Способ обработки кольцевых длинномерных деталей

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства длинномерных стеблей сверл глубокого сверления. Целью изобретения является снижение энергоемкости и повышение качества деталей. Стебли сверл для глубокого сверления греют до температуры аустенизации с одновременной пластической деформацией, после чего проводят закалку с регламентированной скоростью, которая сопровождается пластической деформацией процесса разделения зоны закалочного охлаждения на дискретные участки с последующим непрерывно-последовательным охлаждением каждого из них, причем деформацию в процессе закалочного охлаждения осуществляют осевым растяжением с усилием, равным 0,9-0,95 предела текучести материала заготовки, а деформацию осевым растяжением в процессе кратковременных нагревов до температуры отпуска 30-50°С осуществляют со степенью деформации, равной степени деформации заготовки при нагреве до температуры аустенизации. Применение способа позволяет значительно повысить качество и снизить энергоемкость процесса. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 А1 (19) (11) (51) 4 С 21 D 8 00

В)ЕСОР

ПЕТЕНТНь TKX

БИБЛИО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯ),- 1

ПРИ ГКНТ СССР

H А ВТОРЫ- ..":)МУ (:ВИДЕХЕЛЬСТЙу (21) 439., 398/-3 0 (22) 27,01.88 (46? 30.11.89, Бюл., 1 4- (71 ) H3учно- проиэнсдсIненн е ОбьГ циНЕНИЕ ПО МЕХаиизации И автоыа Гнэации производства машин для Y Io!i,:.овацства "Технолог" (72) А.К.Херсонск.1й, А..Я I .II o:i, И.С.,11юбаш|евский, Я.И.Мор .и I.ß,ÑóòHH (53) 621 ° 785./9 (088.8) (56) Авторское с IHI7c I. åë I,cтн О сс,Р

)1- 1016378,, к.; С 21 D 8/00 1983.

Ав".Орсксе снидетельciно СССР

1411344 кл. С 21 D 8/00 1987 (54? C!!OOOI OhPAFOTIС1 КОЛЕЦ;.ВЬГ . 9ПИНFIOMEPHblX ПЕ1АЛЕИ (5 ) Изобретсние oi- Осится к ме га;i" л у р Г ни и м О ж е т о 1ò ь,и, с и Ол ь з О на!! О дл;! произнодсч на глин.номерных стеблей сверл глубокого с.нерления. Цель изоб.ретения — снижение энергоемкости и повышение качества дегалей. Стебли

Из о брет ени г oòí оситc я к мет аллурI èè и может быт L,!Oполь зовано при производстве ллинномерн гх стеблей сверл глубокогс снерления.

Це7ь!G изобретения я;;. нет< я снижение энергоемкос rH и повышение каче.ства деталей.

Изобретение илл.острируется следуюшими примерами.

Пример 1. Калиброванную труб,г чатую roHk;o< тенную (G = 0,9 мм) заготовку циаме ром g 9.,5 мм и длиной сверл для глубокого сверления греют до температуры аустенизации с однонремеliHo пластической деформацией, после чего проводят закалку с регламеk.òHðoâ ííoé скоростью, которая со прсвождается пластической деформацией процесса разделения зоны закалочного охлаждения на дискретные участки с последующим непрерывно-последона.ельнь;,! Охлаждением каждого из них, при е. . деформацию н процессе закалочHOIО о:ЛажДЕНИЯ О.УЩЕСтВЛЯЮт ОСЕВЫМ р стяжением с силием, равным 0,90„.9 -. Предела текучести материала заготовки, а деформацию осевым растя:кением н процесcp кратковременных наго рено. до -,åìïåðëòóðû отпуска 30-50 С ссушестнляют со степенью деформации, ранней степени деформации заготовки при нагреве до температуры аустенизапии. Применение способа позволяет

sHa«:.!7- iLHo повысить качество деталей и снизи гь энергоемкость процесса.

1 табл.

1205 мм из стали 30 ХГСА для сверла (10,2 мм нагревают контактным способом н специальном приспособлении до о

870+10 С и одновременно растягивают в осевом направлении до достижения степени деформации 2-5i. .

Приспособление для обработки заготовок выполнено в виде жесткой рамы с размещенными на ней соосно установленными подвижным контактными узлами для нагрева заготовки, при этом подвижный контактный узел снаб1525217 жен пневмоприводом, обеспечивающим наличие и регулировку усилия осевой деформации заготовки, и спрейером для непрерывно-последовательного охлаждения дискретных участков по дли5 не образующей обрабатываемой заготовки.

После достижения вышеуказанных технологических параметров температуры нагрева под закалку и усилия деформации в автоматическом режиме отключает нагрев и переключают пневмопривод приспособления на усилие осевого растяжения, соответствующее 15

0,9-0,95 предела текучести материала при температуре обработки; одновременно с отключением нагрева включают систему спрейерного непрерывно-последовательного охлаждения и производят закалочное охлаждение дискретных участков (th.1=(0,1...0,2)1 заготовки), при этом усилие пневмопривода непрерывно возрастает и достигает предельной величины 0,9-0,95 предела текуче- 25 сти материала заготовки к моменту начала мартенситного превращения. Взаимосвязь скорости закалочного охлаждения дискретных участков заготовки со скоростью увеличения усилия пневмопривода на указанном этапе режима его работы обеспечивает протекание процесса в другой области деформаций вплоть до достижения температуры точки начала мартенситного превращения (М для стали ЗОХГСА 315 С) . При достижении в процессе охлаждения температур ниже точки начала мартенситного превращения в период сверхпластичного состояния материала заготовки, вплоть до достижения температуры окончания мартенситного превращения (период сверхпластичности столь же кратковременен, как и само превращение), под действием осевого усилия, равного 0,9-0,95 предела текучести материала, заготовка практически деформируется, компенсируя как термические, так и объемные напряжения.

Так как мартенситное превращение по длине заготовки происходит не одновременно, а непрерывно-последовательно в отдельных дискретных участках, последовательно расположенных по длине заготовки, то пластическая деформация аналогична бегущей волне", что обеспечивает ей резкое

I снижение уровня макро- и микронапряжений и, в итоге, при относительно малых усилиях деформации, не превышающих предела текучести материала, стабильность структуры и высокую степень точности геометрии относительно оси заготовки, совпадающей с вектором деформации.

Эффект "бегущей волны" позволяет непрерывно-последовательно производить дробную деформацию в последовательно расположенных микрообъемах материала дискретных участков по длине заготовки стебля, что, в итоге, и обеспечивает резкое снижение коробления ее в пределах процесса термообработки по сравнению с деформацией всего объема деформируемой заготовки.

Кратковременная соизмеримая со временем мартенситного превращения деформация с завершением превращения прекращается, так как пластически деформировать образовавшуюся структуру усилием меньше предела текучести материала практически невозможно.

По завершении этапа закалочного охлаждения в автоматическом режиме отключают подачу в спрейер эакалочной жидкости и одновременно производят переключение режима работы пневмопривода приспособления на усилие осевого растяжения закаленной заготовки стебля со степенью деформации 2-5Х при температуре отпуска, а затем осуществляют в автоматическом режиме серию кратковременных энергонасыщенных нагревов (3-5 циклов) до температуры, превышающей температуру отпуска, установленную исходя из конструктивных требований и материала заготовки, на 30-50 С (Т „ 30-50 С) с промежуточным в каждом цикле самопроизвольным под действием окружающей среды (воздуха) охлаждением до комнатной температуры, Время. единовременного нагрева до Т д 30-50 С зависит, прежде всего, от сечения (толщины стенки) заготовки и в каждом конкретном случае устанавливается экспериментально, но не должно превышать 3-8 с, в случае большего интервала времени нагрева избыточная температура (превышение о, температуры отпуска на 30-50 С, необходимое для исключения инерционности системы нагрева) приводит к снижению физико-механических свойс гн материала (снижение твердости) и стабильности результатов, в том числе к разбросу поля допусков на коробленн по длине заготовки. сверхпластичности материала заготовки в процессе мартенситного превращения при наложении схемы осевой деформации заготовки, компенсирующей увеличение объема мартенсита в про.цессе превращения (эта же схема деформации существует в процессе кратковременных энергонасыщенных нагревов под отпуск) окончательный диаметр термообработанного стебля составляет . -Ол%

9,45 мм при начальном диаметре в,oz калиброванной заготовки 9,5 мм.

30

С учетом тяжелых условий работы стебля сверл глубокого сверления, испытывающего в процессе эксплуатации интенсивные предельные нагрузки на износ, скручивание, вибрацию, 40 растяжение и изгиб, стебель должен обладать высокими пределами прочности и упругости, иметь поверхностную твердость в интервале 45-50 HR С (твердость пружин) и повышенную жесткость точностных геометрических пара метров, прямолинейность (отсутствие коробления), чистоту поверхности и т.д.

5 15252

Так как предел текучести материала при комнатной температуре выше, чем при температуре отпуска, пластическую деформацию со степенью 2-5Х осуще5 ствляют лишь при достижении технологической температуры (То „ 30-50 С), причем кратковременно, за время достижения указанной температуры, в процессе же самопроизвольного охлаж— дения каждого цикла после снижения температуры отпуска деформация практически не осуществляется.

По завершении циклического процесса отпуска обработанная заготовка извлекается из приспособления и передается на операции контроля свойств, макроструктуры, геометрических параметров, а в приспособлении закрепляют новую заготовку, и цикл обработки 20 повторяется вновь.

В связи с использованием механизма

17

Пример 2. Калиброванную трубчатую тонкостенную заготовку диаметром 12,5+0,02 мм и длиной 1475 мм из стали 35ХГСА для сверла диаметром 13,2 мм подвергают обработке аналогично примеру 1. Температура начала мартенситного превращения для стали 35ХГСА 305 С, Окончательный диаметр обработанного стебля

12,45-"

Конкретные технологические параметры заготовки стебля, режимов обработки, приведенных в примерах 1 и 2, и результаты исследований показаны в таблице.

Как следует из таблицы, применение предложенного способа более эффективно по сравнению с известным: снижается энергоемкость до 5 раз, значительно улучшаются физико-механические характеристики материала заготовки (на 15-253) и снижается коробление до величины в 1,5-2,0 раза ниже до пустимой.

Формула изобретения

Способ обработки кольцевых длинномерных деталей, включающий нагрев заготовки до температуры аустениэации при растяжении заготовки с степенью деформации 2-5Х закалку, совмещенную с пластической деформацией, и отпуск, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости и повышения качества деталей, закалку осуществляют последовательным охлаждением дискретных участков длиной 0,1- 0,2 длины заготовки, при этом пластичес-, кую деформацию производят осевым растяжением усилием 0,9-0,95 предела текучести материала заготовки, а отпуск проводят путем циклических нагревов до достижения в каждом цикле температуры, превышающей на 30-50 С температуру отпуска, и совмещают его с осевым растяжением заготовки со степенью деформации 2-5Х.

1525217

i» и о а

Е

1 О

Э О

C 9

I о !

0 и ооо ооо о иВу

1 1 1 о х

«"

«4

У х о

hC о

1 а

Э O

0Т & иаи с1 «г л а

«и

cd а

»о

1-0 о о о

«Ч «Ч «Ч

А а, 1

X о

1 о х

«» х х й4 5и

О Эdj а0 Е=

I о и

o o

«4 X л

«0

«»

«0

1 х 1 ц и

1 х и

o о л= л

3 1 е

«0 «4 а а

Э»V ц «.0 о о о о о о аиа

1 а, Э О

k( о

И

Щ х и л л

«0 а

Ф

«б а

»è о ооо л л лСО СО 00

1 о х

1 Х О х

О Э а ц

«Ч

Ю а 1 В о о о

X х а

X о

I х

Gj

«»

Г ) «Ч

«Ч

Ю о

Ц о

О1 Ch CCc

Ю о о о

Ch CCc

Ф ° оо

Ch Ch Ch

Ю Ю о o o

II

I

1 олл о о о

«Ч «Ч л л л о о о

«Ч «Ч «Ч

«л л

» и л л л

«Г\

A с 1

Х

« о

A A Ю

Ch Ch Oi

О 1

В A

СЛ О\ л л л

«Ч «Ч л

«Ч н 5 о. и о

1 ОIg «

» «» М

cd

«0

Е

>х

O х

I Х х v

dj Э

I а и л а

00 00 л

1 !

° e 1 х 1 ) «» I

Р 1 о и а о л

° О

О

«

>4 1 а

С ) I

Э а

o o

1 «0

I Х

< и

«-»

Ф

М

O=

H 1

«-»

1 1

О

1 1

Э

М

Д=!

cd О

1 1 а

Н 1 1

cd сО

» 1 а

1 о

«»

1

«0 о о ! Э й(«0 сО о о

1 и, х

М о

«О, 1 щ 1

p, I

«О . 1 о

«0 I о

Э

3 а

Э I

I !

cd а д 1

cd

Ц

cd х а

Э

1 с4

X х х

14 о

l о

0 а

Э

cd а

cd

Э х

Х и

Э

У х х

««! с

Е

1 о

Х х

Ь Ч Ь Ч««ЧЬ ЧЬ !ДЬ, Е о о o o o о о o o Ь о о !

1 1 I 1 1 и ю ф о с«л

A Ю A л Ф

О 00 Π— « л — ф ф 00 00 о о о о

«Ч СЧ СЧ СЧ 1 1

1 1 I 1 1 1 1! I I 1 I I

I

I! I 1 1 1 I

СЧ «С1 СЧ СЧ Е

О О О О О О л ф л л с ф ф ф 00 00 00 00

1 л ° I ° Ь

О О О О О О

00 ф ф О О О

«Ч «Ч «Ч «» Р Ъ Г \

И Л LA О О О

00 00 СО Ф Ch Ф

1525217

I î и о

У

Э о о о о о о л с ) с» с 1 ооо оoo

° ° Ф ооо с 1

C)

Ю

Ю о х х г, 1 1 I о и

I 1 I

1 I +

Q)

1 Х о х а э о

М и3 сl) л о- л

Ф ооо

1 1 а 1э и и

Са ОСУ

1 I» ЦХ

>х о

Ф и

C»I Сс\ С») 1 о

Э 4

tf

1 Э O а д х u

X с 4 о

1 ) 4 исч о сО 00 л

1 о х

1 а3 оа

И 0(И с4

X в с1-Ь 4! и У1 х х

1 аэ а

1 Е Ц И л л о cn m о с л

Г Т

° Э

Р3

Э QJ

° 1и са 0 сс» о о о

СО 00 00

Ц о

Ц о а

1»

° » ° °

»0 Э а

V 4

О са Э ххах о

Щ ° с:» °

У E оуц

1 с с6

У

У и

Е

C) 00

1 са

0 х а э e o х е

QJ

1» и

Х сс и л ло лло

1 1»

1 X

1 OJ са а

Ръ и

Э 0 а ооо

00 00 СО

» со о и о

1 и

X

a и а о

I Э И с cd

Э 3

1 I I,0 О г э а сО 1 !» Э

x x с»1 о х

1 1- сб о х

Э I

K ц I о ц 1 о

4 о х са

E о

Э а

ЧЭ 1 о

»х х х к са Ц о э

Ц Е» э и

Ц и

J х

У о

1 1 о

1 У

1 J

Р) 1

Х 1 I

Э 1 са х а о а

У 1 Э а

1 х

У и

Э

0 са х»»

Э х

1 о

У

r х

О сч ао о о о л о л о л л

1 I 1 I !

I 1 1 1 1

I . I 1 I 1 I и л

С»1 СМ C»1 CV C»I C»I

В»» в Ю Ю

О О О О О О л о а о о л о л л а

В СП 00 В В В с! - со л сЧ с1

1

С4 О1 сс1 »- . 1 ф Л О 01 О с1 а 00 сЪ W 00 сч rs л сч

О О О О О О

° c»»1 Yl c»1 с 1 1

Ф Ю сс1 Ф сс1 Ф 1