СПОСОБ ОБРАБОТКИ МОНОКРИСТАЛЛОВ Российский патент 1995 года по МПК C30B33/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве высокоточных деталей из монокристаллического материала.

Известны способы обработки резанием монокристаллов, при которых обработку производят в определенной плоскости по определенному направлению [1] [2] Недостатком таких способов является ограничение возможных плоскостей резания монокристалла для получения деталей заданного качества.

Известен способ обработки монокристаллов с ОЦК-решеткой, включающий ориентирование монокристалла и резание по плоскости, наклоненной под углом 15^о к известной плоскости ориентации монокристалла [3] Недостатком данного способа, принятого за прототип, является то, что резание осуществляют на постоянном режиме. При этом также ограничиваются возможные плоскости резания и не учитывается анизотропия свойств монокристаллического материала в плоскости резания, что приводит к макроотклонениям формы обработанной детали.

При резании изотропных материалов для достижения требуемой точности обработки учитывается податливость технологической системы. При резании анизотропных материалов, свойства которых (твердость, упругость, прочность и т. д. ) меняются в разных направлениях, необходимо дополнительно учитывать кристаллографическую ориентацию обрабатываемого материала.

Известно, что монокристаллические материалы обладают анизотропией свойств, в частности твердости. При обработке резанием глубина внедрения режущей кромки инструмента в обрабатываемый материал обратно пропорциональна твердости этого материала с учетом жесткости технологической системы. Следовательно, при резании монокристаллического материала происходит неравномерный съем материала из-за переменного значения твердости в плоскости резания, что приводит к отклонению формы детали от заданной после изготовления.

На фиг. 1 представлена диаграмма изменения твердости монокристалла в плоскости резания; на фиг. 2 диаграмма отклонений формы монокристалла после точения с постоянной глубиной резания; на фиг. 3 диаграмма отклонений формы монокристалла после точения с переменной глубиной резания.

Способ осуществляют следующим образом.

Для анизотропного материала с заранее известной ориентацией определяют диаграмму изменения твердости в плоскости резания (см. фиг. 1) по справочным данным или экспериментальным путем. Далее производят резание монокристалла с постоянной глубиной резания t_о. После обработки снимают диаграмму отклонений формы обработанной поверхности монокристалла (см. фиг 2), по которой определяют максимальное δ_макc отклонение формы детали. Затем рассчитывают коэффициент К, учитывающий конкретные условия обработки (жесткость технологической системы, свойства обрабатываемого материала, форму и тип инструмента и т.д.) по формуле
K (1) где δ_макc максимальное отклонение формы монокристалла после обработки с постоянной глубиной резания, мм;
Н_мин минимальное значение твердости на диаграмме изменения твердости монокристалла, кгс/мм²;
Δ Н диапазон изменения твердости монокристалла, кгс/мм²;
t_о начальное постоянное значение глубины резания, мм.

С учетом коэффициента K, определяемого для каждого конкретного случая, резание монокристалла производят с переменной глубиной резания t_i в соответствии с выявленной для плоскости резания диаграммой изменения твердости обрабатываемого монокристалла (см. фиг. 1) так, что
t_i= tI+K· (2) где t_i переменное значение глубины резания, мм;
t_о начальное постоянное значение глубины резания, мм;
К коэффициент, определяемый экспериментальным путем;
Н_i переменное значение твердости на диаграмме изменения твердости обрабатываемого монокристалла, кгс/мм²;
Н_мин минимальное значение твердости на диаграмме изменения твердости монокристалла, кгс/мм².

П р и м е р. В качестве примера анизотропного материала обрабатывался монокристалл из жаропрочного никелевого сплава типа ЖС. Предварительно для него была определена диаграмма изменения твердости в плоскости резания методом измерения микротвердости на приборе ПМТ-3 (см. фиг. 1). При этом максимальное значение твердости составило Н_макс= 650 кгс/мм², минимальное Н_мин= 525 кгс/мм², диапазон изменения твердости монокристалла Δ Н= 125 кгс/мм².

После токарной обработки на станке с чпу мод.СПК-250 с начальной постоянной глубиной резания t_о= 0,35 мм, скоростью V=5 м/мин, подачей S=0,05 мм/об была снята диаграмма отклонений формы обработанной поверхности детали (см. фиг. 2), из которой было определено максимальное отклонение формы δ_макc= 0,015 мм.

По полученным значениям в соответствии с формулой (1) был рассчитан коэффициент К= 0,17, с учетом которого была произведена токарная обработка монокристалла с переменной глубиной резания t_i в диапазоне 0,350-0,364 мм в соответствии с предложенной формулой (2). Из диаграммы отклонений формы детали, обработанной с переменной глубиной резания (см. фиг. 3), видно, что отклонения формы уменьшились и составили 0,006 мм.

Предлагаемый способ обработки резанием монокристаллов позволяет по сравнению с известными повысить точность обработки прецизионных деталей за счет управления параметрами процесса резания с учетом свойств монокристаллического материала. Способ расширяет технологические возможности обработки резанием монокристаллов, так как позволяет осуществлять обработку в любой плоскости с заранее известным распределением анизотропных свойств материала.

Сущность изобретения: резку ориентированного монокристалла производят по заданной плоскости в заданном направлении с переменной глубиной резания, которая изменяется в соответствии с выявленной для заданной плоскости резания диаграммой изменения твердости монокристалла по формуле, приведенной в тексте описания. Изобретение позволяет повысить точность обработки прецизионных деталей за счет управления параметрами процесса резания с учетом свойств монокристаллического материала, а также расширить технологические возможности обработки резанием, т. к. позволяет осуществлять обработку в любой плоскости с заранее известным распределением анизотропных свойств материала. 3 ил.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ МОНОКРИСТАЛЛОВ путем резки ориентированного монокристалла по заданной плоскости в заданном направлении, отличающийся тем, что обработку производят с переменной глубиной резания, которая изменяется, в соответствии с выявленной для заданной плоскости резания диаграммой изменения твердости монокристалла по формуле

где t_i переменное значение глубины резания, мм;
t₀ начальное постоянное значение глубины резания, мм;
K коэффициент, определяемый экспериментальным путем;
H_i переменное значение твердости на диаграмме изменения твердости обрабатываемого монокристалла, кгс/мм²;
H_min минимальное значение твердости на диаграмме изменения твердости монокристалла, кгс/мм².