Способ ломки материала на заготовки

 

Использование: обработка материалов давлением, способы разделения металлических и неметаллических прутковых, трубчатых и других материалов на заготовки ломкой. Сущность изобретения: способ ломки материалов на заготовки включает нанесение на материал концентратов напряжений в виде надрезов и приложение в плоскости надреза разрушающей нагрузки. При этом материал сначала нагружают до предела упругости статической нагрузкой, а затем, не снимая ее, прикладывают импульсную разрушающую нагрузку. Скорость приложения импульсной нагрузки равна или превышает критическую скорость начала хрупкого разрушения данного материала. Предварительное статическое и разрушающее импульсное нагружение ломаемого материала осуществляют с использованием любого из следующих видов деформаций: изгиба, растяжения, сдвига, кручения или их комбинаций. 1 з.п.ф-лы, 1 табл, 4 ил.

Изобретение относится к способам разделения металлических и неметаллических прутковых, трубчатых, листовых и других материалов на заготовки ломкой и может быть использовано в заготовительных отделениях и на участках резки машиностроительных, металлургических, трубопрокатных и других предприятий.

Известен способ холодной ломки проката на мерные заготовки /1/, согласно которому на прокате наносят концентраторы напряжений надрезы, прокат устанавливают на опоры и в плоскости надреза прикладывают статистическую изгибающую нагрузку гидравлическим или кривошипным прессом, производя отламывание заготовок.

Существенными недостатками данного способа ломки проката статической нагрузкой являются низкое качество приторцевой зоны заготовок, особенно при ломке вязких материалов (волокнистость излома, вырывы и т.д.), а также значительные потребные усилия и энергетические затраты.

Эти недостатки являются следствием низкой скорости старта и дальнейшего распространения магистральной трещины (вязкой или смешанной), разламывающей материал, что обуславливает наличие пластических деформаций в процессе ломки, приводящих к низкому качеству торцов изломов заготовок и значительным энергетическим затратам.

Более совершенным является способ импульсной холодной ломки (ИХЛ) материалов /2/, при котором в плоскости надреза прикладывают импульсную разрушающую нагрузку, обеспечивающую высокую скорость старта и движения магистральной хрупкой трещины и хрупкий излом, исключающий пластические деформации, и, следовательно, обеспечивающий повышение качества заготовок и снижение энергетических затрат. Данный способ ломки и принят за прототип.

Существенным недостатком принятого за прототип способа холодной ломки проката является повышение предела прочности материалов при увеличении скоростей нагружения из-за влияния инерционных сил, и, следовательно, повышение энергосиловых параметров отделения заготовок.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка и снижение энергосиловых параметров ломки материалов при обеспечении высокого качества заготовок.

Цель достигается тем, что надрезанный материал сначала нагружают до предела упругости статической нагрузкой (создают предварительное напряжение материала), а затем, не снимая ее, прикладывают импульсную разрушающую (доламывающую) нагрузку, при этом скорость приложения этой нагрузки равна или превышает критическую скорость начала хрупкого разрушения данного материала.

Кроме того, предварительное статическое и разрушающее импульсное нагружение ломаемого материала осуществляется с использованием любого из следующих видов деформаций: изгиба, растяжения, сжатия, сдвига, кручения или их комбинаций.

Предложенная в способе последовательность и сочетание силового нагружения при ломке материалов приводит к новому положительному эффекту значительному уменьшению энергосиловых параметров отделения заготовок, т.к. на 1-й стадии статическом нагружении до предельного упругого состояния исключается отрицательное влияние инерционных сил, свойственных для динамического (импульсного) нагружения, а на 2-й стадии доламывании проката импульсной нагрузкой исключаются пластические деформации, свойственные для статического нагружения.

Изложенными техническими особенностями не обладает ни один из известных способов ломки, что соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1-3 представлен постадийно предложенный способ ломки материалов на заготовки с использованием в качестве примера деформации изгиба: на фиг. 1 исходное положение надрезанного материала, установленного на опорах; на фиг. 2 первая, начальная стадия нагружение материала статической нагрузкой Рс до предельного упругого состояния; на фиг. 3 вторая, заключительная стадия дополнительное нагружение материала импульсной нагрузкой Ри, т.е. в итоге с момента предельного упругого состояния на материал воздействует совмещенная статическая и импульсная нагрузка. На фиг. 4 представлены сравнительные графики зависимости нагрузки от деформации P=P=f(Δl) для трех случаев ломки надрезанных материалов: ОАЕ_c для ломки статической нагрузкой Рс (пологий, правый участок кривой свидетельствует о наличии пластических деформаций при разрушении материала); ОАЕ_и для ломки импульсной нагрузкой Ри (из-за влияния инерционных нагрузок возрастает предел прочности материала, и, следовательно, предельная разрушающая импульсная нагрузка, но энергозатраты по сравнению со статической ломкой из-за отсутствия пластических деформаций уменьшаются); ОАЕ_к для ломки комбинированной нагрузкой по предложенному способу, при котором материал статической нагрузкой нагружают до предельного упругого состояния Ру (участок ОА), а затем дополнительно прикладывают импульсную разрушающую нагрузку (участок АЕ_к), что обеспечивает минимальные энергосиловые параметры ломки при качественном хрупком разделении материала на заготовки.

Пример осуществления предложенного способа ломки материалов. Ломке по схеме изгиба подвергался установленный на две опоры надрезанный на глубину 15 мм квадратный прокат сечением 200 х 200 мм из стали 40Х (см. фиг. 1).

Результаты испытаний для трех описанных способов ломки представлены в таблице.

Формула изобретения

1. Способ ломки материала на заготовки, включающий нанесение на материал концентраторов напряжений в виде надрезов и приложение в плоскости надреза разрушающей нагрузки, отличающийся тем, что материал сначала нагружают до предела упругости статической нагрузкой, а затем, не снимая ее, прикладывают импульсную разрушающую нагрузку, при этом скорость приложения импульсной нагрузки равна или превышает критическую скорость начала хрупкого разрушения данного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное статическое и разрушающее импульсное нагружения ломаемого материала осуществляют с использованием любого из следующих видов деформаций: изгиба, растяжения, сжатия, сдвига, кручения или их комбинаций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5