RU2188747C1 - Method for working constructional steels by cutting - Google Patents

Abstract

FIELD: metal working industry branches, namely processes for cutting metals in metal cutting machine tools. SUBSTANCE: method comprises steps of heating worked surface by means of acetylene-oxygen burner with controlled temperature of flame; sustaining temperature of flame torch in points of flame touching of part surface equal to (800-1000)C; keeping spacing from center of heated spot before starting metal cutting until achieving in cut layer softening temperature (550-600)C; placing burner tangentially relative to surface of heated part. EFFECT: significantly enhanced cutting efficiency, improved quality of worked parts. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности к способам резания металла на металлорежущих станках. The invention relates to the metal industry, in particular to methods of cutting metal on metal cutting machines.

Известен способ плазменно-механической обработки металла (авт. свид. СССР 1572749, В 23 B 1/00, 1990). A known method of plasma-mechanical processing of metal (ed. Certificate. USSR 1572749, 23 B 1/00, 1990).

Однако при этом создается очень высокая температура нагрева поверхности металла (достигающая температуры плавления) и невозможно определить температуру металла на глубине срезаемого слоя. Результатом является изменение структуры металла и физико-механических свойств детали. However, this creates a very high temperature of heating the metal surface (reaching the melting temperature) and it is impossible to determine the temperature of the metal at the depth of the cut layer. The result is a change in the structure of the metal and the physicomechanical properties of the part.

В качестве прототипа может быть рассмотрен способ механической обработки с дроблением стружки (авт. свид. СССР 1024155, В 23 B 1/00, 1983). As a prototype can be considered a method of machining with crushing chips (ed. Certificate. USSR 1024155, 23 B 1/00, 1983).

Цель изобретения по авт. свид. 1024155 - повышение стойкости режущего инструмента за счет снижения динамических нагрузок, нагрев обрабатываемой поверхности осуществляется по винтовой линии с последующим охлаждением. Разогрев детали из конструкционной стали на токарном станке осуществляют горелкой. При нагреве с последующим охлаждением образуется слой металла с измененной структурой (закаленной - при резании с подачей СОЖ и нормализованной - без подачи СОЖ), а следовательно, с измененными механическими свойствами. The purpose of the invention by ed. testimonial. 1024155 - increasing the resistance of the cutting tool by reducing dynamic loads, the heating of the treated surface is carried out along a helical line with subsequent cooling. Heating parts from structural steel on a lathe is carried out by a burner. When heated, followed by cooling, a metal layer forms with a changed structure (hardened - when cutting with coolant supply and normalized - without coolant supply), and therefore with changed mechanical properties.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - совершенствование способа механической обработки металла резанием. The problem solved by the invention is to improve the method of machining metal by cutting.

Технический результат - сохранение исходной структуры металла при высокой эффективности резания и при высоком качестве обработки деталей. The technical result is the preservation of the original metal structure with high cutting efficiency and high quality machining.

Этот технический результат достигается тем, что в способе механической обработки конструкционных сталей резанием, включающем нагрев обрабатываемой поверхности ацетиленкислородной горелкой, нагрев обрабатываемой поверхности осуществляют с регулированием температуры пламени так, чтобы факел пламени в точках касания с поверхностью детали имел температуру 800-1000^oС, а расстояние от центра пятна нагрева до начала резания металла выдерживает до достижения в срезаемом слое температуры разупрочнения Т_ср=550-600^oC, при этом горелку располагают тангенциально к поверхности нагреваемой детали.This technical result is achieved by the fact that in the method of machining structural steels by cutting, including heating the treated surface with an oxy-acetylene torch, the heated surface is heated by controlling the flame temperature so that the flame at the points of contact with the surface of the part has a temperature of 800-1000 ^o C, and distance from the center of the spot of heating prior to cutting the metal to achieve a withstand cut layer softening temperature T _cp = 550-600 ^o C, wherein the burner is located tangentially to the surface of the heated parts.

Такое выполнение способа позволяет сохранить структуру обрабатываемого металла и уменьшить нагрев режущего инструмента лучеиспусканием. This embodiment of the method allows you to save the structure of the metal being processed and reduce the heating of the cutting tool by radiation.

Уменьшение температуры факела пламени ниже 800^oС увеличивает время нагрева и создает нестабильность в зоне резания.The decrease in the temperature of the flame below 800 ^o With increases the heating time and creates instability in the cutting zone.

Увеличение температуры факела более 1000^oС вызывает рекристаллизацию металла.The increase in the temperature of the torch more than 1000 ^o With causes recrystallization of the metal.

Уменьшение температуры в срезаемом слое ниже 550^oC ведет к росту динамических нагрузок и снижению эффективности резания.The decrease in temperature in the cut layer below 550 ^o C leads to an increase in dynamic loads and a decrease in cutting efficiency.

Увеличение температуры в срезаемом слое выше 600^oС ведет к изменению структуры металла.The increase in temperature in the cut layer above 600 ^o With leads to a change in the structure of the metal.

Способ поясняется схемой - фиг.1, 2. The method is illustrated in the diagram - figure 1, 2.

Способ обработки резанием на токарном станке заключается в следующем:
Деталь 1 из конструкционной стали при токарной обработке нагревают регулируемым пламенем ацетиленкислородной горелки 2 до достижения температуры разупрочнения на глубине срезаемого слоя. Нагрев осуществляют на холостых оборотах станка, начиная от торца детали 1, с которого будет произведено резание. Перемещение горелки 2 при снятии разогретого слоя осуществляется синхронно с движением токарного резца 3, режущего слой металла. При этом расстояние упреждающего перемещения горелки 2 вдоль поверхности детали 1 до срезаемого слоя металла резцом 3 устанавливается в зависимости от температуры факела пламени в точках касания с деталью (Т_ф), глубины резания (t), где нагретый металл должен иметь температуру разупрочнения Т_ср=550-600^oС, величины подачи резца (S) и скорости резания (V_p) по зависимости
L=f(T_ф; t; S; V_p).The turning processing method on a lathe is as follows:
Part 1 of structural steel during turning is heated with an adjustable flame of an acetylene-oxygen burner 2 until the softening temperature is reached at the depth of the cut layer. Heating is carried out at idle speed of the machine, starting from the end of part 1, from which the cutting will be performed. The movement of the burner 2 when removing the heated layer is carried out synchronously with the movement of the turning tool 3, cutting the metal layer. The distance of the forward movement of the burner 2 along the surface of the part 1 to the metal layer being cut by the cutter 3 is set depending on the flame flame temperature at the points of contact with the part (T _f ), cutting depth (t), where the heated metal must have a softening temperature T _cf = 550-600 ^o C, the feed rate of the cutter (S) and cutting speed (V _p ) depending
L = f (T _f ; t; S; V _p ).

Поскольку температура нагрева снимаемого слоя зависит от времени нагрева, температуры факела пламени и теплопроводности металла, расстояние между горелкой и срезаемым слоем металла может быть определено с достаточной степенью точности. Since the heating temperature of the layer to be removed depends on the heating time, flame temperature and thermal conductivity of the metal, the distance between the burner and the metal layer to be cut can be determined with a sufficient degree of accuracy.

При снятии металла с достижением на глубине резания температуры, равной 550-600^oС, никаких изменений структуры конструкционных сталей не происходит, так как тепловая точка фазовых превращений Т=723^oC.When removing metal with reaching a temperature of 550-600 ^o С at the cutting depth, no structural structure structural steels change, since the heat point of phase transformations is T = 723 ^o C.

Как показала экспериментальная проверка, наклепа поверхности, сопутствующего обычной холодной обработке резанием, не наблюдалось. As shown by experimental verification, surface hardening, accompanying conventional cold cutting, was not observed.

Ферритно-перлитная структура металла остается неизменной. Это условие является чрезвычайно важным для последующей обработки детали. The ferrite-pearlite structure of the metal remains unchanged. This condition is extremely important for the subsequent processing of the part.

В силу значительного разупрочнения металла при нагреве до Т_ср=550-600^oС (δ_в. уменьшается на 80-85%, растут пластические характеристики ψ и δ) динамические нагрузки на систему СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь) резко снижаются. Возрастает качество обработанной поверхности: точность - за счет уменьшения величины отжатия детали, связанной с уменьшением усилия резания, и снижается шероховатость обработанной поверхности за счет роста пластических характеристик металла и уменьшения вибрации инструмента и детали.Due to the significant softening of the metal when heated to T _cf = 550-600 ^o С (δ _century decreases by 80-85%, the plastic characteristics ψ and δ increase) the dynamic loads on the AIDS system (machine, tool, tool, part) are sharply reduced . The quality of the machined surface increases: accuracy - by reducing the amount of squeezing of the part associated with a decrease in cutting force, and the roughness of the machined surface is reduced due to an increase in the plastic characteristics of the metal and a decrease in the vibration of the tool and part.

Разупрочнение металла нагревом позволяет значительно увеличить глубину резания при обработке детали. The softening of the metal by heating can significantly increase the depth of cut when machining parts.

Пример 1. Example 1

Ступенчатый вал длиной 150 мм из стали Ст. 45 по ГОСТ 1052 с максимальным диаметром Д_д=40 мм и диаметрами шеек под подшипники Д_ш=24 мм, длина шеек 35 мм точили из заготовки круг Д_з=42 мм одним черновым проходом на токарно-винторезном станке резцом с пластиной Т15К10. Скорость резания V_p=10 м/с, подача S=0,05 мм/об, глубина резания шеек под подшипники t=9 мм.150 mm stepped shaft made of steel 45 according to GOST 1052 with a maximum diameter of D _d = 40 mm and the diameters of the necks for bearings L _w = 24 mm, the length of the necks of 35 mm was ground from a workpiece by a circle D _z = 42 mm with one rough pass on a screw-cutting machine with a cutter with a T15K10 plate. Cutting speed V _p = 10 m / s, feed S = 0.05 mm / rev, cutting depth of the necks for bearings t = 9 mm.

Горелку, нагревающую деталь, в ходе резания перемещали синхронно резцу на расстоянии, величину которого рассчитывали таким образом, чтобы на глубине резания снимаемый слой металла был нагрет до температуры разупрочнения Т₁= 500^oC, при нагреве поверхности детали до Т₂=800^oC пламенем горелки, температура которого в точках касания с поверхностью детали равнялась Т₃= 1000^oС.During the cutting, the burner heating the part was synchronously moved the cutter at a distance, the value of which was calculated so that at the depth of cutting the metal layer to be removed was heated to a softening temperature T ₁ = 500 ^o C, when the surface of the part was heated to T ₂ = 800 ^o C the flame of the burner, the temperature of which at the points of contact with the surface of the part was equal to T ₃ = 1000 ^o C.

В результате реализации предлагаемого способа резания структура стали осталась неизменной - ферритно-перлитной. При резании с нагревом у обработанной детали явление наклепа поверхности не обнаружено, а само резание осуществлялось за один проход с глубиной резания, в три раза превышающей режим обычного резания. Шероховатость поверхности после обычного резания черновым проходом не превышает Ra=10-25 мкм, а в случае резания с нагревом шероховатость поверхности соответствовала чистовой обработке металла резанием Ra=1,0-1,25 мкм. As a result of the implementation of the proposed method of cutting, the steel structure remained unchanged - ferrite-pearlite. When cutting with heating, the phenomenon of surface hardening was not detected in the machined part, and the cutting itself was carried out in one pass with a cutting depth three times the normal cutting mode. The surface roughness after conventional cutting with a rough pass does not exceed Ra = 10-25 μm, and in the case of cutting with heating, the surface roughness corresponded to the finishing of the metal by cutting Ra = 1.0-1.25 μm.

Пример 2. Example 2

Точился гладкий вал из стали Ст. 45 с максимальным диаметром Д_д=10 мм, длиной L= 250 мм на токарно-винторезном станке резцом с пластиной Т15К10 из прутка Д_з= 15 мм. Скорость резания V_p=15 м/с, подача S=0,08 мм/об, глубина резания t=2,5 мм. Расстояние между горелкой и резом металла выдерживалось в соответствии с расчетом (оно было меньше, чем в предыдущем примере). Температура на глубине резания Т₁=600^oС, температура поверхности детали Т₂=720^oС, температура пламени T₃=800^oС. Расчет параметров теплопереноса производили по известным из теплотехники формулам (см., например, Тайц А.Ю. Технология нагрева стали. - М., 1950 г., с. 94-99, рис. 36).A smooth shaft made of steel Art. 45 with a maximum diameter D _d = 10 mm, length L = 250 mm on a screw-cutting lathe with a cutter with a plate T15K10 from a bar D _z = 15 mm. Cutting speed V _p = 15 m / s, feed S = 0.08 mm / rev, cutting depth t = 2.5 mm. The distance between the burner and the metal cut was maintained in accordance with the calculation (it was less than in the previous example). The temperature at the cutting depth T ₁ = 600 ^o C, the surface temperature of the part T ₂ = 720 ^o C, the flame temperature T ₃ = 800 ^o C. Calculation of the heat transfer parameters was carried out according to the formulas known from heat engineering (see, for example, A. A. Tayts. Steel heating technology. - M., 1950, pp. 94-99, Fig. 36).

Резание заготовки, у которой длина значительно больше диаметра, дало следующие результаты: 1) шероховатость поверхности соответствовала чистовой обработке Rа= 1,0 мкм, а отклонений формы не наблюдалось; 2) структура металла не изменилась - ферритно-перлитная; 3) нагрев тонкого вала не повлиял на его жесткость. Замеры микротвердости показали отсутствие наклепа (Нв= 2320-1081 МПа). Cutting a workpiece with a length significantly greater than the diameter gave the following results: 1) the surface roughness corresponded to the finish Ra = 1.0 μm, and shape deviations were not observed; 2) the metal structure has not changed - ferrite-pearlite; 3) heating of a thin shaft did not affect its rigidity. Microhardness measurements showed the absence of hardening (HB = 2320-1081 MPa).

Таким образом, в результате осуществления предлагаемого способа представляется возможным значительно повысить производительность резания с одновременным улучшением качества обрабатываемой поверхности детали и с сохранением первоначальной структуры металла. Thus, as a result of the implementation of the proposed method, it seems possible to significantly increase cutting performance while improving the quality of the workpiece surface and preserving the original metal structure.

Claims (2)

1. Способ механической обработки конструкционных сталей резанием, включающий нагрев обрабатываемой поверхности ацетиленкислородной горелкой, отличающийся тем, что нагрев обрабатываемой поверхности осуществляют горелкой с регулируемой температурой пламени так, чтобы факел пламени в точках касания с поверхностью детали имел температуру 800-1000^oС, а расстояние от центра пятна нагрева до начала резания металла выдерживают до достижения в срезаемом слое температуры разупрочнения Т_ср.= 550-600^oС.1. A method of machining structural steels by cutting, including heating the treated surface with an acetylene-oxygen burner, characterized in that the treated surface is heated with a burner with a controlled flame temperature so that the flame at the points of contact with the surface of the part has a temperature of 800-1000 ^o C, and the distance from the center of the heating spot to the start of metal cutting is maintained until the softening temperature T _cf. in the layer being cut is reached _. = 550-600 ^o C. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горелку располагают тангенциально к поверхности нагреваемой детали. 2. The method according to p. 1, characterized in that the burner is placed tangentially to the surface of the heated part.

Images