакторов

Изобретение относится к области производства трубных изделий тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) атомных реакторов волочением. Способ включает предварительное формирование на заготовке захватки с заостренными и коническими участками и последующее волочение через монолитную волоку с определением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707249
Дата охранного документа: 25.11.2019
18.12.2019
№219.017.ee9b

Способ прижизненной дифференциальной диагностики метацеркарий описторхид

Изобретение относится к ветеринарной медицине, в частности к способу прижизненной дифференциальной диагностики метацеркарий описторхид, заключающийся в определении видовой принадлежности Opisthorchis felineus и Pseudamphistomum truncatum. Способ характеризуется тем, что в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708990
Дата охранного документа: 13.12.2019
+ добавить свой РИД