Способ восстановления полых деталей типа втулок

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1% (И) Э(59

ГОСЗЩАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЙРЫТИЙ 1ю 1-

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К ASTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3368013/25-27 (22) 17.12.81 (46) 15.05.83..6юл, Г 18 (72) В.А,Коротков, А.И,Евдокимов, И,А,Толстов и О.В,Трошин .(71) Уральский ордена Трудового Крас" ного Знамени политехнический институт им. С,И,Кирова (53) 621.791.92(088.8) (56) 1. Куликов r,Ä, Современные способы восстановления -деталей наплавкой, Челябинск, 1974 с. 5, 2, Авторское свидетельство СССР

1(495367, кл, C 21 0 1/56, 30,07,74 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ

ДЕТАЛЕЙ ТИПА ВТУЛОК, применительно для сталей, претерпевающих полимор4ные превращения, заключающийся в нагреве детали и последующем ее охлаждении, отличающийся тем, что, с целью восстановления внутренней поверхности втулок, нагрев производят равномерно по всей наружной поверхности втулок с интенсивностью 10 -104 Вт/см до температуры на наружной поверхности в интервале (400-t ) где й„„ - температура по" лимор@ного превращения материала.

Х=

25

При таком интенсивном нагреве наружной поверхности втулки происходит неравномерное распределение температуры по толщине ее стенки, описанное следующим уравнением теплопроводно55 а О » эи эо

"Лг г Эг а

Изобретение относится к способам восстановления размеров и может найти применение в машиностроении при ремонтных и восстановительных работах, Восстановление изношенных поверхностей обычно осуществляется путем нанесения на них слоя металла. Если требуется восстановить слой значительной толщины, чаще всего применяют различные виды наплавок, например газовую наплавку, электродуговую, электрошлаковую и т.д, (1 ).

Недостатком этого способа является трудность, а иногда невозможность восстановления внутренних поверхностей малого диаметра, Наиболее близким к изобретению является способ, согласно которому для восстановления у трубчатых изделий изношенной наружной поверхности их нагревают по всей толщине выше

АС>, а затем охлаждают изнутри потоком,иидкости, При нагреве происходит объемное расширение изделия и увеличение его наружного диаметра, Охлаждение изнутри потоком жидкости фикси" рует объемное расширение металла при нагреве и обеспечивает увеличение наружного диаметра (2), Недостатком известного способа является то, что с его помощью нельзя восстанавливать внутренние изношенные поверхности, Цель изобретения - восстановление внутренних поверхностей деталей типа втулок, . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления полых деталей типа втулок, применительно для сталей, претерпевающих полиморфные превращения, заключающемуся в нагреве детали и последующем ее охлаждении, нагрев производят равномерно по всей наружной поверхности втулки с интенсивностью 10 - 10 Âò/ñì до температуры на наружной поверхности в интервале 400-t>ng, где „„,температура полиморфного превращейия материала, с граничными условиями

17462 2ЭО1 — r=a=0 - теплообменом с окружающей

arI средой через внутреннюю поверхность втулки пре- небрегаем; а наг)г=)мну q-удельная тепловая мощность, вводимая через наружную поверхность; и начальным условием U(r o) 0

1

0(r t j - распределение температур по толщине стенки втулки в момент времени.

На фиг, 1 показана втулка, общий вид; на фиг. 2 - кривые, иллюстрирую" щие характер распределений напряже15 ний во втулке и пределы текучести. ее материала; на фиг. 3 - диаграммы распределения температур по толщине втулки.

На фиг, 1 обозначено: r- - расстоя20 ние от оси втулки до некоторого слоя стенки (радиус); а - внутренний радиус втулки; Ь - наружный радиус втулки. где - теплоемкость; плотность к - теплопроводность.

30 д(4 где )1,» - собственное число функции бесселя.

Решение уравнения (1) при t )

35 (t 0,8 с для стали) имеет вид (u (-о

XK(b -0Ð) (Ь ; о )

Ж о -ат)((а! 4-Hna) (a.)

Неравномерное распределение температуры вызывает появление в теле втулки 1 напряжений, действующих по касательной к окружности (азимутальных), Для расчета азимутальных напряжений, действующих в теле втулки, используется следующая форм па а (г)в ---а — - )()(г)го)г+

)"

+Jub)b av-u(v)r ) и) а

На наружной поверхности втулки азимутальные напряжения равны

Од(о)=,)у у —,(Зо-1уво Е В р

4с(< <„, 1 (Ь.О ) 0 . (4) 17462 4

Теоретические расчеты и практическая проверка показывают, что при меньшей я. интенсивности нагрева, чем 10 Вт/см получить усадку втулки невозможно, 3 ибо в процессе такого нагрева предел текучести материала все время оста" ется больше азимутальных напряжений, т,е. зона пластической деформации отсутствует. При большей интенсивно-! ф сти нагрева, чем 10 Вт/см, могут образовываться трещины и нарушения качества наружной поверхности. При больших значениях q (T 1 ФВт/см ) скорость нагрева возрастает и значение tpn перемещается в область высоких температур (1000 С), при которых происходит интенсивное окисление и обезуглераживание наружной поверхности, При восстановлении втулок соглас. но данному способу не следует допускать нагрев выше температуры полиморфного превращения (t>ä). Это вызвано тем, что полиморфное превращение сопровождается изменением удельного объема, которое может существенным образом повлиять на характер протекающих деформаций. При нагреве наружно" поверхности до температур ниже, чем о

400 С, сохраняется высокое значение предела текучести (фиг, 2, кривая 1) зона пластической деформации отсутствует и, следовательно, при охлаждении втулки усадки не происходит, Ниже проводится пример восстанов33 ления калибровочных колец М 20 1,5 из стали ХВГ с внешним диаметром

48 мм. Их поверхность подвергают однократному нагреву до j00-900 С в индукторе ТВЧ при следующем режи4О ме лампового генератора ,.3 =(,О А Зо = 7 ОАОО= 9.0кВ Ок р

=,Як& q --Я-40 Ьт)си

Охлаждение после нагрева производят

43 в масле. В результате уменьшение внутреннего диаметра колец 0,05 им.

3 .10 формула (4) получена путем подстановки формулы (2) в формулу (3) при r b, Яналогичным путем пдлучаюз азимутальнйе напряжения на внутренней поверхности втулки:

АЕф р

; а" = й" (g у-,ta -Ь На фиг. 2 (кривая 3) изображен характер распределения азимутальных напряжений в теле втулки при ее поверхностном нагреве, Для этого используются уравнения (3), (4) и (5).

Приведенное распределение практически не изменяется с момента Г начала нагрева внутренней поверхности втулки по той. причине, что согласно уравнению (2) разность температур между наружной и внутренней стен" ками с указанного момента времени

Ф остается постоянной (фиг. 3) .

На фиг ° 2 (кривые 1 и 2) представлено также распределение предела текучести материала втулки по ее толщине с учетом температуры каждого слоя. Линия 1 соответствует малому времени нагрева, когда наибольшая температура втулки невысока (меньше о.

400 С) и предел текучести по величине больше, чем азимутальные напряжения, При этом деформация в теле втулки носит упругий характер (линии I и 3 не пересекаются), Линия

2 соответствует более длительному нагреву. Температура втулки увеличивается, Предел текучести уменьшается и в наружных слоях становится меньше азимутальных напряжений, т.е. в этих слоях происходит пластическая деформация сжатия (заштрихованная зона), При последующем охлаждении пластическая деформация в наружных слоях . сохраняется и приводит к образованию там азимутальных напряжений растяжения, которые сжимают и деформируют внутренние слои втулки, Это вызывает уменьшение внутреннего диаметра втулки, т.е. ее усадку.

Величина интенсивности нагрева q выбрана из следующих соображений.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет успешно восстанавливать изношенные детали, ликвидировать брак при изготовлении новых, 10l7462

Фиг.2

1017462

Составитель В,бещеков

Редактор И.Дылын Техред Й.Гергель Корректор И.Коста .Заказ 3441/15 Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раувская наб,, д, 4/5

Филиал ППП "Патент"; r. Ужгород, ул, Проектная, 4