Способ ломки материалов на заготовки и устройство для его осуществления.

(54) СПОСОБ ЛОМКИ МАТЕРИАЛОВ НА ЗАГОТОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Ф Приоритетныеданные: (56) 5 ЫА 495168 8НЕДИКОВ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ (НИ)Изобретение относится к способам разделения металлических прутковЬ 1 х, трубчатых,ЛИСТОВЫХ И ДРУГИХ МЗТСрИЗЛОВ на ЗЗГОТОВКИ ломкой и устройствам для их осуществления и МОЖСТ бЫТЬ ИСПОЛЬЗОВЗНО В ЗЗГОТОВИГСЛЬНЫХ отделениях и на участках резки машиностроительных, Металлургических, трубопрокатных и других предприятий.Известен способ холодной ломки проката на заготовки, согласно которому на прокате наНОСЯТ концентраторы напряжений - ВМЯТИНЫ,прокат устанавливают на опоры, в плоскости ВМЯТИНЫ прикладывают СТЗТИЧССКУЮ ИЛИ динамическую изгибающую нагрузку гидравлическим прессом или оборудованием импульсного действия [1].Известно устройство для ломки материала,содержащее корпус, несущий гидрозажим с ножами для нанесения концентраторов, ломатель с его гидроприводом. Цилиндры зажима и привода ломателя соединены общей магистралью, при этом диаметр цилиндра зажима больше диаметра цилиндра ломателя [2].СУЩССТВСННЫМ НСДОСТЗТКОМ ИЗВССТНЫХ технических решений является неудовлетворительное качество торцев изломов заготовок,ОСОбСННО ПРИ ЛОМКС ВЯЗКИХ МЗТСрИЗЛОВ И НСВОЗможность получения любой криволинейной поверхности.Указанный недостаток является следствием ветвления магистральной (главной) трещины, причиной которой является нанесенный ранее концентратор напряжений, развивающийся в процессе деформации твердого тела.Изобретение направлено на устранение указанного недостатка и получение качественного излома с необходимьши геометрическими характеристиками.Это достигается тем, что способ ломки материалов на заготовки включает нанесение на материал концентраторов напряжений в виде углублений и приложение в его плоскости разрушающей импульсной нагрузки.Для этого материал по границе углубления сначала снижают усилием до предела упругости, а в зоне образования концентратора напряжений - вмятины до предела пластичности и образования большого волнового сопротивления в пределах действия зажима материала, а затем, не снимая нагрузки, прикладывают к выступающей консольной части материала статическую и импульсную нагрузку с частотой, равной частоте собственных колебаний вЬ 1 ступающей части данного материала.Установка для управляемого технологического разрушения материалов содержит станину с размещенными на ней приводом перемещения ломателя, гидрозажимом со вставным твердосплавным инструментом. Диаметр цилиндров гидрозажима выполнен больше диаметра цилиндров привода перемещения ломателя, а их напорные полости сообщены между собой тру 000265бопроводом с обратным клапаном. Установка снабжена плитой, связанной с приводом ломаТСЛЯ И РЗЗМСЩСННЯМ на ней ДОПОЛНИТСЛЬНЫМ ударно-Шипульсньтм приводом, на котором установлен ломатель.Разрушаемый материал установлен на станине и прижимном устройстве. Режущая кромка ломателя образована плоскостью, выполненной параллельно плоскости реза и плоскостью,идущей под острым углом к опоре.Реактивные усилия, возникающие при ударе в выступающей консольной части материала,демпфируются путем усиления прижима материала за счет выполнения диаметра гидроцилиндра прияшмного устройства больше диаметра гидроцилиндров подъема-опускания ударноимпульсного механизма. Предложенная в способе последовательность и сочетание силового нагружения при зажшие и ломке материала приводит к новому положительному эффекту - получению качественного излома с необходимыми геометрическими параметрами.Реализация данного способа возможна исходя из физических законов разрушения материалов, имеющих концентраторы напряжений под воздействием статического и ударного воздействия.Основным свойством концентраторов напряжений является их способность к развитию в процессе деформации твердого тела. (см. Китайгородский Л.И. "Введение в физику". М.,Физматгиз, 1959, с. 130). При ударе энергия разрушения распространяется в виде волн и гаснет обратно пропорционально кубу расстояния от источника. Трещина растет в потоке упругих волн, распространяющихся в трехмерном пространстве, воздействие которых подчиняется закону суперпозицт/Ш. Ветвление трещины наступает тогда (и как следствие, искривление излома), когда в широкой области перед трещиной возникают примерно равнЬ 1 е напряжения и трещгше безразлично, куда "бежать". Магистральной (главной) трещиной становится та, которая наибольшая и расположена перпендшсуЛЯрНО рЗСТЯГИВЗЮЩИМ напряжениям.Поток энергии из объема разрываемого металла подтекает в зону перед трещиной. ИнТСНСИВНОСТЬ ТЗКОГО ПОДТСКЗНИЯ ЗНСрГИИ УМСНЪШЗСТСЯ В ЗЗВИСИМОСТ И ОТ ТОЛЩИНЫ ПОДВОДЯЩСГО слоя материала по эксиотенциальному закону. Если, например, пруток с одной стороны закреплен консольно и соединен с массой большой ТОЛЩИНЫ, ТО ВОЛНЗ практически не проникает В защитную часть. В этом случае говорят о бесконечно большом сопротивлении среды (заяшм с материалом), когда коэффициент отражения становится равным единрще и отражение происХОДИГ С ПОТСрСЙ ПОЛУВОЛНЫ, ЧТО СООТВСТСТВУСТ наличию узла на границе заяшма. Развитие концентратора идет по границе сжатого слоя, так как при вторжении ее в сжатую часть, подталкивающая ее упругая энергия растяжения гасит ся на противоположном упругом поле сжатия. Это все способствует получению нужного качественного излома.Реактивная сила, возникающая в виде гидроударной волны в гидроцилиндрах прижима ударно-импульсного привода, при ударе демпфируется путем направления ее через обратный клапан в напорные полости гидроцилиндров зажшиа материала, и энергия поглощается при образовании концентратора напряжений пластической деформацией.Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен постадийно способ ломки материалов с использованием в качестве примера деформации среды, создаваемой гидравлическими силами, на фиг.2 изображен общий вид установки для разрушения материалов.Пример осуществления способа ломки материалов.Ломке по схеме изгиба подвергается установленный выступающий консольной частью и подрезанной на глубину 15 мм прокат сечением 200 х 300 мм из стали 40 Х (фиг.1).а - исходное положение материала, установленного консольно длиной равной заготовке 13 в зажимах, выполненных, как пример, большой толщины т, обладающих большим волноВЫМ СОПРОТИВЛСНИСМ;б - первая начальная стадия - материал сжимается нагрузкой Р сжатия до предела упруГОСТИ, при ЭТОМ В МССТС контакта ВЫСТУПОВ ПрОисходят пластические деформации Апл, величина КОТОрЫХ ЗЗВИСИТ ОТ параметров ВЫСТУПОВ;в - вторая стадия - нагружение заготовки статической нагрузкой Рс, при этом Рс всегда должна быть меньше Р сжатия, созданной на первой стадии;Г - ТрСТЬЯ ЗЗКТПОЧИГСЛЬНЗЯ СТЗДИЯ - нагружение материала импульсной нагрузкои с частотой, равной частоте собственных колебаний заготовки 13, при этом реактивная сила, возникшая при ударе, используется на дополнительный поджим. На этой стадии на материал действует суммарная совмещенная статическая и резонансная волновая (Ррез.) (Шипульсная) нагрузка, узел волны которой из-за большого волнового сопротивления зажима находится по границе излома.Установка содержит корпус 1, выполненный в виде основания, соединенного с верхней плитой 2 стяжными колоннами 3. На плите 2 установлены два гидроцилиндра 4 привода перемещения ломателя 5. С гидроцилиндрами 4 связана плита 6, на которой закреплен дополнительный ударно-импульсный привод 7, несущий ломатель 5. Плита 6 установлена с возможноСТЬЮ ПСрСМСЩСНИЯ В направлении СТЯЪКНЫХ КОлонн 3. В основании корпуса 1 выполнена опора 8 для размещения на ней магистрали 9. В корпусе 1 установлен гидрозажим в виде двух гидроцилиндров 10 и 11 с зажимами 12 и 13, несущи 000265ми твердосплавные ножи 14. Диаметр 131 цилиндров гидрозажима выполнен больше диаметра 132 цилиндров привода перемещения ломателя 5,а напорные полости гидроцилиндров 4, 10 и 11 сообщены между собой трубопроводом 15 с обратным клапаном 16. На ломателе 5 вьшолнена режущая кромка, образованная плоскостью 17, параллельной плоскости реза 19, и плоскостью 19, проходящей под острым углом ос к плоскости опоры 8.Установка работает следующим образом.Разрушаемьцй материал 9 укладывается на опоре 8 и в гидрозажиме между зажимами 12 и 13 таким образом, что разрушаемый материал имеет выступающую консольную часть с концентратором напряжения 20 в виде углубления. С помощью зажимов 12 и 13 нагружают материал 9 по границе углубления статической нагрузкой до предела упругости. Одновременно твердосплавным ножом 14 зажимов 12 и 13 вь 1 полняют вмятины - концентраторы напряжений 20. С помощью гидроцилиндров 4 перемещают плиту 6 с ударно-импульсным приводом 7 до соприкосновения ломателя 5 с концентратором напряжения 20 на материале 9 и прикладывают статическую и импульсную нагрузку с частотой равной частоте собственных колебаний выступающей консольной части материала. В это же время ударная волна рабочей жидкости из напорной полости гидроцилиндра 4 идет по трубопроводу 15 через обратный клапан 16 в гидроцилиндры 10 и 11. За счет того, что диаметр гидроцилиндров 10 и 11 131 больше диаметра гидроцилиндров 4 132 достигается гарантированньш зажим проката с помощью зажипиов 12 и 13 в момент приложения ударно-импульсной нагрузки. После этого разжимают зажимы 12 и 13, а ударно-импульсный привод 7 поднимается в верхнее положение. Установка готова к совершению очередного цикла.1. Способ ломки материалов на заготовки,включающий нанесение на материал концентратора напряжений в виде углублений и приложеьше в его плоскости разрушающей импульсной нагрузки, отличающийся тем, что материал по границе углубления концентратора напряжения сначала сжимают усилием до предела упругости, а в зоне образования углубления концентратора напряжений - до предела пластичности и образования большого волнового сопротивления в пределах действия зажима материала, не снимая нагрузки, прикладывают к выступающей консольной части материала статическую и шипульсную нагрузку с частотой, равной частоте собственных колебаний консольной части материала.2. Установка для разрушения материалов,содержащая корпус с размещенным на нем гидроприводом перемещения ломателя и гидроза жимом со вставными ножами, гидроцилиндры которых соединены между собой, а диаметр цилиндра заяшма больше диаметра цилиндра ломателя, отличающаяся тем, что установка снабжена плитой, соединенной с гидроприводом ломателя, установленной с возможностью перемещения и несущей введенный дополнительный ударно-шипульсньтй привод, на котором установлен ломатель, при этом в полости сообщения гидропривода перемещения ломателя и тидрозаясима размещен обратный клапан.3. Установка по п.2, отличающаяся тем,что упомянутая опора выполнена на корпусе в виде выступа.4. Установка по п.2, отличающаяся тем,ЧТО НОЖИ ГИДрОЗЗЯСИМЗ ВЫПОЛНСНЫ ИЗ ТВСрДОГО сплава.5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что на ломателе выполнена режущая кромка, образованная плоскостью, параллельной плоскости реза, и плоскостью, проходящей под острым углом к плоскости опоры.