СПОСОБ ЛОМКИ МАТЕРИАЛОВ НА ЗАГОТОВКИ В УСТАНОВКЕ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B23D37/06 

Изобретение относится к способам разделения металлических и неметаллических прутковых, трубчатых, листовых и других материалов на заготовки ломкой и устройствам для их осуществления и может быть использовано в заготовительных отделениях и на участках резки машиностроительных, металлургических, трубопрокатных и других предприятий.

Известен способ холодной ломки проката на мерные заготовки, согласно которому на прокате наносят концентраторы напряжений вмятины, прокат устанавливают на опоры, в плоскости вмятины прикладывают статическую или динамическую изгибающую нагрузку гидравлическим прессом или оборудованием импульсного действия [1]
Известно устройство для ломки материала, содержащее корпус, несущий гидрозажим с ножами для нанесения концентраторов, ломатель с его гидроприводом. Цилиндры зажима и привода ломателя соединены общей магистралью, при этом диаметр цилиндра зажима больше диаметра цилиндра ломателя [2]
Существенным недостатком известных технических решений является неудовлетворительное качество торцев изломов заготовок, особенно при ломке вязких материалов, и невозможность получения любой криволинейной поверхности.

Указанный недостаток является следствием ветвления магистральной (главной) трещины, причиной которой является нанесенный ранее концентратор напряжений, развивающийся в процессе деформации твердого тела.

Изобретение направлено на устранение указанного недостатка и получение качественного излома с необходимыми геометрическими характеристиками.

Это достигается тем, что способ ломки материалов на заготовки в установке для разрушения материала включает нанесение на материал концентраторов напряжений в виде углублений и приложение в его плоскости разрушающей импульсной нагрузки. Для этого материал по границе углубления сначала сжимают усилием до предела упругости, а в зоне образования концентратора напряжений
вмятины до предела пластичности и образования большого волнового сопротивления в пределах действия зажима материала, а затем, не снимая нагрузки, прикладывают к выступающей консольной части материала статическую и импульсную нагрузку с частотой, равной частоте собственных колебаний выступающей части данного материала.

Установка для управляемого технологического разрушения материалов содержит станину с размещенными на ней приводом перемещения ломателя гидрозажимом со вставным твердосплавным инструментом. Диаметр цилиндров гидрозажима выполнен больше диаметра цилиндров привода перемещения лопателя, а их напорные полости сообщены между собой трубопроводом с обратным клапаном. Установка снабжена плитой, связанной с приводом ломателя и размещенным на ней дополнительным ударно-импульсным приводом, на котором установлен ломатель.

Разрушаемый материал установлен на станине и прижимном устройстве. Режущая кромка ломателя образована плоскостью, выполненной параллельно плоскости реза и плоскостью, идущей под острым углом к опоре.

Реактивные усилия, возникающие при ударе в выступающей консольной части материала, демпфируются путем усиления прижима материала за счет выполнения диаметра гидроцилиндра прижимного устройства больше диаметра гидроцилиндров подъемаопускания ударно-импульсного механизма. Предложенная в способе последовательность и сочетание силового нагружения при зажиме и ломке материала приводит к новому положительному эффекту получению качественного излома с необходимыми геометрическими параметрами.

Реализация данного способа возможна исходя из физических законов разрушения материалов, имеющих концентраторы напряжений под воздействием статического и ударного воздействия.

Основным свойством концентраторов напряжений является их способность к развитию в процессе деформации твердого тела. (см.Китайгородский Л.И. Введение в физику. М. Физматгиз, 1959, с.130). При ударе энергия разрушения распространяется в виде волн и гаснет обратно пропорционально кубу расстояния от источника. Трещина растет в потоке упругих волн, распространяющихся в трехмерном пространстве, воздействие которых подчиняется закону суперпозиции. Ветвление трещины наступает тогда (и как следствие, искривление излома), когда в широкой области перед трещиной возникают примерно равные напряжения и трещине безразлично, куда "бежать". Магистральной (главной) трещиной становится та, которая наибольшая и расположена перпендикулярно растягивающим напряжениям.

Поток энергии из объема разрываемого металла подтекает в зону перед трещиной. Интенсивность такого подтекания энергии уменьшается в зависимости от толщины подводящего слоя материала по экспотенциальному закону. Если, например, пруток с одной стороны закреплен консольно и соединен с массой большой толщины, то волна практически не проникает в зажатую часть. В этом случае говорят о бесконечно большом сопротивлении среды (зажим с материалом), когда коэффициент отражения становится равным единице, и отражение происходит с потерей полуволны, что соответствует наличию узла на границе зажима. Развитие концентратора напряжения идет по границе сжатого слоя, так как при вторжении ее в сжатую часть подталкивающая ее упругая энергия растяжения гасится на противоположном упругом поле сжатия. Это все способствует получению нужного качественного излома.

Реактивная сила, возникающая в виде гидроударной волны в гидроцилиндрах прижима ударно-импульсного привода при ударе демпфируется путем направления ее через обратный клапан в напорные полости гидроцилиндров зажима материала, и энергия поглощается при образовании концентратора напряжений пластической деформацией.

На фиг. 1 представлен постадийно способ ломки материалов с использованием в качестве примера деформации среды, создаваемой гидравлическими силами; на фиг. 2 установка для разрушения материалов, общий вид.

Пример осуществления способа ломки материалов.

Ломке по схеме изгиба подвергается установленный выступающий консольной частью и подрезанной на глубину 15 мм прокат сечением 200 х 300 мм из стали 40Х (фиг.1).

а исходное положение материала, установленного консольно длиной, равной заготовке l_з в зажимах, выполненных, например, большой толщины t, обладающих большим волновым сопротивлением.

б первая начальная стадия материал сжимается нагрузкой Р сжатия до предела упругости, при этом в месте контакта выступов происходят пластические деформации Δ_пл, величина которых зависит от параметров выступов.

в вторая стадия нагружение заготовки статической нагрузкой Р_c, при этом Р_c всегда должна быть меньше Р сжатия, созданной на первой стадии.

г третья заключительная стадия нагружение материала импульсной нагрузкой с частотой, равной частоте собственных колебаний заготовки l_з, при этом реактивная сила, возникшая при ударе, используется на дополнительный поджим. На этой стадии на материал действует суммарная совмещенная статическая и резонансная волновая (Р_рез) (импульсная) нагрузка,узел волны которой из-за большого волнового сопротивления зажима находится по границе излома.

Установка содержит корпус 1, выполненный в виде основания, соединенного с верхней плитой 2 стяжными колоннами 3. На плите 2 установлены два гидроцилиндра 4 привода перемещения ломателя 5. С гидроцилиндрами 4 связана плита 6, на которой закреплен дополнительный ударно-импульсный привод 7, несущий ломатель 5. Плита 6 установлена с возможностью перемещения в направлении стяжных колонн 3. В основании корпуса 1 выполнена опора 8 для размещения на ней материала 9. В корпусе 1 установлен гидрозажим в виде двух гидроцилиндров 10 и 11 с зажимами 12 и 13, несущими твердосплавные ножи 14. Диаметр D₁ цилиндров гидрозажима выполнен больше диаметра D₂ цилиндров привода перемещения ломателя 5, а напорные полости гидроцилиндров 4, 10 и 11 сообщены между собой трубопроводом 15 с обратным клапаном 16. На ломателе 5 выполнена режущая кромка, образованная плоскостью 17, параллельной плоскости реза 19, и плоскостью 10, проходящей под острым углом α к плоскости опоры 8.

Установка работает следующим образом.

Разрушаемый материал 9 укладывается на опоре 8 и в гидрозажиме между зажимами 12 и 13 таким образом, что разрушаемый материал имеет выступающую консольную часть с концентратором напряжения 20 в виде углубления. С помощью зажимов 12 и 13 нагружают материал 9 по границе углубления статической нагрузкой до предела упругости. Одновременно твердосплавным ножом 14 зажимов 12 и 13 выполняют вмятины концентраторы напряжений 20. С помощью гидроцилиндров 4 перемещают плиту 6 с ударно-импульсным приводом 7 до соприкосновения ломателя 5 с концентратором напряжения 20 на материале 9 и прикладывают статическую и импульсную нагрузку с частотой, равной частоте собственных колебаний выступающей консольной части материала. В это же время ударная волна рабочей жидкости из напорной полости гидроцилиндра 4 идет по трубопроводу 15 через обратный клапан 16 в гидроцилиндры 10 и 11. За счет того, что диаметр гидроцилиндров 10 и 11 D₁ больше диаметра гидроцилиндров 4 D₂ достигается гарантированный зажим проката с помощью зажимов 12 и 13 в момент приложения ударноимпульсной нагрузки. После этого разжимают зажимы 12 и 13, а ударно-импульсный привод 7 поднимается в верхнее положение. Установка готова к совершению очередного цикла.

Использование: изобретение относится к способам разделения металлических и неметаллических материалов на заготовки ломкой проката, устройство для ломки может быть использовано в заготовительных отделениях и на участках резки машиностроительных, металлургических, трубопрокатных и других предприятий. Сущность изобретения: на верхней плите 2 корпуса 1 размещены гидроцилиндры 4 гидропривода перемещения ломателя 5, связанные с плитой 6, несущей дополнительный ударно-импульсный привод 7, на котором размещен ломатель 5. В корпусе 1 размещен гидрозажим материала 9 с твердосплавными ножами 14 для создания концентраторов напряжения 20. Напорные полости цилиндров гидрозажима и привода перемещения ломателя соединены между собой, а в трубопроводе 15 их сообщения размещен обратный клапан 16. Материал 9 размещают на опоре 8 и в гидрозажиме. При зажиме материала и нанесении концентратора напряжения 20 по границе углубления последнего материал сжимают усилением до предела упругости, а в зоне концентратора - до предела пластичности и образования большого волнового сопротивления в пределах действия зажима материала. Импульсную нагрузку на образованную консоль материала прикладывают с частотой, равной частоте собственных колебаний консольной части материала. 2 с. и 3 з. п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ ломки материалов на заготовки в установке для разрушения материалов, включающее нанесение на материал концентратора напряжений в виде углублений и приложение в его плоскости разрушающей импульсной нагрузки, отличающийся тем, что материал по границе углубления концентратора напряжения сначала сжимают усилием до предела упругости, а в зоне образования углубления концентратора напряжений до предела пластичности и образования большого волнового сопротивления в пределах действия зажима материала, не снимая нагрузки, прикладывают к выступающей консольной части материала статическую и импульсную нагрузку с частотой, равной частоте собственных колебаний консольной части материала. 2. Установка для разрушения материалов, содержащая корпус с размещенным на нем гидроприводом перемещения ломателя и гидрозажимом с вставными ножами, гидроцилиндры которых соединены между собой, а диаметр цилиндра зажима большего диаметра цилиндра ломателя, отличающаяся тем, что установка снабжена плитой, соединенной с гидроприводом ломателя, установленной с возможностью перемещения и несущей введенный дополнительный ударно-импульсный привод, на котором установлен ломатель, при этом в полости сообщения гидропривода перемещения ломателя и гидрозажима размещен обратный клапан. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что упомянутая опора выполнена на корпусе в виде выступа. 4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что ножи гидрозажима выполнены из твердого сплава. 5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что на ломателе выполнена режущая кромка, образованная плоскостью, параллельной плоскости реза, и плоскостью, проходящей под острым углом к плоскости опоры.