Способ механической обработки труднообрабатываемых материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относится к механической обработке труднообрабатываемых материалов с искусственным нагревом зоны резания и может быть использовано в различных отраслях промышленно сти.

Цель изобретения - повышение стойкости инструмента с электроконтактным нагревом, экономия электроэнергии, эффективность дробления уже нагретой стружки.

Способ осуществляют следующим образом. Зону стружкообразования нагревают до температуры рекристаллизации обрабатываемого материала электрическим током, а затем производят дополнительный импульсный нагрев до температуры плавления, причем силу тока дробления устанавливают по формуле,

Ьдр

УЩ - 0рек)УплСУо RT

А,

где $пл -температура плавления обрабатываемого материала,°С;

Орек - температура рекристаллизации обрабатываемого материала, °С:

R - сопротивление в зоне дробления, Ом.

Общее количество тепла определяют из формулы

J2flp2 R Т - (#пл - 0peic)V™cyo ,

где электросопротивление зоны дробления R Ri + Rn, Ом,

Ri - электросопротивление омическое

зоны дробления, равное Ri р --Н .

- где

ел

С

00

Ј ю о ел

р - удельное сопротивление деформированного 5Сеч металла, Ом-мм2/м; lfgh - длина зоны дробления, которая находится (фиг.2) по формуле

lfgh 2,28ac

где ас - толщина стружки, мм; нагреваемый объем определяется как

Vn

эсеч

Ifgh,

где Зсеч St Ј, мм ; t - глубина резания, мм; S - подача, мм/об; Ј - коэффициент укорочения стружки, определяется из опытов.

Rn - контактное сопротивление, определяется из опытов, равное

Rn 0,001-0,005 Ом

Изобретение поясняется фиг,1 и 2.

Устройство содержит силовой трансформатор для нагрева зоны стружкообразо- вания 1, электроды 2 и 3, изолированные друг от друга при помощи прокладки 4 и от резца 5 прокладкой 6. Вторая пара электродов 7 и 8, изолированные прокладкой 9 и ТО, подсоединены к вторичной обмотке силового трансформатора нагрева зоны дробления 11, в первичную обмотку которого подсоединен семистр 12, который, в свою очередь, последовательно соединен с импульсным трансформатором 13, который питается источником на 5 В, транзистором 14 и генераторами 15 и 16, которые питаются источником постоянного тока с напряжением 5 В. Первичные обмотки силовых трансформаторов 11 и 1 соответственно взаимосвязаны с магнитным пускателем 17 и автотрансформатором 18, магнитным пускателем 19 и автотранс- Форматором 20. При точении детали 21 при- резцова я .сторона стружки зоны стружкообразования 22 находится в контакте с рабочими поверхностями электродов 2 и 3, а прирезцовая сторона стружки зоны дробления 23 контактирует с рабочими поверхностями электродов 7 и 8. Электроды 2,3,7 и 8 с проложенными между ними изолирующими прокладками склеивают между еобой, рабочие поверхности затачивают по радиусу Рэ, и крепят к державке резца 5 винтом 24.

Обработку детали производят следующим образом.

Деталь 21 обрабатывают резцом 5. Прирезцовая сторона стружки зоны стружкообразования 22 находится в контакте с рабочими поверхностями электродов. 2 и 3, через которые от источника питания 1, например, силового понижающего трансформатора подается ток, который нагревает зону стружкообразования 22 до температуры рекристаллизации металла. Включение силового трансформатора 1- производят

магнитным пускателем 19, а регулировку силы тока для нагрева производят автотрансформатором 20, включенным в первичную цепь трансформатора. Под действием тока

зона стружкообразования и полость сдвига нагреваются до температуры рекристалли- «зации, при которых происходят значительное разупрочнение материала, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению сил резания и контактных нагрузок на переднюю и задние поверхности инструмента, к уменьшению износа инструмента и повышение его стойкости. Минимальный объем нагретого металла в зоне стружкообразования

получается при минимальном расстоянии у электрода от режущей кромки, а надежный конУЭКТ стружки с рабочими поверхностями электродов получается при заточке их по радиусу Рэ. Нагретая до температуры кристаллизаций стружка попадает в зону дробления, где получает дополнительный импульсный нагрев до температуры плавления с дроблением от второго силового трансформатора 11, вторичная обмотка которого подключена к электродам 7 и 8, а регулировку силы тока во вторичной обмотке производят автотрансформатор 18, включенный в первичную цепь. Различная длина полученной дробленой стружки получается

, вследствие различного времени работы второго силового трансформатора под нагрузкой, для этого генератор 16 вырабатывает импульсы с частотой v 1-10 Гциуправляет работой генератора 15, выдающего импульсы с частотой Vi до 2 кГц, которые поступают на базу транзистора 14, нагрузкой которого является импульсный трансформатор 13, управляющий семистором 12.

Пример. Производили токарную обработку титанового сплава ВТб резцом с пластинкой из твердого сплава ВК8 при следующих режимах резания: скорость резания V 0,5 м/с; подача s м/об; глубина резания t м.

При нагреве зоны стружкообразования до температур рекристаллизации титанового сплава, которая равна 700°С, соответственно этой температуре, регулировали силу тока автотрансформатором силового

трансформатора нагрева зоны дробления. При этом стойкость режущей пластинки ВК8 увеличивается в 2,1 раза по сравнению с резанием без нагрева

Т 5Т

где Т 118 мин - стойкость инструмента при температуре рекристаллизации,

Т 57 мин - стойкость пластинки без нагрева;

При дальнейшем движении стружки в зону дробления осуществляют дальнейший на- грев до температуры впп 1500°С, которая получается путем регулирования силы тока от силового трансформатора нагрева зоны стружкообразования, а коммутацию тока производят автотрансформатором. Силу то- ka дробления рассчитывают по зависимости

2др

&л-а УплСУо.

У(1500 - 700)7.75-10 10-2.4-106„ 1,,

- 29,7 А, где Упл 7,75-1010 м3

нагретый объем металла в зоне дробления;

с УО 2,4-Ю6 Дж/м3 град- удельная объемная теплоемкость;

впя 1500°С - температура плавления титанового сплава;

Орек 700°С - температура рекристаллизации;

т- 1, с - время нагрева в зоне дробления;

R 7,2 10 Ом - электросопротивление в зоне дробления;

V2 10 В - напряжение во вторичной цепи дробления силового трансформатора;

Va 10 В и И 50 А-напряжение и сила тока в цепи стружкообразования. Экономию по электроэнергии Ар определяют как

Ар Р1ДР - Р2др 797 - 297 500 Вт,

где Р1др и Р2др - соответственно мощность на нагрев зоны дробления в 1-м и предлагаемом способах.

Время импульса или время нахождения семи- стра в открытом состоянии подбирают в пределах 0,1-1 с опытным путем следующим образом. Регулируют, изменяя сопротивление с генератора 16, импульсы в пределах (1-10) Гц, который управляет работой второго генератора 15, пачки импульсов с которого поступают на базу транзистора 14 и далее импульсный трансформатор 13 и се

5 10

15

0

мистр 12 превышают первичную цепь силового трансформатора 11.

Применение предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяет в 2,1 раза повысить стойкость инструмента, снизить расход электроэнергии на 62%, обеспечить надежное стружкообразование. Фор мула изобретения 1. Способ механической обработки труднообрабатываемых материалов, согласно которому в процессе обработки зону стружкообразования нагревают электрическим током, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости инструмента путем обеспечения эффективности стружкообразования, осуществляют нагрев плоскости сдвига до температур рекристаллизации обрабатываемого материала и дополнительный импуЛьсный нагрев, причем силу тока I для импульсного нагрева устанавливают по зависимости

-5

0

5

0

5

.-Vrftin-flpeQVn

RT

где - температура плавления обрабатываемого материала;

врек - температура рекристаллизации обрабатываемого материала;

Упл - нагреваемый объем материала в зоне стружкообразования;

с YO- удельная объемная теплоемкость; т- время нагрева; R - электросопротивление в зоне стружкообразования.

2. Устройство для механической обработки труднообрабатываемых материалов, содержащее установленную на инструменте пару электродов, соединенных с силовым трансформатором, связанным с источником электроэнергии, обличающееся тем, что, с целью повышения стойкости, в устройство дополнительно введена вторая пара электродов, связанных с соединенными последовательно вторым силовым трансформатором, семистором, импульсным трансформатором, транзистором, первым и вторым генераторами, а первый и второй силовые трансформаторы связаны с соответствующими источниками электроэнергии через соответствующие соединенные последовательно автотрансформаторы и магнитные пускатели.

pve.j

Изобретение относится к обработке металлов резанием. Сущность изобретения: производят нагрев плоскости сдвига зоны стружкообразования до температур рекристаллизации обрабатываемого материала посредством пропускания электрического тока через электроды 2 и 3, которые питаются от источника тока 1. При дальнейшем передвижении стружка нагревается на участке контакта с электродами 7 и 8 импульсно до температур плавления от источника тока 11, причем силу тока дробления устанавливают по формуле: I V@nn #рек)Упл -суо/Ят - где РПЛ -температура плавления обрабатываемого материала, °С; $рек - температура рекристаллизации обрабатываемого материала, °С; УПЛ - нагреваемый объем металла в зоне дробления, м3; с у0 удельная обьемная теплоемкость, Дж/м град; т- время нагрева, с; R - электросопротивление в зоне дробления, Ом.