Способ термической обработки осесимметричных длинномерных деталей

 

Изобретение относится к способу термообработки длл стабилизации ойтаточных напряжений и правки длинномерных маложестких изделий типа вала. Цель изобретения - повышение качест-. ва обработки путем предотвращения . коробления деталей. Способ реализуют следуюиим образом. Стапель (С) в сбо-; ре t деталью (Д) нагревают и выдерживают на заданной температуре. 8 :период нагрева Происходит осевая пластическая деформация, за счет разности коэффициентов (К) лине1йного расширения Си Д. При остывании Д находится в натянутом состоянии до заданной температуры за счет разной скорости теплосъема С и Д. С выполняют многослойны».1 с дополнительным объемом, заполненным материалом с низким К теплопроводности, при этом, время охла)хдения С в несколько раз больше времени охлаждения Д, а К линейного расширения материала С больше К температурного расширения Д. На Д^'Типа вала установлены радиаторы охлаждения в виде дисков с радиальными пазами, а по концам Д закреплены сферические пяты, С может быть , выполнен сборно-секционным, что позволяет увеличить величину пластической деформации. Использование позволяет минимизировать величину п^огнба Д и стабилизировать уровень остатрчных напряжений по ее дли не. 1 з. п ..ф-лы, 3 ил.ги2 $sИзобретение относится к технологии маимностроения, а именно к спр- ' собам термомеханимеской обработки ллйн-, номерных деталей, и может быть исполь" зовано при закалке, йормализации и отпуске деталей типа вала (осей, тяг, спиц и т.д.), преимущественно • длинномерных маложестких деталей.Цель изобретения ' повышение ка-^ чества офаботки деталей .путем предотвращения коробления детали.Способ осуществляют следующим образом..Перед фиксацией детали в стапе.ле на нее устанавливают радиаторы с радиальными пазами (их количество и площадь охлаждения зависит от геометри- , ческих параметров и физико-механических свойств детали), а по концам деталивтулки. Деталь с радиаторами и распорными втулками устанавливают в стапель, фиксируя их в осевом направлении крыш-00 00 004;^

СОК ООВЕТСНИХ

РеспуБлин

ГОСУДАРСТВЕН1ЬЮ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕП НИЯМ И ОТНРЬЗТИНМ. - . *

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автаеевмм саидатеаста ; ! () 1 C 21 D 9/06

1 . (21) 4689434/02. (22) Е0..06.89 (46) 30.01.92. Бюл. И 4 (71) Тольяттинский политехнический институт (72) О.И.Драчев, Э.-Н.Хенкин и О.И.Иванов . (53) 621.785.6:621.982.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1018984, -кл. С 21 D 9/06, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1407969, кл. C 21 D 1/62, 1986; (54) СПОСОБ ТЕРНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОСЕ"

СИИНЕТРИЧНМХ ДЛИННОНЕРНЫХ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к способутермообработки для стабилизации остаточных напряжений и правки длинномерных маложестких изделий типа вала.

Цель изобретения - повышение качест-: ва обработки путем предотвращения коробления деталей. Способ реализуют следующим образом. Стапель (С) в GGo»; ре с деталью (Д) нагревают и выдерживают на заданной температуре. В

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к способам термомеханической обработки рлин-, номерных деталей, и может быть исполь зовано при закалке, нормализации. H отпуске деталей типа вала (осей, тяг, спиц и т.д.), преимущественно : длинномерных маложестких деталей.

Цель изобретения - повышение качества обработки деталей .путем предотвращения коробления детали.,SU.„1708884 А 1

2 . период нагрева происходит осевая пластическая деформация, за счет разно" сти коэффициентов (К) линейного расширения С и Д. При остывании Д находится в натянутом состоянии до заданной температуры sa счет. разной скорости теплосьема С и Д. С выполняют многослойным с дополнительным обьемом, заполненным материалом с низким К теплопроводности, при этом . время охлаждения С в несколько раз больше. времени охлаждения Д, а К линейного расширения материала С больше К температурного расширения Д.

На Д"типа вала установлены радиаторы охлаждения в виде дисков с радиальными пазами, à по концам Л закреплены сферические пяты, С может быть выполнен сборно-секционным, что позволяет увеличить величину пластической деформации. Использование позволяет минимизйровать величину прогиба Д и стабилизировать уровень остатрчных напряжений по ее длине. 1 з.п..ф-лы, 3 ил. «3

Сб-Способ осуществляют следующим об- 4 разом.

Перед фиксацией детали в стапеле на нее устанавливают радиаторы с радиальными пазами (их количество и площадь охлаждения зависит от геометри-, в ческих параметров и Физико-механических свойств детали), а по концам деталивтулки. Деталь с радиаторами и распорными втулками устанавливает в стапель, фиксируя их в осевом направлении крыш-

1708884 ками относительно торцов стапеля. Крышки-полпятники выполнень с отверстиями в центре, переходящими во внутреннюю сферическую поверхность. Далее на концы .заготовки накручивают сферическую пяту до контакта с подпятником, причем цилиндрическую часть пяты устанавливают в отверстие крышки-подпятника с зазором с возможностью поворота .а 1О. в пределах 3 . Корпус стапеля выполнен многослойным, каждый слой которогоимеет дополнительный объем, заполненный материалом с, более низким коэффи-: циентом теплопроводности. Материал стапеля подбирают с коэффициентом линейного расширения, превышающим коэф-, Фициент линейного расширения заготовки. В многослойном корпусе выполнены сквозные отверстия.

Стапель с заготовкой нагревают до. заданной согласно техпроцессу температуры и выдерживают до полного прогрева. Разность коэффициентов линейного расширения материалов заготовки 25 и стапеля обеспечивает осевое пластическое деформирование заготовки за пределами пропорциональности (за пре". лелы закона Гука). Далее стапель. с заготовкой охлаждают.4о заданной тем- ЗО пературы, варьируя разностью времени охлаждения заготовки и стапеля, и сохраняют при этом осевое напряженное состояние материала заготовки до полного охлаждения. Одновременно проводят правку кривых заготовок. Для создания заданной величины пластической деформации стапель выполняют в виде набора кольцевых секций. При необходимости увеличения длин .заго- 4 товок, величины пластической деформации длину:стапеля наращивают путем увеличения количества секций, одновременно увеличивают также длину .цилиндрической части подпятника. При 45 этом наполнитель выполнен с низким коэффициентом теплопроводности по сравнению с коэффициентом геплоотдачи детали..

На фиг. 1. изображено .устройство, реализующее предлагаемый способ, разрез, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - график зависимости температуры от времени охлаждения.

Способ обработки осесимметричных деталей осуществляют следующим образом.

Деталь 1 предварительно протачива. ют и нарезают с обоих. концов резьбу.

Длина резьбы, ее шаг определяются пределом прочности материала и величиной поперечного сечения заготовки. Далее на деталь 1 надевают радиаторы 2 с радиальными пазами. Количество радиаторов 2 и их площадь оценивают от потребной поверхности теплосъема. Величину площади радиаторов регулируют количеством пазов. Набор радиаторов с разными поверхностями теплосъема обеспечивает равномерное астывание за готовки по всей длине. Последняя может иметь сложную форму в продольном и поперечном сечениях.

На - оста вшееся место на детали с уче-} том теплосъема надевают с обеих сторон распорные втулки 3, один .- до упора в торец радиаторов 2. Собранную деталь с радиаторами 2 и дистанционными втулками 3 вставляют .в многослойный секционно-сборный стапель 4 с наполнителем $, последний в зависимости от необходимой скорости охлаждения стапеля:может иметь разный коэффициент . теплопроворности (например, речной пе- . сок, смешанный с мелкой чугунной стружкой), .и фиксируют относительно торцов стапеля 4 крышками-пятами 6 .

Далее в отверстия крышек-пят 6 вставляют сферические пяты 7 и накручивают их на концы детали до тех пор, пока сферические пяты 7 не войдут в контакт. с крышками 6, тем:самым создавая замкнутый силовой контур заготовки со сферическими подпятниками: крышкипяты,,- .стапель.

Отверстие; и крышке 6 выполняется с зазором так, чтобы перекос детали мог быть в: пределах 3, это позволяет компенсировать технологическую неточность изготовления. установки. Собранную конструкцию отпускают в шахтную. печь и нагревают согласно технологии термообработки до температуры закалки или отпуска и- т.д., выдерживают при, этой температуре до полного прогрева заготовки. При нагреве стапель удли- нлетсл больше детали, его коэффициент линейного расширения больше коэффициента Р линейного расширения детали.

Подбирал численные значения положительной разности коэффициента линейного расширения стапеля и детали, по-, лучают величину пластической деформации детали, превышающую предел пропорциональности., т.е. предел закона Гука.

При необходимости увеличения величины осевой пластической деформации детали, У 1708884

6 где 4 1 — разность удлинений стапеля и вала, - коэффициент линейного расширения

Т . - температура нагрева, Ь вЂ” длина вала и стапеля.

При L = 1000 л1м, Т = 850 С,Магам

)9 10 1/град,0(е-,,= 10,7 ° 10 .1/

/град получают величйну пластической деформации = 0,843.

Расчет времени охлаждения проводят при следующих парал1етрахс диал1етр вала 60 мм, внутренний диаметр стапеля 210 мм, наРУ®ный диаметр 310 им, 55 наполнитель - песок, смешанный с чугунной стружкой, охлаждающая среда - масло с температурой 30 С. Время охлаждения вала рассчитывают по формуле

45 например при правке, необходимо увеличить длину стапеля, а следовательно, и длину цилиндрической части сферической пяты, оставляя неизменной длину детали. Для длинномерных заготовок, имеющих на конце фланцы или увеличен1е диаметров деталей в любом месте по длине, некоторые секции стапеля выполняют конструктивно увеличенными в поперечном сечении (фиг.3) .

Осевая пластическая деформация за пределами пропорциональности (закона

Гука) при нагреве устраняет технологическую наследственность от предыду- 15 щих операций и одновременно правит детали. Однако неравномерный режим остывания в свободном состоянии наводит свои неравномерные остаточные напряжения. Для исключения этого отрицательного явления необходимо, чтобы стапель 4 остывал медленнее детали 1, т.е. заготовка должна остывать с большей скоростью по сравнению со.стапелем (минимум в пять раз) 25 в зависимости от среды остывания (масло, вода, воздух). В,детали при остывании с осевым нагружением формируются остаточные напряжения,, равномерные по длине и поперечному. 30 ! сечению, что исключает коробление готовых деталей при эксплуатации. роме того, увеличиваются прочностные характеристики детали.

Пример. Ствпель изготовлен из стали 12Х18H10T, вал - из стали

:30X13. Температурные удлинения рассчитывают по формуле

И с я (T)Ò L — Ает (T )Т L, 40 » F d%g

= — — — - — с

4 Г а время охлаждения стапеля определяют: частным решением уравнения

8 /8 *= 9, (В;, F ); аФ где F - - — крите д рий фурье, ко.торыи определяется как функция. относительных, температур

6 /6 и критерия Виоо,. последний равен

= $ /0 злу

В! где. 9ююу ф о р.м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ термической обработки осесимметричных длинномерных деталей, включающий установку детали в перфорированный стапель с фиксацией ее по торцам, нагрев, выдержку до достижения пластической деформации величины, превышающей упругую, и охлаждение, о т л и ч à IQ шийся тем, что; с целью повышения каче- ° ства обработки деталей путем предотвращения коробления детали по оси, на деталь перед установкой ее в. стапель нанизывают распорные в улки и между нимй с переменным шагом - звездообразные радиаторы, фиксацию детали осуществляют путем навинчивания на концы. детали пят до сопри- эквивалентная теплопроволность двухслойной стенки .стапеля, g - объемный вес материала, P — коэффициент теплоотдачи от.окружающей среды к по- ° верхности тела, а - коэффициент температуро3проводности, - радиус длинномерного изделия.

График зависимости Т = й(С) приведен на фиг.3 (для стапеля - кривая 1, для вала -, кривая 2) .

Предлагаемый способ позволяет. минимизировать величину прогиба изделия и стабилизировать уровень остаточных напряжений по ее длине, что увеличивает эксплуатационную точность готовых изделий, например длинномерных маложестких валов, и повышает качестВО ГОтОВых изделий

7 1708ооЬ4 8 косновения с крышками стапеля, Bbl тель выполняют из материала с коэффйполненными со сферическими подпятни- циентом теплоотдачи, меньшим коэффиками, стапель выполняют многослой- циента теплоотдачи материала детали. ным с наполнителем между слоями, при- 2. Способ по и. 1-, о т л.и ч а ючем стапель выполняют из материала с шийся тем, что заданную .величикоэффициентом линейного расширения, ну пластической деформации достигают большим, коэффициента линейного рас- путем выполнения стапеля в виде набо ширения материала детали, а наполни- ра кольцевых секций. .Л

1708884

ФиаЗ

Составитель Й Кузовкина

Редактор И.Петрова Техреп А,Кравчук Корректор И.Самборская еюююеюееав4вееее ю ав ч ю Ю ю ю Ю ю е е е е ю ю ю ю Е Е ю ю Ф е вв Заказ 405 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/S

Производственно-издательский комбинат ."Патент", -и. Ужгород, ул. Гагарина, .101