Способ токарной обработки заготовок из углепластика Российский патент 2017 года по МПК B29C37/00 B29B13/00 

Описание патента на изобретение RU2632299C1

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из полимерных композиционных материалов, преимущественно из углепластика.

Известен способ механической обработки, например токарной, заготовок из пластмасс, для осуществления которого применяют специальный режущий инструмент, оснащенный твердыми сплавами (В.Н. Подураев. Резание труднообрабатываемых материалов: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1974, с. 574).

Однако реализация такого способа не обеспечивает получение качественной поверхности после обработки ввиду наличия существенных отличий в физико-химических свойствах металлов и пластмасс. При этом образуется значительная шероховатость поверхности, элементы которой создают концентраторы напряжений, негативно влияющие на прочностные характеристики готовой детали в целом.

Ближайшим аналогом является способ токарной обработки заготовок из капролона, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно, при этом заготовку из капролона подвергают предварительной обработке путем обкатывания (Патент РФ на изобретение №2497670, В29С 37/00, опубл. 10.11.13).

Однако известный способ не позволяет обеспечивать высокую производительность и получать высокое качество обрабатываемой поверхности при точении углепластика, так как обкатывание заготовки из углепластика не оказывает влияния на механическую прочность наполнителя - углеволокон и не уменьшает адгезионные связи между волокном и матрицей.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности обработки заготовки и качества обработанной поверхности.

Указанная задача достигается тем, что в способе, включающем токарную обработку заготовок из углепластика, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно, при этом заготовку из углепластика подвергают предварительной обработке, согласно изобретению предварительную обработку заготовки из углепластика производят поверхностным деформированием путем ударного воздействия шариком, а последующую токарную обработку производят при глубине резания, равной глубине распространения деформации по сечению заготовки.

Предварительная обработка заготовки из углепластика поверхностным деформированием путем ударного воздействия шариком позволяет снизить прочность поверхностного слоя углепластика на 12-16%. За счет этого снижается сила резания при последующем точении заготовки, увеличивается скорость резания и повышается качество обрабатываемой поверхности. Сферическая поверхность шарика является наиболее оптимальной по сравнению с другими криволинейными поверхностями, как показали сравнительные экспериментальные исследования.

Пример реализации способа

Заготовку из углепластика закрепляют в токарном станке известным способом. Затем производят предварительную обработку заготовки из углепластика поверхностным деформированием путем ударного воздействия шариком, который, например, соединен со штоком вибратора.

При этом за счет энергии удара в полимерной матрице углепластика образуется такая структура материала, в которой часть связей разрушена, а часть напряжена и имеет низкую энергию активации связей, что является причиной формирования внутренних трещин в объеме матрицы. В углеродных армирующих волокнах происходит концентрация напряжений, что приводит к снижению их механической прочности. В межфазной прослойке между армирующим волокном и матрицей также образуются трещины и расслоения, что снижает адгезионную прочность соединения волокон с матрицей. В целом имеет место аддитивный эффект технологического разупрочнения поверхностного слоя заготовки из углепластика.

Затем производят точение заготовки режущим инструментом. При взаимодействии поверхностного слоя углепластика с режущим клином инструмента облегчается процесс деформирования срезаемого слоя за счет образования зоны предразрушения благодаря эффекту технологического разупрочнения. Магистральная трещина приобретает более устойчивое направление развития вдоль линии среза, что является предпосылкой повышения качественных показателей обработанной поверхности, так как снижается вероятность образования вырывов, сколов и подобных дефектов обрабатываемого резанием материала. При точении заготовки величину глубины резания назначают равной величине глубины распространения деформации от ударного воздействия шариком по поверхности заготовки. При выполнении такого условия обеспечивается максимальная эффективность точения, так как в зоне резания подвергаться воздействию режущего инструмента гарантированно будет именно та часть материала заготовки, структура которой технологически разупрочнена. Величина глубины распространения деформации от ударного воздействия шариком рассчитывается по формуле:

где h - глубина распространения деформации, мм; Р - нормальная сила удара шариком, н; ƒ - коэффициент затухания ударной волны; σ - предел прочности материала заготовки, Па.

В отличие от аналогов предлагаемый способ обеспечивает повышение производительности обработки заготовки и качества обработанной поверхности за счет технологического разупрочнения поверхностного слоя обрабатываемой заготовки из углепластика за счет ударного воздействия шариком.

Похожие патенты RU2632299C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА 2016
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Ивахненко Александр Геннадьевич
  • Куц Вадим Васильевич
  • Яворский Даниил Олегович
RU2630132C1
СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА 2016
  • Еренков Олег Юрьевич
RU2616705C1
СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА 2012
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Богачев Анатолий Петрович
  • Еренков Святослав Олегович
RU2497670C1
СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА 2014
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Богачев Анатолий Петрович
  • Зеленов Максим Владимирович
RU2554142C1
Комбинированный способ токарной обработки заготовок из пластмасс 2016
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Яворский Даниил Олегович
RU2638966C1
СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ПЛАСТМАСС 2015
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Козлова Мария Андреевна
RU2612723C1
СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА 2016
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Шакина Алена Сергеевна
  • Аникеева Олеся Владимировна
RU2626639C1
СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА 2014
  • Еренков Олег Юрьевич
RU2575723C1
Способ токарной обработки термопластичных полимерных материалов 2019
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Яворский Даниил Олегович
  • Каленский Андрей Михайлович
RU2722543C1
СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА 2014
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Козлова Мария Андреевна
RU2574764C1

Реферат патента 2017 года Способ токарной обработки заготовок из углепластика

Изобретение относится к токарной обработке материалов и может быть использовано при механической обработке заготовок из полимерных композиционных материалов, преимущественно из углепластика. Техническим результатом является повышение производительности обработки заготовки и качества обработанной поверхности. Технический результат достигается способом токарной обработки заготовок из углепластика, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно. При этом заготовку из углепластика подвергают предварительной обработке. Причем предварительная обработка заготовки из углепластика производится поверхностным деформированием путем ударного воздействия шариком. Последующую токарную обработку производят при глубине резания, величина которой равна глубине распространения деформации по сечению заготовки.

Формула изобретения RU 2 632 299 C1

Способ токарной обработки заготовок из углепластика, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно, при этом заготовку из углепластика подвергают предварительной обработке, отличающийся тем, что предварительную обработку заготовки из углепластика производят поверхностным деформированием путем ударного воздействия шариком, а последующую токарную обработку производят при глубине резания, величина которой равна глубине распространения деформации по сечению заготовки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2632299C1

СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА 2012
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Богачев Анатолий Петрович
  • Еренков Святослав Олегович
RU2497670C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ПЛАСТМАСС 2010
  • Еренков Олег Юрьевич
  • Еренков Святослав Олегович
  • Калита Георгий Александрович
  • Калита Евгений Георгиевич
RU2438872C2
DE 3844338 A1, 05.07.1990
EP 1873261 A1, 02.01.2008
US 20150114074 A1, 30.04.2015.

RU 2 632 299 C1

Авторы

Еренков Олег Юрьевич

Яворский Даниил Олегович

Даты

2017-10-03Публикация

2016-12-06Подача