ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАГОТОВОК ПРИ ТЕРМОСИЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ

С целью повышения точ­ности и стабильности геометрических форм маложестких деталей разработан новый способ, сочетающий в себе процесс правки и термообработки [1; 2]. Суть способа в том, что деформация — растяжение прикладывается к валу как при нагреве до температур закалки или отпуска, так и при остывании. Пластическая деформация вала происходит при нагревании с заданной скоростью, согласно те­хнологии термообработки, причем стапель удлиняется больше изделия пропорционально разности коэффициентов линейного ра­сширения. При охлаждении стапеля его скорость остывания в 1,5…2,3 раза меньше скорости охлаждения вала, последнее позволяет стабилизировать осевую нагрузку в начале охлаждения и плавно провести разгрузку, т. е. обеспечить совместность деформаций при разгрузке.

Спроектирована, изготовлена и апробирована на производстве (ОАО «Азотреммаш») установка для ТСО (рис. 1). Установка содержит стапель 1 в виде двух полых труб без наполнителя, с обоих концов неразъемно соединенных с крышками 2 коробчатой формы с отверстием в центре, переходящим во внутреннюю сферическую поверхность, сопряженные с ним сферические шайбы 3, фиксируемые гайками 4, размещенные на наружной поверхности двух тяг 5, верхней и нижней, выполненных в виде цилиндра с резьбой на наружной поверхности и внутренним резьбовым отверстием, навинчиваемых с обоих концов на деталь типа вал 6, которое должно иметь резьбу на обоих концах, причем коэффициент линейного расширения материала, из которого изготовлен вал 6 меньше коэффициента линейного расширения материала труб стапеля 1. Резьба на тягах 5 и на валу 6 выполнена с мелким шагом. Число труб в стапеле может быть более двух при условии симметричного расположения вала 6 относительно них.

а)

б)

Устройство для термосиловой обработки работает следующим образом. При нагревании устройства в шахтной печи появляется осевое растягивающее усилие, вызванное разницей коэффициентов линейного расширения труб стапеля 1 и вала 6, которое через замкнутую силовую цепь: стапель 1 — крышки 2 — сферические шайбы 3 — гайки 4 — тяги 5 — сообщается валу 6. При остывании устройства осевое усилие сохраняется за счет того, что изделие — вал 6 остывает быстрее труб стапеля 1, которые через описанную выше силовую цепь сообщают осевое усилие требуемой величины до полного остывания изделия вала 6.

Выполнение устройства для термосиловой обработки со стапелем в виде двух полых труб позволяет сделать его конструкцию более простой, при этом охлаждение вала происходит в два раза быстрее, чем стапеля, что сохраняет деталь типа вал в напряженном состоянии до полного остывания, что необходимо для достижения требуемого качества обработки.

Для проверки влияния исходного искривления заготовки на искривление после ТСО была обработана партия образцов, имеющих исходное биение  мм.

На основании полученных результатов построены графики изменения величины биенияпо длине заготовки, составлены таблицы влияния режимов обработки на интенсивность снижения величины биения Значения интенсивности снижения величины биения определяли по формуле:

                                                        (1)

гдемаксимальное биение заготовки до ТСО; максимальное биение заготовки после ТСО.

Влияние температуры обработки и скорости деформациина величину интенсивности снижения биения в результате ТСО валов из стали 12Х18Н10Т с относительной степенью деформации и биением перед ТСО мм.

Таблица 1.

Величина биения от скорости деформации и температуры

Влияние степени деформациина значение интенсивности снижения величины биения в результате ТСО валов из стали 12Х18Н10Т при300°С, си биением перед ТСО мм.

Таблица 2.

Влияние относительной деформации на величину биения

Анализ данных позволил отметить слабовыраженную зависимость интенсивности снижения величины биения от скорости деформации и температуры термомеханической обработки (таблица 1). В то же время обращает на себя внимание влияние степени относительной деформации на снижение величины биения (таблица 2). Для проверки влияния величины предварительного искривления образца на эффективность ТСО с точки зрения снижения биения был проведен сравнительный анализ по данным таблицы 3.

Влияние величины предварительного искривления образцана интенсивность снижения величины биения в результате ТСО у валов из стали 12Х18Н10Т при 300°С, си .

Таблица 3.

Влияние предварительного искривления образца на величину биения

Из сопоставления данных, можно отметить снижение эффективности ТСО с точки зрения уменьшения величины биения для образцов имевших максимальное предварительное искривление. Это очевидно объясняется недостаточным деформированием образца. Термомеханическая обработка со степенью относительной деформациине в силах «стереть» память сильно деформированного металла так же эффективно, как более слабо деформированного. Снижение интенсивности уменьшения биения после пластической деформации образцов с минимальным начальным биением объясняется наличием минимально возможным значением биения после ТСО. В процессе испытаний не удалось добиться уменьшения величины биенияниже 0,40 мм. Метрологические исследования изменения геометрии образцов в процессе хранения показывают, что признаки технологической наследственности (то есть деформации при ТСО образца) ярче выражены в металле, претерпевшем значительные пластические деформации. Сопоставляя данные измерений величины биения в процессе хранения образцов, можно отметить, что при ТСО со степенью деформации и более в металле образца начинает появляться «эффект памяти».

На основании проведенных исследований и анализа полученных результатов следует:

1)  ТСО показывает положительное влияние на наследование образцом формы, придаваемой ему при обработке;

2)  Степень относительной деформации оказывает значительное влияние на интенсивность снижения величины биения вала;

3)  При больших значениях начального биения рекомендуется проведение рихтовочных операций (правка);

4)  ТСО обеспечивает выравнивание физико-механических свойств по всему объему за счет подбора режима обработки, обеспечивающего значения критерия локальности деформации до 1,05—1,10.

Список литературы:
1.    Драчев О.И. Новая технология термосиловой обработки маложестких валов / О.И. Драчев, Д.Ю. Воронов, Д.А. Расторгуев // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2004. № 1. С. 32—35.
2.    Драчев О.И. Моделирование упруго-пластических деформаций при термосиловой обработке / О.И. Драчев, Д.А. Расторгуев, М.В. Старостина // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2012. № 3. С. 80—85.