RU2613569C1

RU2613569C1 - Method of use of pendulum scribing device to produce roots of shaving during cutting

Info

Publication number: RU2613569C1
Application number: RU2015151555A
Authority: RU
Inventors: Борис Яковлевич Мокрицкий; Татьяна Ивановна Усова; Виктор Юрьевич Кваша; Сергей Викторович Белых
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-03-17

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: sample is installed and secured on the device table, the pendulum is provided with initial energy by load having definite weight and by pendulum rotation around the axis of oscillation to the initial position, sample is positioned by the table movement relatively to trajectory of the pendulum oscillations. On the pendulum the cutting tool is secured, and stop of blade of the cutting tool in the sample material is ensured by variation of the load weight and angle of rotation of the pendulum.

EFFECT: expansion of area of application of the device for pendulum scribing.

3 dwg

Description

Решение относится к области способов исследования материалов путем получения корней стружек при резании с последующим их изучением.The solution relates to the field of methods for the study of materials by obtaining the roots of the chips during cutting, followed by their study.

Известно устройство [1] для реализации метода маятникового скрайбирования, с помощью которого оцениваются физико-механические свойства исследуемого материала образца. Работа устройства основана на обеспечении взаимодействия индентора, закрепленного на качающемся маятнике, с материалом образца путем его деформации с образованием следа маятникового скрайбирования. При этом индентором является алмазный наконечник конической формы [2], образец выполняют из инструментального материала. Непременным условием является то, что энергия взаимодействия (масса маятника, его радиус, угол отклонения маятника от нижнего вертикального положения, глубина внедрения индентора) индентора с образцом должны позволить ему выйти за пределы образца. Исследуемыми при маятниковом скрайбировании параметрами являются либо параметры [3] сигналов акустической эмиссии, регистрируемой во время скрайбирования, либо параметры [4, 5] следа скрайбирования.A device [1] is known for implementing the pendulum scribing method, with the help of which the physicomechanical properties of the studied sample material are evaluated. The operation of the device is based on ensuring the interaction of the indenter, mounted on a swinging pendulum, with the sample material by deforming it with the formation of a trail of pendulum scribing. In this case, the indenter is a diamond tip of a conical shape [2], the sample is made of tool material. An indispensable condition is that the interaction energy (the mass of the pendulum, its radius, the angle of deviation of the pendulum from the lower vertical position, the depth of penetration of the indenter) of the indenter with the sample should allow it to go beyond the limits of the sample. The parameters studied during pendulum scribing are either the parameters [3] of the acoustic emission signals recorded during scribing, or the parameters [4, 5] of the scribing trace.

В то же время известны [6, 7] решения, в которых предложены те или иные способы получения корней стружек, необходимых для изучения поведения материала обрабатываемой заготовки при тех или иных условиях нагружения. Суть этих способов сводится к обеспечению такого (мгновенного) останова процесса резания, при котором участок сформировавшейся стружки остается не отделенным от материала заготовки в плоскости сдвига. Эти способы реализуемы преимущественно для точения и фрезерования в условиях установившегося процесса резания.At the same time, solutions are known [6, 7], in which certain methods of obtaining the roots of the chips necessary to study the behavior of the material of the workpiece under certain loading conditions are proposed. The essence of these methods is to ensure such an (instantaneous) stop of the cutting process, in which a section of the formed chip remains not separated from the workpiece material in the shear plane. These methods are implemented mainly for turning and milling in the conditions of a steady cutting process.

Недостатком этих решений является невозможность получения:The disadvantage of these solutions is the inability to obtain:

а) корней стружки разных размеров, т.е. с разной длиной, толщиной в начале и в конце стружки;a) the roots of the chips of different sizes, i.e. with different lengths, thicknesses at the beginning and end of the chip;

б) корней стружки с убывающей до нуля величиной скорости резания.b) the roots of the chip with decreasing to zero value of the cutting speed.

По мнению заявителя, эти недостатки могут быть устранены при использовании устройства маятникового скрайбирования для получения корней.According to the applicant, these shortcomings can be eliminated by using a pendulum scribing device to obtain roots.

Техническим результатом заявляемого решения является расширение области применения устройства маятникового скрайбирования.The technical result of the proposed solution is to expand the scope of the device pendulum scribing.

Технический результат достигается тем, что взамен алмазного индентора конической формы на маятник устанавливают и закрепляют режущий элемент, а масса и угол отвода маятника варьируют для обеспечения останова режущего элемента в материале образца.The technical result is achieved by the fact that instead of a diamond indenter of a conical shape, the cutting element is mounted and fixed on the pendulum, and the mass and angle of the pendulum retraction are varied to ensure the cutting element stops in the sample material.

Таким образом, заявляемый способ (как и совокупность признаков, имеющихся в указанных источниках информации) включает в себя установку и закрепление образца на двухкоординатном предметном столе устройства, закрепление режущего элемента на маятнике, позиционирование образца смещением предметного стола относительно траектории качательного движения маятника, задание маятнику начальной энергии путем оснащения грузом некоторой массы и поворота маятника вокруг оси качания в исходное положение.Thus, the inventive method (as well as the combination of features available in the indicated sources of information) includes installing and securing the sample on the two-coordinate object table of the device, securing the cutting element on the pendulum, positioning the sample by displacing the object table relative to the trajectory of the swinging motion of the pendulum, assigning the initial pendulum energy by equipping a load with a certain mass and turning the pendulum around the swing axis to its original position.

Однако заявляемый способ отличается тем, что на маятнике закрепляют режущий элемент, а останов лезвия режущего элемента в материале образца обеспечивают варьированием массы груза и угла поворота маятника.However, the inventive method is characterized in that the cutting element is fixed on the pendulum, and the blade stop of the cutting element in the sample material is provided by varying the mass of the load and the angle of rotation of the pendulum.

На фиг. 1 показана общая компоновка устройства: на фото слева устройство маятникового скрайбирования, на фото справа - микроскоп для наблюдения результатов.In FIG. Figure 1 shows the general layout of the device: in the photo on the left is a pendulum scribing device, in the photo on the right is a microscope for observing the results.

На фиг. 2 показана общая схема реализации заявленного способа.In FIG. 2 shows a General implementation scheme of the claimed method.

На фиг. 3 показан частный случай реализации способа, когда ширина образца меньше возможной длины хода режущего элемента в теле образца.In FIG. 3 shows a special case of the method, when the width of the sample is less than the possible stroke length of the cutting element in the body of the sample.

Для описания заявляемого способа необходимо пояснить работу устройства маятникового скрайбирования.To describe the proposed method, it is necessary to explain the operation of the device pendulum scribing.

Образец устанавливают и закрепляют (за счет тисков или иного приспособления) на предметном столе, который установлен на основании устройства (прибора) для маятникового скрайбирования с возможностью горизонтального перемещения в двух взаимоперпендикулярных направлениях с помощью механизмов микромеханических перемещений. Маятник (определенной длины и массы) установлен на оси вращения, смонтированной в стойках, закрепленных на основании устройства. На маятнике закреплен режущий элемент. Перемещение режущего элемента по радиусу маятника приводит к изменению глубины внедрения его в материал образца. Изменение массы (за счет сменных грузов) и угла отвода маятника от нижнего вертикального положения обеспечивает при отпускании маятника определенную энергию взаимодействия индентора с материалом образца, которой достаточно для осуществления процесса резания. В результате деформации материала в теле образца формируется след маятникового скрайбирования в виде поверхности, обработанной лезвием режущего элемента. Для образования корня стружки запасенной маятником энергии должно быть недостаточно для выхода режущего лезвия из материала образца. Управление (выбор) величиной энергии маятника осуществляется варьированием массой сменных грузов, закрепляемых на маятнике, и величиной угла отвода (поворота вокруг оси качания) маятника.The sample is installed and fixed (due to a vise or other device) on the object table, which is installed on the basis of the device (device) for pendulum scribing with the possibility of horizontal movement in two mutually perpendicular directions using micromechanical movements. The pendulum (of a certain length and mass) is mounted on the axis of rotation mounted in racks mounted on the base of the device. A cutting element is mounted on the pendulum. The movement of the cutting element along the radius of the pendulum leads to a change in the depth of penetration into the material of the sample. Changing the mass (due to removable weights) and the angle of the pendulum from the lower vertical position provides a certain energy of indenter interaction with the material of the indenter when releasing the pendulum, which is enough to carry out the cutting process. As a result of deformation of the material in the body of the sample, a trail of pendulum scribing is formed in the form of a surface treated with a blade of a cutting element. For the formation of the chip root, the energy stored by the pendulum should not be enough for the cutting blade to exit the sample material. The control (selection) of the energy of the pendulum is carried out by varying the mass of removable loads fixed on the pendulum, and the value of the angle of removal (rotation around the swing axis) of the pendulum.

Заявляемый способ реализуют следующим образом. Вместо индентора в маятнике 1 закрепляют режущий элемент 2. На предметном столе 3 устанавливают и закрепляют образец 4 так, чтобы траектория АБ качательного движения В проходила через тело образца шириной в при выбранной глубине t резания. Под глубиной резания в данном случае понимается максимальная величина заглубления режущего элемента в тело образца. Маятник снабжают сменным грузом 5 некоторой массы m1 и отводят на некоторый угол α от нижнего вертикального положения маятника. Маятник отпускают, он совершает качательное движение В, режущий элемент входит во взаимодействие с материалом образца, образуется стружка 6. Если запасенная энергия маятника была выбрана рационально, то по мере перемещения режущего лезвия в материале образца его скорость уменьшается и в некоторый момент времени режущий элемент остановится в материале образца. При этом участок ГД стружки окажется соединенным с материалом образца. Эта стружка и является предметом исследования, в том числе корень этой стружки. Если запасенная энергия маятника оказалась избыточной, то маятник выходит из материала образца, его фиксируют, уменьшают массу сменного груза (или угол α отвода маятника, или глубину t резания, либо то и другое) и повторяют процесс до подбора рациональной величины энергии, запасенной маятником.The inventive method is implemented as follows. Instead of the indenter, the cutting element 2 is fixed in the pendulum 1. Sample 4 is mounted and fixed on the object table 3 so that the trajectory AB of the oscillating motion B passes through the sample body with a width of b at a selected cutting depth t. In this case, the depth of cut is understood as the maximum depth of the cutting element in the sample body. The pendulum is supplied with a removable load 5 of a certain mass m1 and is diverted to a certain angle α from the lower vertical position of the pendulum. The pendulum is released, it makes a swinging motion B, the cutting element interacts with the sample material, chip 6 is formed. If the stored energy of the pendulum was rationally selected, then as the cutting blade moves in the sample material, its speed decreases and at some point the cutting element stops in the sample material. In this case, the section of the main chip will be connected to the sample material. This shavings is the subject of research, including the root of this shavings. If the stored energy of the pendulum is excessive, then the pendulum leaves the sample material, it is fixed, the mass of the removable load is reduced (either the angle of the pendulum retraction angle α, or the cutting depth t, or both) and the process is repeated until the rational value of the energy stored by the pendulum is selected.

Величину энергии, запасенной маятником, можно рассчитать по известным зависимостям движения физического маятника и сопоставить ее с величиной работы, необходимой для образования указанной стружки.The amount of energy stored by the pendulum can be calculated from the known dependences of the movement of the physical pendulum and compare it with the amount of work necessary for the formation of this chip.

На фиг. 3 представлен частный случай, когда ширина в образца меньше возможной длины ЕДЖ взаимодействия режущего элемента с материалом образца на траектории АДБ движения режущего лезвия.In FIG. Figure 3 shows a special case when the width in the sample is less than the possible length EJ of the interaction of the cutting element with the material of the sample on the path ADB of the movement of the cutting blade.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №2147737. Устройство для испытания материалов. Опубл. 20.04.2000. Бюл. №11.1. RF patent No. 2147737. Device for testing materials. Publ. 04/20/2000. Bull. No. 11.

2. Физические методы, устройства и технологические приемы оценки качества инструментальных материалов: учебное пособие с грифом УМО AM // А.С. Верещака, В.В. Высоцкий, П.А. Саблин, Б.Я. Мокрицкий. - Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2012. - 88 с. ISBN 978-5-7765-0944-5.2. Physical methods, devices and technological methods for assessing the quality of instrumental materials: a training manual with the stamp of UMO AM // A.S. Vereshchak, V.V. Vysotsky, P.A. Sablin, B.Ya. Mokritsky. - Komsomolsk-on-Amur: FSBEI HPE KnAGTU, 2012. - 88 p. ISBN 978-5-7765-0944-5.

3. Патент РФ №2140076. Способ акустического контроля трещиностойкости изделий. Опубл. 9.07.1998, Бюл. №29.3. RF patent №2140076. The method of acoustic control of crack resistance of products. Publ. July 9, 1998, Bull. No. 29.

4. Пустовалов Д.А., Мокрицкий Б.Я., Коннова Г.В., Кравченко Е.Г. Сравнительная оценка свойств инструментальных материалов по максимальной ширине следа индентирования при маятниковом скрайбировании // Упрочняющие технологии и покрытия, №6, 2015, с. 17-20.4. Pustovalov D.A., Mokritsky B.Ya., Konnova G.V., Kravchenko E.G. Comparative evaluation of the properties of tool materials by the maximum width of the indentation trail during pendulum scribing // Hardening technologies and coatings, No. 6, 2015, p. 17-20.

5. Патент РФ №2554293 на изобретение «Способ сравнительной оценки свойств материалов по площади поперечного сечения следа маятникового скрайбирования», заявка №2013158612 от 27.12.2013, опубл. 27.06.2015, Бюл. №18.5. RF patent No. 2554293 for the invention "Method of comparative evaluation of the properties of materials by the cross-sectional area of the trail of pendulum scribing", application No. 2013158612 of 12/27/2013, publ. 06/27/2015, Bull. Number 18.

6. Ермаков Ю.М. Комплексные способы эффективной обработки резанием. - М.: Машиностроение, 2003. - 272 с.6. Ermakov Yu.M. Integrated methods for efficient machining. - M.: Mechanical Engineering, 2003 .-- 272 p.

7. Авторское свидетельство СССР №552138 МПК В23В 27/22. Способ получения корней стружки. Опубл. 30.03.1977, Бюл. №12.7. Copyright certificate of the USSR No. 552138 IPC V23V 27/22. The method of obtaining the roots of the chips. Publ. 03/30/1977, Bull. No. 12.

Claims

Способ применения устройства маятникового скрайбирования для получения корней стружек при резании, включающий в себя установку и закрепление образца на столе устройства, задание маятнику начальной энергии путем оснащения грузом некоторой массы и поворота маятника вокруг оси качания в исходное положение, позиционирование образца смещением предметного стола относительно траектории качательного движения маятника, отличающийся тем, что на маятнике закрепляют режущий элемент, а останов лезвия режущего элемента в материале образца обеспечивают варьированием массы груза и угла поворота маятника.A method of using a pendulum scribing device to obtain the roots of the chips during cutting, which includes installing and securing the sample on the table of the device, setting the initial energy of the pendulum by equipping a certain mass with the weight and turning the pendulum around the swing axis to its original position, positioning the sample by moving the object table relative to the rocking path the movement of the pendulum, characterized in that the cutting element is fixed on the pendulum, and the stop of the blade of the cutting element in the sample material is secured echivayut varying load mass and the angle of rotation of the pendulum.