В 840156, кл. С 21 D 8/00, 1978 . (.54). (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОРСИ0HHbIX ВАЛОВ, включамщий нагрев заготовки, ее пластическую деформацию, термическую обработку, механическую обработку и териомеханическую обработку с деформацией кручением, непрерывно-последовательную закалку с высокочастотным нагревом и низкотемпературный отпуск, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения трудоемкости процесса и экономии металла, пластическую деформацию нагретой заготовки осуществляют путем одновременного обжатия, кручения и растяжения.
Изобретение относится к способам изготовления торсионных валов и может быть использовано для изготовления и упрочнения деталей машин цилиндрической формы с симметричной осью вращения, работающих в условиях высоких крутильных пульсирующих нагрузок.
Цель изобретения — снижение трудоемкости процесса и экономия металла.
Пример. Нагретую до 1100 С заготовку подают в зажимную головку прецизионной радиально-ковочной машины, которая захватывает, пневматическими клещами изделие, вращает его со скоростью 40 об/мин и одновременно подводит к ковочным молотам в осевом направлении с подачей 15—
80 мм/с. Три ковочных молота закреплены на шатунах и приводятся в движение синхронно эксцентричными валами, вращающимися со скоростью до
550 об/мин. При ударе молотов изделие затормаживается в своем движении, а зажимная головка продолжает движение, в результате происходят процесс вытяжки и закручивание на определенный угол. Учитывая возможность бесступенчатого регулирования скоростей всех движений и произвольного их задавания, угол закручивания можно регулировать до оптимального.
В процессе ковки структура металла поверхностного слоя приобретает волокнистое строение, происходит уплотнение дислокаций. Металл заготовки обжимается в горячем состоянии на меньшее сечение, удлиняется, закручивается на определенный угол и упрочняется наклепом. Такая деформация обеспечивается быстро повторяющимися ударами молотов. Это означает, что небольшие усилия осуществляют большую суммарную деформацию, большую степень наклепа и благоприятное расположение волокон в поверхностном слое металла.
Для повышения надежности изделий направление волокон в поковках должно совпадать с направлением наибольших напряжений, возникающих в дета- лях при эксплуатации. В процессе эксплуатации торсионные валы работа71541
Данные таблицы свидетельствуют, что трудоемкость предлагаемого способа ниже трудоемкости известного, а экономия металла составляет 407 по сравнению с известными способами.
Долговечность торсионных валов, упрочненных предлагаемым способом, не уступает долговечности валов, обрабатываемых известными способами. ют на кручение и испытывают наиболь. шие касательные напряжения в поверхностном слой металла под углом 45 о к оси.
Большая степень наклепа способствует образованию сжимающих напряжений в поверхностном слое металла и увеличивает сопротивление развитию трещины.
После ковки изделие подвергают термической обработке и механическим операциям чистовой проточки и шлицеобразования. В дальнейшем проводят термомеханическую обработку с деформацией кручением, средне- или низкотемпературный отпуск с последующим высокочастотным нагревом поверхности вала, непрерывно-последовательную закалку и низкотемпературный отпуск.
Учитывая особенность формы и условия работы поверхностного слоя торсионных валов, у которых диаметр рабочей части стержня значительно меньше диаметра головок, их производство по известному способу требует применения горячей штамповки заготовок с последующей механической обработкой точением и шлифовкой стержня и галтелей.
Эти операции являются трудоемкими и значительная часть металла при обработке уходит в стружку. Применение прецизионной ковки благодаря ее высокой точности и качеству новерхностного слоя позволяет отказаться от операций проточки и шлифовки стержня. Остается обработка центровых отверстий и чистовая проточка головок при шлицеобработку.
Для сравнительного анализа предлагаемого и известного способов их признаки и трудоемкость операций приведены в таблице.
Видео:Изготовление валаСкачать
Способ изготовления торсионных валов
Использование: изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении торсионных валов. Сущность изобретения: формообразование валов проводят раскатыванием со степенями деформации 15 — 55%, отжигают при 450 — 550°С, нагревают сначала до со скоростью 4 — 6°С, а затем до температуры закалки со скоростью 1 — 2°С/с, после чего охлаждают или осуществляют кручение. Дальнейшие упрочняющие операции включают ориентированный наклеп, обкатывание роликами и повторный ориентированный наклеп, при этом направление закручивания торсионных валов при первом и втором ориентированных наклепах совпадает с направлением закручивания при термомеханической обработке. 1 табл.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении торсионных валов.
В современном машиностроении известны способы обработки стальных изделий, включающие термическую обработку и холодную упрочняющую обработку [1].
Недостатками этого способа являются недостаточная работоспособность деталей, высокая трудоемкость изготовления и низкий коэффициент использования металла.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ упрочнения стальных торсионных валов, включающий термическую или термомеханическую обработку, ориентированный наклеп с коэффициентом деформации К=0,32-0,44, обкатывание роликами выполняют при контактных напряжениях 6000-8500 МПа, а повторный ориентированный наклеп проводят с коэффициентом заневоливания К= 0,47-0,56, при этом направления первого и второго ориентированных наклепов совпадают [2].
Читайте также: Должен ли греться компрессор холодильника при работе атлант
Известный способ не позволяет повысить работоспособность торсионов и уменьшить трудоемкость их изготовления. Коэффициент использования металла при этом способе низкий и составляет 0,7-0,75, технологический процесс не поддается автоматизации.
Целью изобретения является повышение работоспособности торсионов при одновременном увеличении коэффициента использования металла и снижении трудоемкости изготовления.
Это достигается тем, что в известном способе обработки торсионных валов перед термической или термомеханической обработкой проводят холодное формообразование раскатыванием со степенями деформации 15-55% и отжиг при температуре 450-550 о С, а термическую или термомеханическую обработку осуществляют с использованием двухступенчатого нагрева: до точки Ас1 со скоростью 4-6 о С/с, а затем до конечной температуры со скоростью 1-2 о С/с. При этом направление закручивания торсионных валов при первом и втором ориентированных наклепах должно совпадать с направлением кручения торсионов при ТМО. Такое сочетание отличительных признаков по отношению к известному способу является новым, и поэтому данное техническое решение соответствует критерию новизны. Повышение работоспособности деталей обеспечивается применением специального режима отжига после раскатывания и использованием двухступенчатого регламентиpованного нагрева при термической или термомеханической обработке, а также совпадением направления закручивания торсионных валов при ориентированных наклепах и ТМО.
Отжиг при температуре 450-550 о С повышает работоспособность раскатанных торсионов, — пластичность при кручении увеличивается на 40-60%, циклическая долговечность на 50-70%. Увеличение свойств вызвано изменением структурного состояния мартенсита (повышением его дисперсности и однородности), более полным растворением первичных карбидов, обусловленными структурными изменениями при холодной деформации и последующими полигонизационными процессами.
Проведение отжига при температурах менее 450 о С понижает работоспособность торсионных валов: пластичность при кручении падает на 30%, циклическая долговечность на 50%, что объясняется формированием более грубой структуры с правильными границами мартенситных кристаллов и пониженной дисперсностью.
Отжиг при температуре выше 550 о С приводит к уменьшению пластичности при кручении на 20% и циклической долговечности на 45% в связи с протеканием процессов рекристаллизации холодно- деформированного металла.
Применение регламентированного двухступенчатого нагрева при термической обработке обеспечивает получение однородной структуры мартенсита по сечению термообработанных торсионов. В противном случае происходит снижение пластических свойств при кручении торсионов и циклической долговечности. Скоростной нагрев одновременно устраняет склонность к рекристаллизационному росту зерна холоднодеформированных заготовок и снижает трудоемкость изготовления деталей за счет уменьшения припусков под шлифование по сравнению с печным нагревом.
Нагрев осуществляют в две стадии.
Первый нагрев до точки Ас1 проводят при скорости нагрева 4-6 о С/с. При скоростях ниже 4 о С/с будут развиваться процессы рекристаллизации холодноде- формированного металла, выше 6 о С/с не обеспечивается однородность температуры по сечению торсиона.
Второй нагрев от точки Ас1 до конечной температуры осуществляют со скоростью 1-2 о С/с для обеспечения равномерного нагрева и однородной структуры по сечению торсионного вала. При скоростях нагрева ниже 1 о С/с наблюдается падение упругих свойств, увеличение разницы роста зерна аустенита (собирательной рекристаллизации) и значительного перепада температуры по сечению детали вследствие интенсивного отвода тепла от поверхности слоев. Кроме этого, при малой скорости нагрева (большое время нахождения в интервале температур между начальной и конечной температурой нагрева) происходит обезуглероживание поверхности деталей, что понижает их работоспособность, — остаточная пластическая деформация увеличивается на 50-70% с увеличением глубины обезуглероживания на 0,1 мм.
Увеличение скорости нагрева сверх указанной приводит к падению упругих свойств и пластичности при кручении на торсионных валах, т.к. при этом не обеспечивается получение гомогенного аустенита из-за неполного растворения первичных карбидов, что приводит к образованию большого количества пластинчатого мартенсита и увеличению степени его неоднородности.
В случае использования термомеханической обработки закручивание при I и II ориентированных наклепах должно совпадать по направлению с закручиванием торсионных валов при ТМО, т.к. в противном случае нарушается ориентиpованность упрочнения, созданная деформацией кручением как при ТМО, так и при I и II ориентированных наклепах, что приводит к значительному снижению упругих свойств торсионных валов до значений ниже величин, требующих обеспечения работоспособности торсионных валов. В силу сказанного оценить долговечность торсионных валов в этом случае не представляется возможным из-за появления значительной остаточной пластической деформации.
Сочетание всех перечисленных факторов приводит к повышению работоспособности торсионных валов: циклическая долговечность увеличивается на 50-70%, пластичность при кручении на 40-60% по сравнению с существующим способом.
Повышение коэффициента использования металла до 0,88-0,93 и снижение трудоемкости изготовления на 20-30% обеспечиваются тем, что при предлагаемом способе торсионный вал раскатывают на требуемые размеры из цилиндрической заготовки, имеющей меньшую длину, чем при известном способе, и в процессе раскатывания ее удлиняют до требуемой конечной длины торсионного вала в отличие от известного способа, при котором подвергают механической обработке со значительным съемом стружки заготовку той же длины, что и торсионный вал. Экономия металла при предлагаемом способе составляет 15-25%.
Читайте также: Лубрикатор для смазки компрессора что это такое
Раскатывание со степенями деформации менее 15% не обеспечивает формообразования торсионных валов требуемой геометрии без дополнительного съема металла.
Степень деформации при раскатывании не должна превышать 55%, т.к. при больших степенях холодной пластической деформации образуются микротрещины, которые не залечиваются при последующих обработках, в результате чего работоспособность деталей понижается.
П р и м е р . Проводили обработку торсионных валов диаметром 39 мм из стали 45ХН2МФА-Ш. Торсионы подвергали обработке по вариантам, представленным в таблице. Оценку работоспособности (число циклов до разрушения), пластичности при кручении (упругие свойства) торсионных валов осуществляли стендовыми испытаниями. Одновременно проводили испытания торсионных валов, обработанных по известному способу.
Известный способ (прототип): механическая обработка — термическая или термомеханическая обработка, ориентированный наклеп К=0,32-0,44; обкатывание роликами (контактные напряжения 7000-8500 МПа), ориентированный наклеп К=0,47-0,56, при этом направления I и II ориентированных наклепов совпадают.
Предлагаемый способ: холодное раскатывание со степенями деформации =15-55%, отжиг при температуре 450-550 о С, термическая или термомеханическая обработка с использованием двухступенчатого нагрева до точки AC1, со скоростью 4-6 о С/с, а затем до конечной температуры со скоростью 1-2 о С/с, направления I и II ориентированных наклепов совпадают с направлением кручения при ТМО.
Одновременно проводили испытания торсионных валов, обработанных по предлагаемому способу по режимам выше и ниже граничных.
Из таблицы видно, что использование предлагаемого способа обработки торсионных валов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышение работоспособности торсионных валов в результате роста циклической долговечности в 1,5-1,7 раза при одновременном увеличении коэффициента использования материала на 15-25% и снижении трудоемкости изготовления на 20-30%.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОРСИОННЫХ ВАЛОВ, включающий термическую или термомеханическую обработку, предварительный ориентированный наклеп, обкатывание роликами и окончательный ориентированный наклеп, совпадающий по направлению с предварительным ориентированным наклепом, отличающийся тем, что, с целью повышения работоспособности торсионных валов, перед термической или термомеханической обработкой проводят холодное формообразование валов со степенями деформации 15 — 55% и отжиг при 450 — 550 o С, а нагрев под термическую или термомеханическую обработку осуществляют ступенчато, сначала до Ас1, со скоростью 4 — 6 o С/с, а затем до температуры закалки со скоростью 1 — 2 o С/с.
Видео:цементация и закалка шлицевого валаСкачать
Термическая обработка торсионных валов
РЕЗУЛЬТАТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ТОРСИОНОВ СЕРИЙНЫХ ТАНКОВ
Л. С БАБАШКО, Е. Е. ЗАХАРОВА, Н. С. КУДРЯВЦЕВА, В. С. СЫСОЕВА,
Вестник бронетанковой техники, № 3 . 19 85
По действующему положению в отрасли проводятся периодические контрольные стендовые испытания торсионных валов серийных танков. Значение контрольных испытаний, проводимых по единой методике на одном и том же предприятии, заключается в том, что они позволяют своевременно исправить отдельные случаи нарушения технологии изготовления торсионных валов на заводах, выпускающих основные танки.
Проводится два вида испытаний: на усталость при циклическом деформировании кручением и статическое кручение. В первом случае проверяют два вала в месяц (для танка Т-80 — два вала в квартал). Торсионы для испытаний отбирает представитель заказчика в присутствии представителя завода изготовителя .
На статическое кручение отбирают один вал в месяц. По результатам этих испытаний определяют экспериментальную характеристику упругости (предел пропорциональности), а также пластичность торсионов, оцениваемую по относительному максимальному сдвигу при кручении γ max ( п процентах), который определяется по углу разрушения вала φ max по формуле
где d0 – диаметр стержня вала, мм ; l – расчетная длина вала, см.
Указанные характеристики позволяют оценивать качество термической обработки и комплексного упрочнения торсионов.
Известно [1], что долговечность торсионных валов зависит от многих факторов: геометрических размеров, качества термообработки и самого металла, режима поверхностного упрочнения и принятой схемы упрочнения, режима испытания и др.
Торсионные валы изготавливают из стали 45ХН2МФА-Ш [2], обрабатывают на высокую прочность σв = 2000. 2200 МПа (закалка, отпуск 220±10 °С) и упрочняют по схеме: заневоливание , обкатывание , повторное заневоливание . Однако имеются различия в технологии производства валов различных машин. Поэтому для каждого чертежа торсионного вала режимы испытаний различны (табл. 1).
Периодические испытания в течение 22 лет дают богатый материал для анализа долговечности торсионов разных машин (табл. 2). При подсчете средней долговечности учитывалась долговечность валов, доведенных до разрушения или выдержавших более 500 тыс. циклов.
Представленные результаты свидетельствуют о том, что средняя долговечность высокопрочных торсионных валов в 2,5. 5 раз выше требований технических условий на деталь. Максимальная долговечность колеблется в пределах 866. 2 774 тыс. циклов в зависимости от режима испытания, упрочнения и геометрических размеров торсионов. Однако в отдельные годы торсионы выдерживали всего 150 тыс. циклов. В 1979, 1980, 1982 гг. были случаи преждевременного разрушения торсионов 434.51.059/060, в 1980 г . – 172.51.001, в 1982 г . – 219-33-1/2. Исследования торсионных валов, не выдержавших 15 тыс. циклов, показали, что разрушение их связано, как правило, с очевидным нарушением технологии или недостаточным качеством металла.
Читайте также: Влад валов аромат винила
Таблица 1. Режимы периодических стендовых испытаний торсионных валов
Коэффициент асимметрии цикла R
Например, торсионный вал 172.51016 в 1980 г . был сломан после 26 тыс. циклов вследствие внутреннего дефекта металла во всю длину торсиона. Между тем техническими условиями ТУ 1-14-1725—76 расслоение стали 45ХН2МФА-Ш не допускается.
Разрушение валов 434.51.059 в 1977 г . после 97 тыс. циклов испытания было вызвано остаточным обезуглероживанием поверхности в связи с малым припуском на механическую обработку. Увеличение диаметра исходной заготовки с 53 до 55 мм позволило исключить систематический брак торсионов .
Таблица 2. Долговечность кондиционных торсионных валов различных танков
Эквивалентные напряжения испытания τэкв , МПа
Долговечность кондиционных валов, тыс. циклов
выдержавших более 500 тыс. циклов
Следует отметить, что уровень выполнения технологии изготовления торсионов существенно отличается на различных предприятиях. Торсионные валы танка Т-80, производимые на одном из заводов, выдерживали 687,5 тыс. циклов в 1981 г . и 221 тыс. циклов в 1982 г . в то время как валы другого завода – 910 тыс. циклов кручения.
Немаловажную информацию дает анализ места разрушения торсионов. В 1982 г . все торсионы 219.33-1/2 были разрушены по шлицевым головкам, причем средняя долговечность понизилась в 2,5 раза. Это было связано с пропуском отдельных шлицев при обкатывании , с обкатыванием впадин роликами, с изношенной рабочей кромкой, с плохим качеством очистки окалины на шлицах и т. п.
При обкатывании роликами окалину вдавливали в поверхность впадин, вызывая местные надрывы, которые затем становились очагами разрушения. Специально проведенный контроль технологических параметров процесса обкатывания впадин непосредственно на заводе показал нарушение режима обкатывания : натяг роликов составлял 0,32 мм
Торсионные валы 434.51.059 наиболее часто разрушаются на расстоянии 75. 110 мм от головок. В среднем за все годы в этом месте ломалось 57 % деталей, в то время как по стержню – 16, по шлицевым головкам — 27% торсионов. Это свидетельствует о сочетании неблагоприятных факторов на этом участке вала: двойное выполнение шлифования, продольное раскатывание, упрочняющее обкатывание роликами стержня и галтелей.
Анализ характера, места разрушения и долговечности торсионных валов 172.51.016 показал, что в 1982 г . количество торсионов, разрушенных по стержню, не изменилось и составляло 74 % от общего числа разрушенных валов, однако средняя долговечность уменьшилась в 1,8 раза по сравнению с 1980 г . При этом 40 % торсионов разрушались в одном месте: на расстоянии 1 140. 1 200 мм от торца малой головки . Ранее, в 1980–1981 гг., этого не наблюдалось. Оказалось, что в 1982 г . в цехе использовались новые станки УВ-3. На старых станках УВ-1 и УВ-2 обкатывание стержня и галтелей осуществляется таким образом, что зона перекрытия обкатанных участков находится около галтелей, а при упрочнении на станке УВ-3 в центре вала на расстоянии 1 140. 1 200 мм от торца малой головки.
При разрушении торсионов по шлицевым головкам начальный очаг обычно расположен у поверхности впадины шлица. В одних случаях разрушение торсиона начинается от боковой поверхности шлица и вызвано усталостным разрушением отдельных шлицев от изгибных нагрузок. В других случаях разрушение начинается по впадине и приводит к усталостному разрушению головки вала. Расположение начального очага в поверхностном слое вала определяется тем, что при кручении наибольшие напряжения возникают на поверхности и уменьшаются к сердцевине вала.
Поэтому основными факторами, определяющими работоспособность торсиона при циклических нагрузках, являются состояние поверхностного слоя ( шлифовочные прижоги , обезуглероженный слой, механические повреждения, коррозия) и качество поверхностного упрочнения роликами. Следует учитывать также большую чувствительность высокопрочных торсионов к различным концентраторам напряжений. Кроме того, период развития усталостной трещины у высокопрочных сталей невелик и составляет примерно 10. 20 % от общей долговечности детали [3]. Сопротивление стали зарождению и развитию трещины повышают упрочнением (пластическое деформирование). Упрочнение поверхности является эффективным средством торможения усталостных трещин на начальном этапе их развития [4].
Стендовые испытания показали (табл. 3), что наибольшую долговечность имеют торсионы, начальные очаги разрушения которых расположены под упрочненным слоем на некотором расстоянии от поверхности, и наименьшую – у которых начальные очаги разрушения расположены у поверхности. Различие в долговечности может быть в 1,5. 3 раза. Таким образом, не меняя технологии изготовления серийных торсионов, можно повысить их долговечность лишь за счет качественного выполнения обработки поверхности и упрочнения ее обкатыванием .
Таблица 3. Изменение циклической долговечности в зависимости от положения начального очага разрушения торсионов, тыс. циклов
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
🎥 Видео
Химико-термическая обработка сталей. ЦементацияСкачать
HANKOOK - станок для обработки вала длиной 25 мСкачать
74 Закалка и отпуск для всех и каждогоСкачать
Как это устроено. ТермообработкаСкачать
Чертеж вал шестерни. Процесс изготовления валов с зубчатым венцомСкачать
How to make gear forging?Скачать
Невероятный процесс обработки сверхтяжелых валов самые большие в мире токарные станки в эксплуатацииСкачать
Термообработка металла. Основные виды термической обработки сталейСкачать
Подготовка вала к шлифовкеСкачать
72 Закалка. Отжиг. НормализацияСкачать
Термическая обработка. Отжиг и нормализацияСкачать
Наружное точение вала на станке KMT-KTL56CСкачать
Как сделать длинные валы на токарном станке???Скачать
Проточка о-о-о-чень длинных валов на токарном станке.Скачать
Обработка вала на станке JSK-1430S CNC и замер точностиСкачать
Термическая обработка. ЗакалкаСкачать
Российское производство валовСкачать
токарная заодно и термообработка валаСкачать
