Способ механической обработки изделий

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке наружных поверхностей длинномерных деталей с круглым и некруглым (фасонным) поперечным сечением, величина которого постоянна или переменна по длине. Цель изобретения - повышение качества обработки изделий за счет одновременной правки мелкои крупнопериодной кривизны, удаления переупрочненных вершин выступов рельефа и окисной пленки. Способ механической обработки изделий включает возвратно-поступательные перемещения инструмента относительно продольной оси обрабатываемого изделия с согласованием параметров его осевой подачи и перемещений инструмента. Пластическое деформирование изделия осуществляют по меньшей мере два раза во взаимно перпендикулярных направлениях в условиях трения скольжения. Количество инструментов выбирают не менее двух, а их плоскости симметрии располагают перпендикулярно друг другу, причем перемещение инструментов осуществляют с частотами перемещений, длинами ходов, длинами контактных зон, соответственно кратными между собой. Осевую подачу изделия периодически изменяют в процессе обработки на 5-20% по отношению к его исходной величине с частотой, кратной частоте перемещения инструментов. Это позволяет повысить однородность обработки изделий по длине и периметру. 2 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1563955 (51)5 В 24 В 39/00 гг0Р:".;, ВШПП:: ;,, „ ;: „, .ц .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4452546/31-27 (22) 01.07.88 (46) 15.05.90. Бюл. № 18 (71) -Днепропетровский металлургический институт (72) М. А. Эсаулов, В. 5. Кириченко, Л. Н. Кац, Ф. Е. Вайсман, А. И. Фельдман, Ю. П. Карпенко, В. Н. Данченко, А. П. Осьмуха, Г. В. Мишин, Е. Г. Алексеенко и А. А. Заяц (53) 621.923.77 (088.8) (56) Авторское с виде тел ьство СС С P № 937131, кл. В 24 В 39/00, 1978. (54) СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке наружных поверхностей длинномерных деталей с круглым и некруглым (фасонным) поперечным сечением, величина которого постоянна или переменна по длине.

Цель изобретения — повышение качества изделий обработки за счет одновременной правки мелко- и крупнопериодной кривизны, Изобретение относится к машиностроению, может использоваться при механической обработке длинномерных деталей, а именно труб и валов, методами поверхностного пластического деформирования или ударнорежущего воздействия, абразивной обработки.

Цель изобретения — повышение качества обработки за счет одновременной правки мелко- и крупнопериодной кривизны, удаления переупрочненных вершин выступов рельефа и окисной пленки.

На фиг. 1 показана схема механической обработки нежестких труб и валов; на удаления переупрочненных вершин выступов рельефа и окисной пленки. Способ механической обработки изделий включает возвратно-поступательные перемещения инструмента относительно продольной оси обрабатываемого изделия с согласованием параметров его осевой подачи и перемещений инструмента. Пластическое деформирование изделия осуществляют по меньшей мере два раза во взаимно перпендикулярных направлениях в условиях трения скольжения. Количество инструментов выбирают не менее двух, а их плоскости симметрии располагают перпендикулярно друг другу, причем перемещение инструментов осуществляют с частотами перемещений, длинами ходов, длинами контактных зон, соответственно кратными между собой. Осевую подачу изделия периодически изменяют в процессе обработки на 5 — 20% по отношению к его исходной величине с частотой, кратной частоте перемещения инструментов. Это позволяет повысить однородность обработки изделий по длине и периметру. 2 з п. ф лы, 2 ил., 1 табл. фиг. 2 — конструктивная реализация способа в производственных условиях.

Трубу (или вал) 1 длиной L и диаметром D перемещают со скоростью У„воздействуя на нее осевой растягивающей силой Р„, а последовательные инструменты 2 и 3 совершают возвратно-поступательные перемещения с числами двойных ходов (частотами) соответственно Al u fly. Пластическое деформирование осуществляют по меньшей мере два раза во взаимно перпендикулярных направлениях.

Инструмент 2 состоит из двух симметричных относительно вертикальной плоскос1563955

3 ти Х, элементов или имеющих одинаковую длину зон контакта 1.г, имеющий длину хода Йг.

Инструмент 3 также состоит из двух симметричных относительно горизонтальной плоскости Н, элементов-плит, имеющих одинаковую длину зон контакта lз и длину хода Ьз. На контактных поверхностях инструментов выполнены по всей их длине ручьевые врезы, так что диаметр зазора калибра (DI,) составленный этими ручьями, превышает диаметр трубы D на 10 — 25Я.

Со стороны обеих половин инструмента 2 действуют нормальные по отношению к плоскости Х, силы Р„, а стороны инструмента 3 — силы Р„нормальные к плоскости Х„. Силы Р„, P„, Р„действующие в направлении одноименных осей координат (Х, Y, Z), определяют также направление действия соответствующих напряжений растягивающего о„и сжимающих а, и о,.

Труба 1 подается через ручьевые калибры инструментов 2 и 3, а усилия прижима плит

Р„и Р, после этого задаются и регулируются нажимными винтами на каждой паре плит. Передний конец трубы 1 зажимается во вставке 4 патрона 5. Инструменты 2 и 3 установлены на тележках, имеющих опоры скольжения либо качения, и перемещаются по направляющим.

Трубу 1 силой Р„перемещают посредством тележки 6, на которой расположен патрон 5. Тележку 6 перемещают в осевом направлении с помощью троса 7, который постепенно наматывают на барабан 8, вращаемый от индивидуального привода со скоростью V< . Для регулирования натяжения троса используют натяжной ролик 9. Диаметр барабана 8 в 1,5 — 2,2 раза меньше диаметра кривошипного диска 10, осуществляющего через шатун 11 перемещение пары инструментов 2 и 3 относительно трубы 1.

Для перекрытия зон обработки по периметру горизонтальные 2 и вертикальные 3 пары плит установлены последовательно с зазором между ними по длине 25—

35 мм, который выбран из условия перекрытия крупнопериодной кривизны обеими парами плит.

Скорость (V„) осевой подачи трубы 1 является неравномерной, периодически изменяемой с амплитудой 2 — 5О и частотой, кратной угловой частоте вращения барабана 8. Это достигается, например, применением барабана с многогранным поперечным сечением.

Частота колебания ю„ усилия натяжения

Р„ трубы 1 выбрана кратной частоте вращения кривошипного диска 10, а следовательно, частотам возвратно-поступательных перемещений инструментов 2 и 3. Инструменты 2 и 3 содержат вдоль их осей симметричные радиусные углубления (причем радиусы могут быть одинаковыми, а глубина

4 каждого ручья разная), так что диаметр калибра (D>), образованного этими ручьями, составляет 1,1 — 1,25 диаметра обрабатываемой трубы (D ) .

Инструменты 2 и 3 производят при обработке одновременно ударно-режущее воздействие и удаление вершин выступов шероховатостей рельефа. Одновременно с абразивно-режущим удалением вершин переупрочненных выступов инструмент 2 и 3 производит поверхностно-пластическое деформирование, создавая в поверхностном слое сжимающее напряжение. И, наконец, происходит исправление мелко- и крупнопериодной кривизны обрабатываемой трубы или вала за счет как сил нормального давления Р„ и Р, инструментов, так и дополнительной растягивающей силы P„, переменной по длине хода инструментов, действующей между самими инструментами 2 и 3. Переменность этой силы Р„ в различных точках длины хода определяется различными значениями скоростей инструментов 2 и 3, величиной сил упругости их продольного соединения. Величины чисел ходов инструментов 2 и 3, усилий прижима Р, и Р„, упругой связи между инструментами, усилия дополнительного растяжения P„i является регулируемыми в зависимости от параметров обрабатываемой трубы (или вала) 1. Величину усилий прижима Р„и Р, регулируют от 5 — 12 кг (для особотонкостенных труб) до 65 — 85 кг для труб (и валов) больших диаметров с большей толщиной стенки.

Функции воздействия на поверхность трубы 1 могут быть разделены между последовательными инструментами. Ближайший к переднему концу трубы инструмент оказывает абразивно-режущее воздействие на поверхность, а последующий — упругопластическое ППД. Значение сил Р„и Р, будут при этом существенно (в 1,5 — 2,5 раза) отличаться между собой. Труба 1 может обрабатываться инструментами 2 и 3 в один или несколько проходов. В каждом последующем проходе трубу 1 задают в зону обработки противоположным концом. Соотношение усилий прижима P и Р, во втором (чистовом) проходе может быть отличным от первого прохода.

Способ механической обработки предназначен для труднообрабатываемых известными способами (1 — 5) тонкостенных труб из вязких нержавеющих марок сталей при подготовке этих труб к последующим технологическим операциям: правки, шлифовки, холодной прокатки, отделки или как чистовая (финишная) операция.

Предложенный способ позволяет избавиться от наружного сплошного упрочненного слоя окисной пленки, который полностью не удаляется при правке, абразивной обработке (шлифовке) и других операциях.

В процессе правки без использования предложенного способа имеет место вкатывание, 1563955

Форму,га изобретения

5 вдавливание в поверхность особотонкостенной трубы переупрочненных выступающих частичек вершин выступов и пленки, имеющих большую твердость, чем основной металл.

При абразивной обработке (шлифование кругами, лентами или струей абразивной суспензии) без применения указанного способа получение качественных труб невозможно из-за повышенной (мелкой и крупнопериодной) кривизны, которая приводит к неравномерному съему пленки и повреждению основного металла.

Для устранения пленки во впадинах (в случае волнистости, обусловленной способом производства трубы на стане ХПТ или

ХПТР) продольный профиль желобов-ручьев по их гребням может быть выполнен выпуклым или выпукло-вогнутым, с радиусами продольной кривизны меньшими или равными радиусам кривизны во впадинах.

Выполнение инструментов 2 и 3 из материалов различной жесткости (сталь, алюминиевые сплавы, фторопласт, полиуретан и др.) обеспечивает также дополнительные вертикальные перемещения инструментов за счет сил упругости.

Предложенный способ механической обработки обеспечивает одновременную комплексную комбинированную обработку, содержащую элементы правки, абразивной обработки и ППД. Указанная комбинированная обработка высокопроизводительна и заменяет несколько отдельных технологических операций отделки труб, которые сами не могут обеспечить требуемого результата.

Новые показатели качества, не достижимые в других известных операциях, а также высокая производительность обеспечивают технологическую эффективность предложенного способа.

Пример. Трубы тонкостенные и со средней толщиной стенки диаметром 12 — 95 мм и длиной 1,5 — 4,5 м перемещали со скоростями 0,95 — 1,5 м/мин, прикладывая к ним исходные усилия растяжения 80 — 450 кг. Инструменты, совершавшие возвратно-поступательные перемещения с частотой (числом двойных ходов в минуту) 50 — 100, длиной хода 350 — 750 мм, приводились от общего кривошипно-шатунного механизма. Длину хода каждого инструмента выбирали в зависимости от заданных условий обработки, регулируя радиус кривошипа и длину шатуна. Длины зон обработки составляли для различных сталей и диаметров 70 — 180 мм. 50

Значения частот перемещений, длин ходов и длин зон обработки выбирали кратными или равными между собой.

Усилия осевой подачи (осевое усилие растяжения трубы) периодически изменяли в процессе обработки на 5 — 20Я по от- 55 ношению к исходному с частотой, кратной (равной) частоте перемещений инструмента.

Усилия прижима последовательных инстру6 ментов выбирались как одинаковыми, так и различными и находились в пределах 5—

80 кг, что обеспечивало требуемые условия обработки.

Отдельные трубы обрабатывали в два прохода, задавая их в зону обработки во втором npoxoz .. противоположным концом. После второго прохода качество существенно улучшалось. Доля труб, обрабатывакйцихся в два прохода, составляла 12 — 22О от величины партии. В качестве обрабатываемых изделий были взяты трубы из нержавеющих конструкционных и инструментальных сталей, а также оправки станов ХПТР.

Основные технологические параметры режимов обработки, опробованных в производственных условиях на опытно-промышленной установке, представлены в таблице.

Эффективность предложенного способа механической обработки определяется ее комбинированным воздействием на обрабатываемые изделия, что существенно повышает выход годного и снижает себестоимость труб по сравнению с обработкой традиционными методами.

Важным преимуществом способа является также стабильность температурного режима обработки, а также возможность его поддержания в сравнительно узких пределах. Существенным технологическим преимуществом способа является возможность регулирования однородности распределения остаточных напряжений по периметру и длине вследствие благоприятного распределения остаточных напряжений.

1. Способ механической обработки изделий, при котором осуществляют осевую подачу н возвратно-поступательные перемещения инструмента относительно продольной оси изделия с пластическим деформированием, причем указанные перемещения и подачу в осевом направлении согласуют между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки изделий за счет одновременной правки мелкои крупнопериодной кривизны, удаления переупрочненных вершин выступов рельефа и окисной пленки, пластическое деформирование изделия осуществляют два раза во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом количество инструментов выбирают не менее двух пар, а плоскости их симметрии располагают перпендикулярно одна другой, причем перемещение инструментов осуществляют с частотами перемещений, длинами ходов и длинами контактных зон, соответственно кратными одна другой, усилие при подаче в осевом направлении периодически изменяют на 5 — 20Я по отношению к исходной величине с частотой, кратной частоте перемещений инструментов.

1563955

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что обработку осуществляют с одинаковой длиной ходов инструментов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку осуществляют с одинаковой частотой перемещений инструментов.

Марка стали или сплава

Средняя длина

Нар ужный диа

Усилие прижима инстр умента, кг

Осевое усилие изделия кг коость емя раизде— метр из движе— тки, н, лия мм

1 д елия, мм, D ния из ели я, /ми н

Продолжение таблицы

Диаметры калибров инструментов мм

Частота перемещения инстр умента об/ми н

Длины ходов и истр умент ов, мм

Длины контакных зон ин трументов,мм

Марка стали или сплава

1-2

D1 D

h 1„

11 12 13 14 15 16

70 22 24

100 13 13,5

95 100 105

100 36 38

140 60 61

170 69 67

180 85 83

75 45 47

120 28 30

50 50 450 450 70

100 100 380 380 100

90 90 400 400 95

80 80 375 375 110

70 70 500 500 70

50 100 500 500 85

75 75 400 400 90

70 70 600 600 150

65 65 750 750 120

Х18Н9Т

Х18Н 1 ОТ

Сталь 45

4 2X5NA

ЗОХГСА

12Х18Н10Т

ШХ-15

55ХФА в Х13

Х18Н9Т

Х18Н10Т

Сталь 45

1 2Х5МА

ЗОХГСА

12Х18Н10Т

111Х-1 5

55ХФА в Х13

2,5 20

2,8 12

4,5 95

2,6 32

2,9 54

3,27 60

3,3 76

1,5 40

4,2 25

1,25 2

1,4 2

0,95 4,7

1,3 2

1,45 2

1,09 3

1,1 3

1,5 2

1, 25 3,65

10 15

5 10

65 75

35 38

60 80

80 80

65 65

50 50

70 65

148

418

258

328

ФЬ2. 2

Составитель С. Чук аева

Редактор В. Ковтун Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец

Заказ 1127 Тираж 610 Поди и сное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 7K — 35, Раушская наб., a. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, у.ë. Гагарина, 101