Способ применения устройства маятникового скрайбирования для получения корней стружек при резании
METHOD OF USE OF PENDULUM SCRIBING DEVICE TO PRODUCE ROOTS OF SHAVING DURING CUTTING

Решение относится к области способов исследования материалов путем получения корней стружек при резании с последующим их изучением.
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.
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.
Недостатком этих решений является невозможность получения:
а) корней стружки разных размеров, т.е. с разной длиной, толщиной в начале и в конце стружки;
б) корней стружки с убывающей до нуля величиной скорости резания.
По мнению заявителя, эти недостатки могут быть устранены при использовании устройства маятникового скрайбирования для получения корней.
Техническим результатом заявляемого решения является расширение области применения устройства маятникового скрайбирования.
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.
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.
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.
На фиг. 1 показана общая компоновка устройства: на фото слева устройство маятникового скрайбирования, на фото справа - микроскоп для наблюдения результатов.
На фиг. 2 показана общая схема реализации заявленного способа.
На фиг. 3 показан частный случай реализации способа, когда ширина образца меньше возможной длины хода режущего элемента в теле образца.
Для описания заявляемого способа необходимо пояснить работу устройства маятникового скрайбирования.
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.
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.
Величину энергии, запасенной маятником, можно рассчитать по известным зависимостям движения физического маятника и сопоставить ее с величиной работы, необходимой для образования указанной стружки.
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.
Литература
1. Патент РФ №2147737. Устройство для испытания материалов. Опубл. 20.04.2000. Бюл. №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.
3. Патент РФ №2140076. Способ акустического контроля трещиностойкости изделий. Опубл. 9.07.1998, Бюл. №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.
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.
6. Ермаков Ю.М. Комплексные способы эффективной обработки резанием. - М.: Машиностроение, 2003. - 272 с.
7. Авторское свидетельство СССР №552138 МПК В23В 27/22. Способ получения корней стружки. Опубл. 30.03.1977, Бюл. №12.