Технические науки. Обработка материалов в машиностроении

Зубенко Е. В. , к.т.н. Зубрилина Е. М.

Ставропольский государственный аграрный университет, Россия

Деформационное упрочнение и восстановление деталей машин термомеханической обработкой

Целью исследования изменений физико-механических свойств металла, обработанного резанием с последующим термопластическим деформированием детали, являлось установление закономерностей разрушения сварного соединения под действием знакопеременных крутящих моментов и влияния характера механической обработки (холодное резание, либо резание с нагревом) на число циклов испытания шва под нагрузкой до момента его разрушения.

Результаты проведенных механических испытаний износостойкости обработанной резанием с нагревом показали, что крутящий момент, возникающий при резком торможении лентой, создает в сварном соединении касательные напряжения. Величина этих напряжений зависит от инерционной массы, скорости вращения ротора двигателя, величины торможения (обратного ускорения), сил трения металлической ленты о правый хвостовик и сечения сварного шва.

Касательные напряжения в сварном симметрично наложенном шве возникают в момент торможения вращения правой части детали в то время, когда левая часть по инерции продолжает вращаться. Эти напряжения создаются по всем сечениям сварной детали одинаково и проявляются в наиболее ослабленной части детали, где площадь стыка наименьшая.

Испытаниям подвергались сварные детали, цилиндрические части которых были изготовлены из одной марки материала и разных типов сталей. Шов при этом выполнялся наплавкой той же марки сплава, что и у цилиндрических частей или обычным сварочным низкоуглеродистым электродом.

Детали перед испытанием подвергали механической обработке резанием холодным обычным методом и резанием с нагревом срезаемого слоя пламенем горелки. Обработка проводилась с целью удаления с детали валика наплавленного металла и придания ей соосной цилиндрической формы.

В ходе экспериментальных исследований было обнаружено, что трещины разрушения возникают чаще всего на границах стыка сварного шва и менее прочной цилиндрической части сварной детали. Для образцов сталь 45 + сталь40Х трещины возникали преимущественно по границам более хрупкого материала (сталь 40Х). Разрушение происходило под действием касательных напряжений, возникающих от знакопеременных крутящих моментов при резком торможении правой цилиндрической части детали. У равнопрочных металлов цилиндрических частей трещины возникали в менее прочном сварном шве. Характер излома при этом будет зависеть от физико-механических и структурных свойств материала в сечении разрыва.

Исследования параметров точности обработки поверхности деталей с нагревом проводили при соблюдении условий термоизолирования:

где Δ_ст – погрешность, вызванная геометрическими неточностями станка;

Δ_т – температурные деформации детали в процессе точения.

После проведения точения нагретых до температуры Т = 450 ⁰С заготовок при t = 0,8 мм, S = 0,1 мм/об и n = 350…1600 мин^-1 получены следующие усредненные значения суммарных погрешностей:

При точении заготовок с глубиной резания t = 2 мм усредненные значения погрешностей возрастают до величин, составляющих:

Результаты выполненных расчетов показывают, что в обоих случаях резания суммарные величины погрешностей не выходят за пределы допуска на размер:

Как показали замеры диаметральных размеров детали, обработанной резанием с нагревом, отклонения формы поверхности от цилиндричности, характерные для «холодного» резания, отсутствовали. При этом у деталей, обработанных термопластическим деформированием роликовым накатником, отклонений формы поверхности от цилиндричности также не наблюдалось. Более того, у деталей, имевших перед ППД отклонения формы поверхности от цилиндричности после обработки роликом нагретой поверхности, уменьшались.

Результаты анализа полученных данных позволили сделать следующие практические выводы:

1. Жёсткость детали, нагретой до температуры 600 ⁰С, достаточна для проведения точения с нагревом при увеличении глубины резания в 4 раза.

2. Обработка нагретого металла резанием, совмещенная с термопластическим деформированием поверхности детали, позволяет получить более точные детали по сравнению с «холодным» точением.

3. Изменения показателей качества поверхностного слоя определяются свойствами обрабатываемого материала, режимами резания и термопластического деформирования наплавленного металла.

На основании установленных физико-механических закономерностей деформационного упрочения и восстановления наплавленных быстроизнашивающихся поверхностей деталей термомеханической обработкой при ремонте дорожно-строительной техники в производственных, полевых и других особых (специфических) условиях возникает необходимость разработки новых конструкций недорогостоящего компактного оборудования, режущего инструмента и технологической оснастки.

Литература:

1. Костин П.П. Физико-механические испытания металлов, сплавов и неметаллических материалов. – М.: Машиностроение, 1990. – 214 с.

2. Котельников В.И., Зотова В.А. Повышение качества поверхности, обработанной механическим резанием с нагревом детали // Материалы 8-й Международной научно-технической конференции: Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков. Часть 1. – Пенза: ПГТУ, 2003. – С. 281 – 283.