Способ разламывания пластин из твердых материалов Советский патент 1993 года по МПК B28D1/02 

Изобретение относится к обработке камня и т.п. материалов и может быть использовано при изготовлении элементов из пластин путем их надрезания и разламыва- ния. Область приложений изобретения, в частности, охватывает класс пластин из сверхтвердых материалов на основе алмаза, кубического нитрида бора, карбида бора и др., требующих, вследствие высокой твердости и жесткости, значительных затрат при обработке.

Известен способ резки камня путем раскалывания, согласно которому на объекте производят надрез и со стороны противоположной надрезу прикладыбают ударную нагрузку. Применение способа ограниченно классом крупногабаритных объектов с большой инерционностью при глубинах надрезов - несколько сантиметров.

Известен способ разделения пластин с надрезами, согласно которому предварительно надрезанная пластина размещается между двумя гибкими пластинами, к которым посредством прижимных валков прикладывают нагрузку. К недостаткам способа следует отнести то, что используемая схема нагружения вследствие относительно высокой податливости гибких элементов не может обеспечить уровней нагрузок, достзточ- ных для разламывания надрезанных пластин с высокой изшбной жесткостью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ разламывания пластин, согласно которому предварительно надрезанную пластину помещают между податливыми элементами: упругим основанием и листом из гибкого материала, к последнему прикладывают нагрузку посредством пружинного ролика. Этот способ обладает тем же недостатком, что и способ-аналог. Кроме того, из-за необходимости позиционирования прижимного ролика над каждой линией надреза, увеличивается продолжительность процесса разламывания длт пластин со сложной конфигурацией с большим количеством надрезов.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей, а также увеличение производительности за счет одновременного разламывания пластины по всем линиям надрезов.

В способе разламывания пластин из твердых материалов, включающем размеел

С

vj Ю

HV

0

00

ел

щение предварительно надрезанной по заданному контуру пластины между податливыми элементами, к которым посредством жестких элементов прикладывают нагрузку, пластину дополнительно ограничивают по боковым поверхностям, образуя над торцами пластины матричные полости, в которых помещают податливые элементы, имеющие жесткостные характеристики, асимметричные относительно срединной плоскости пластины и, по крайней мере, в одном элементе - переменные от боковой поверхности к центру.

При этом приложенный способ отличается тем, что по крайней мере, один из податливых элементов выполняют из жидкого, пастообразного или порошкового материала.

Кроме того, на боковой поверхности пластины образуют сообщающуюся с имеющимися матричную полость, в которукьпомещают дополнительный податливый элемент.

С позиции сопротивления материалов в пластине с надрезами (концентраторами напряжений), нагруженной давлением д, действуют максимальные напряжения.

tfmax а Б Он. (1)

где «Б - коэффициент концентрации напряжений;

Он - номинальные напряжения или на- пряжения в образце без концентратора. Можно считать, что уровни напряжений о пропорциональны величине нагрузки д. Тогда на основании (1) имеем:

ОГтах «БР(2)

Разламывание пластины происходит, когда напряжения сгтах превысят предел прочности материала пластины, Из анализа (2) следует два возможных варианта достижения требуемых уровней Ohiax. При больших значениях «Б разламывание наступает при меньших нагрузках g и наоборот. Однако повышение а Б , как правило, предполагает увеличение глубины надреза. Это сопряжено с дополнительными затратами, особенно при обработке сверхтвердых материалов. Поэтому предпочтительнее увеличивать уровни нагрузок при минимальных значениях а Б . При этом для разламывания пластины с большей изгибной жесткостью будут требоваться большие нагрузки д. Их предельная величина будет ограничена несущей способностью жестких или податливых элементов, передающих давление на пластину. Согласно прототипу податливые элементы испытывают сжатие, близкое к одноосному. Предельная нагрузка g для случая одноосного сжатия не может превышать

предел текучести материала податливого элемента - в противном случае произойдет его выдавливание. Ориентировочно можно ограничить величину g уровнями Б-10 МПа.

В предлагаемом изобретении податливый элемент помещается в матричную полость и стеснен в своем деформировании. Это позволяет достигать нагрузочных давлений до 1000 МПа и выше, вплоть до потери прочно0 сти жестких нагрузочных элементов, окружающих матричную полость.

Сказанное выше не ограничивает область использования изобретения и для

пластин с низкой изгибной жесткостью, уве5 личивая производительность зэ счет одновременного разламывания пластины по всем линиям надрезов.

На фиг. 1 показана деформированная пластина с надрезами; на фиг. 2 - схема

0 нагрузок на пластине; на фиг. 3 - схема элементов силовой цепи.

Механизм взаимодействия признаков заявляемой совокупности заключается в следующем.

5Исходной предпосылкой к разлому является изгибиая деформация пластины, при которой растянутые волокна находятся со стороны надрезов (фиг. 1). Для осуществления такого вида деформации применяют

0 схему силового нагружения, которая вызывает в пластине изгибающие моменты соответствующего знака. Рассмотрим например, достаточную общую схему, изображенную на фиг, 2. Встречные нагрузки gi и д2 асим5 метрнчно распределяют относительно срединной плоскости пластины, но их равнодействующая равна нулю. Возможен вариант, когда прикладывают дополнительную боковую нагрузку дз, которая увеличи0 вает гидростатическую составляющую напряженного состояния и, как показали проведенные эксперименты, улучшает качество разлома для пластин с высокой изгибной жесткостью. Давления gi, да, дз

5 передают на пластину 1 посредством податливых элементов 2, 3, 4 (фиг, 3), конфигурация и (или) жесткость которых- имеет характерную для закона распределения нагрузок g (фиг. 2) асимметрию. Податливые

0 элементы помещают в матричные полости и подвергают действию жестких нагрузочных элементов 5, б, 7 (фиг. 3), замыкающих силовую цепь,

Из удобства заполнения матричных по5 лостей в качестве податливых элементов, по возможности, используют жидкие, пастообразные или порошкообразные материалы. Причем в двух последних состояниях материалов легко получают композиции с заданными свойствами. Жидкости, как и

другие материалы с нулевой или близкой к нулю сдвиговой жидкостью, применяют, как правило, в виде тонких прослоек, толщина которых соизмерима с деформациями пластины.

Пример 1. На алмазно-твердосплавной пластине диаметром 13,5 мм и высотой 3,5 мм со стороны твердого сплава протачивают диаметральный надрез сечением 0,3 х 0,3 мм. В цилиндрическую полость диаметром 13,5 мм с плоским основанием последовательно помещали: резиновый диск высотой 1 мм; пластину надрезами вверх; графитовый диск высотой 3 мм; стальной цилиндр диаметром 13,5 мм с рабочим профилем в виде конуса с углом 150° , обращен- ного вершиной вверх. К стальному цилиндру прикладывали давление 800 МПа, после чего пластина разламывалась вдоль надреза на две части.

Пример 2. В условиях примера 1 на пластине протачивали два, три или четыре диаметральных надреза, после чего пласти0

5

0

на разламывалась вдоль надрезов соответственно на четыре, шесть и восемь частей, Пример 3. В условиях примера 1 графитовый диск заменили графитовым порошком при высоте засыпки 4 мм, тем самым исключив предварительную операцию изготовления графитового диска.

Пример 4, В условиях примера 1 резиновый диск заменили слоем жидкого машинного масла, который наносили путем контакта пластины со смоченной маслом поверхностью. При этом снижали стоимость вспомогательного материала.

Пример 5. В условиях примера 1 диаметр цилиндрической полости и всех цилиндрических элементов, за исключением пластины, увеличивали до 20 мм. В образовавшуюся со стороны боковой поверхности пластины полость поместили графитовое кольцо диаметром 20 мм и высотой 3,5 мм. В результате повысили качество поверхности разлома.

Использование: обработка камня, сверхтвердых материалов. Сущность изобретения: пластину и прилегающие к ней податливые элементы помещают в замкнутый объем, ограниченный жесткими элементами, к которым прикладывают нагрузку. 2 з.п, ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения 1. Способ разламывания пластин из твердых материалов, включающий размещение предварительно надрезанной по заданному контуру пластины между податливыми элементами, к которым посредством жестких элементов прикладывают нагрузку, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, а также увеличения производительности за счет одновременного разламывания пластины по всем линиям надрезов, пластину ограничивают по боковым поверхностям с образованием над торцами пластины матричных полостей, в

которых размещают податливые элементы, которые имеют жесткостные характеристики, асимметричные относительно срединной плоскости и по крайней мере в одном элементе - переменные от боковой поверхности к центру,

тем, что на боковой поверхности пластины

образуют сообщающуюся с имеющимися

дополнительную матричную полость, в которую помещают податливый элемент.

Фи 2. 2

Фиг.З