CC BY
19
УДК 621.923
А. П. Гавриш
ТЕРМОМЕХАН1ЧНА ОБРОБКА ВНУТР1ШН1Х ЦИЛ1НДРИЧНИХ ПОВЕРХОНЬ ДЕТАЛЕЙ СТАЛЕВИМИ
Щ1ТКАМИ
Наведен1 результати анал1зу технолог1чних можливостей р1зних метод1в очисно -зм1цню-ючо1' обробки. Показано, що високу як1сть поверхн1 забезпечуе термомехан1чна обробка сталевими щ1тками з гнучкими робочими елементами. Представлен\ ориг1нальн1 конст-рукцИ пристров для технолог1чних процесв.
Постановка проблеми та и зв'язок з прак-тичними задачами
У сучасному машинобудуванн широке розпов-сюдження набули методи очисно-змiцнюючоí обробки (ПОЗО) деталей вщ поверхневоТ корозп, ли-варного пригару, шарiв технологiчного бруду i за-лишкв староТ фарби. Необхiднiсть зняття з повер-хонь деталей шару корози утворюють умови для формування залишкових напружень, якi у випад-ках обробки вщповщальних деталей можуть ство-рити умови для виникнення мiкротрiщин i, навiть, руйнацп деталей при Тх експлуатаци. Особливо важ-ливим це питання е при обробц високолегованих сталей типу 38ХН3МФА, 42Х3Н3СМФРУ, 35СХН2М i 30Н4МФД.
У лiтературi е багато публiкацiй з питань ПОЗО [1-7]. Але, на жаль, дослщженням ПОЗО внутршнх цилiндричних поверхонь з дiаметром отвору 40-100 мм i обробки високолегованих матерiалiв практично нiхто не займався. Це обумовило появу у ви-робницт рiзних за характеристиками процесiв ПОЗО, яю у бтьшост своТй е далеко не оптималь-ними, i найчастiше призначенi для забезпечення окремих, хоча нерiдко i складних, Ыженерно-техн-iчних завдань.
Тому всебiчне дослщження очисно-змщнюючоТ обробки внутрiшнiх цилiндричних та криволУйних поверхонь е актуальним питанням, виршення яко-го мае не тльки наукове, але й, що не менш важ-ливо, практичне значення.
Мета дослiджень
Метою статт е вивчення цiлеспрямованого i ефективного впливу технолопчних факторiв на яксть оброблення методами ПОЗО отворiв деталей з дiаметром 40-100 мм.
Дослщження у цьому напрямку виконувались у рамках науково-дослщноТ роботи "Розробка техно-логiй i обладнання для об'емного змцнення виробiв методом термомеханчноТ обробки" (Державнi нау-ково-технiчнi програми 05,43, 04,04 ДКНТ та МЫна-уки УкраТни за 1994-97 рр.).
Змiст та результати дослiджень
В сучаснй iнженернiй практицi, у зв'язку iз знач-ною трудомiсткiстю та вщсутнютю простих за кон-струкцею iнструментiв та високоефективних спо-собiв, очищування внутрiшнiх цилiндричних i кри-волiнiйних поверхонь вiд старого лакофарбового покриття i тонкого корозiйного шару придтяеться недостатня увага. У бтьшост випадкiв на вироб-ництвi застосовують традицiйнi методи поверхневоТ обробки (пюко- i шротометна, пiско- i шротост-руменева, гiдропiскоструменева тощо), як е ма-лоефективними для внутршых поверхонь виробiв у зв'язку з складнстю проникнення до них бтьшост елементв очищування i втратою ними значноТ початково отриманоТ кнетичноТ енерги.
Застосування для обробки поверхонь даного виду процесу поверхнево очисно-змщнюючоТ обробки (ПОЗО) методом термомеханчного очищен-ня (ТМО) дисковими сталевими щггками (ДСЩ) з гнучкими робочими елементами (ГРЕ) пов'язане з певними труднощами, ^ в першу чергу, з необхд нiстю перiодичного виникнення електродугового розряду, що у випадку застосування поштрених конструкцй ДСЩ неможливо, оскльки у процесi обертання Ыструменту перiодичне (на входi i ви-ходi секци) виникнення дугового розряду не вщбу-ваеться, адже частина ГРЕ струмопровщних секцiй ДСЩ постйно знаходитиметься в контактi з повер-хнею обробки, виконуючи функцiю, провщникв електроструму.
Для ТМО внутрiшнiх поверхонь, за умови пд'еднання змiнного. електроструму до ДСЩ та поверхн оброблення, застосовують рiзнi засоби стаблзацп дугового розряду, як вмонтован в трансформатор, так i автономнi, що при необхiдностi пiд'еднуються до зварювального трансформатора.
Для ефективного процесу ПОЗО ТМО внутршнх цилЫдричних поверхонь необхщна перiодична подача струму до ГРЕ струмопровщних секцй ДСЩ, для чого рекомендуеться застосовувати розробле-ний в Ыститут електрозварювання iм. £.О. Патона АН УкраТни трансформатор "Розряд-250" мод. 1-120УЗ з вмонтованим iмпульсним стабiлiзатором [8],
© А. П. Гавриш 2006 г. - 116 -
який iз змЫою полярност вiдносно дугового про-мiжку прокпадае двополярний iмпульс напруги, що дозволяе пiдтримувати плазму мжелектродного промiжку та здiйснювати швидку змЫу попярностi (тобто, зменшувати час, що минае в перюд горiння дуги), тим самим полегшуючи повторне спалахуван-ня електродугового розряду.
Стабiпiзуючi iмпульси можуть подаватись або один раз за перюд (частота стаблзуючих iмпульсiв 50 Гц), або внаспiдок кожноТ змiни попярностi (-100 Гц), як з прямот на зворотню, так i навпаки. Головне те, що чим вища частота стаб^зуючих iмпульсiв та вiрно вибраний момент Тх подачi, тим стабтьы-ша дуга i нижчою може бути напруга холостого ходу трансформатора.
Основы технчн характеристики зварювально-
го "Розряд-250" мод. 1-120УЗ [8]:
Номiнальний електрострум, А...........................170
Перюд включення, %...........................................20
Дiапазoн регулювання робочим струмом, А 45...170
Номинальна вторинна напруга, В....................... 30
Напруга холостого ходу, 3....................................60
Потужнють, кВт....................................................14
К К Д..........................................................................0,69
Частота виникнення стаблзуючих iмпульсiв, Гц ... 100
Застосування запропонованого трансформатора забезпечуе стабтьнють горЫня дугового розряду у процес ТМО, а, вщповщно, й ефективне теплове руйнування поверхневого корозшного шару.
Але поряд з цим даному процесу обробки влас-тиве i поверхневе змщнювання матерiапу виробу, тому необхiдно розробити Ыструмент, робота якого поеднуе термiчнi i механiчнi впливи на поверхню.
Для усунення вказаного недопiку був розроб-лений пристрiй для оброблення внутршых та кри-вопiнiйних поверхонь [9], що складаеться з корпусу 1 (рис. 1) та двох бокових фланцв 2, мiж якими колом закртлеы струмопровiднi секци 3, якi чергу-ються з iзольованими вiд контакту з електростру-мом жорсткими ударними елементами ЖРЕ 4 та касетами 5 ГРЕ для механчного очищування.
Кожен ударний елемент 4 виконаний у вигпядi цилЫдра iз зубцями 6 на зовншнм бiчнiй поверхнi i встановлений на ос 7 ексцентрично з можливютю обертання. Крiм того, в кожному елемент 4 вико-нана одна ексцентрична вщносно його ос 7 порож-нина, закрита кришкою 8 i частково заповнена ме-талевими кульками 9.
Принцип роботи пристрою полягае в тому, що при його обертанн жорстк ударн елементи 4 про-вертаються пд дiею вщцентровот сили центрами мас назовн, а металевi кульки 9 притискуються цiею силою до найбтьш вщдаленоТ вiд осi обертання поверхн порожнини. У процесi контактуван-ня з поверхнею обробки елемент 4 здмснюе удар i, пересилюючи вiдцентрову силу, прокручуеться на ос 7 у напрямi, протилежному напряму обер-
тання корпусу 1. Кульки 9, спвударяючись м1ж собою, демпфують ударн1 зусилля в1с1 7, а гарто-ван1 зубц1 6 здмснюють руйнування короз1йного шару з одночасним динам1чним зм1цнюванням внутр1шньоТ криволУйноТ поверхн.
Рис. 1. Пристр1й для сум1щеного очисно-зм1цнюючого оброблення внутр1шн1х кривол1н1йних поверхонь за допомогою процесу ТМО
Ефективнють роботи даного пристрою пдтвер-джена експериментально у процес обробки отвор1в 0 80 мм i глибиною 3200 мм (матер1ал - сталь 38ХН3МФА), поверхня якого була вкрита частково ливарним пригаром (товщина шару - 3,5 мм) та шаром крихкоТ 1рж1 - (1,8...2,5) мм. Струмопров1дн1 секци виготовлен1 з ГРЕ (d = 0,8...1,0 мм), а секци очищування - з стал1 марки 65Г (d = 0,1...0,15 мм) з в1льним вильотом вщносно корпусу пристрою l = 18 мм. За умови попереднього встановлення тех-нолопчних режим1в обробки швидксть щ1тки Ущ= 13,57 м/с; подача детал1 S = 5 м/хв; сила струму I = 70 А; попереднй натяг щ1тки t = 0,07 м), проведе-не цтковите очищування поверхн1 в1д корозмних нашарувань з одночасним формуванням шорст-кост1 поверхн1 основного Ra = (24...37) мкм [10].
Наведена конструкця очисно-зм1цнюючого пристрою та обладнання призначена в бтьшост ви-
падкв для обробки незначних за роз|Мрами ^а-метром вщ 45 до 100 мм) цилЫдричних або криво-лшшних поверхонь. Для оброблення внутрiшнiх поверхонь бтьших розмiрiв слiд використовувати конструкци ДСЩ для ТМО, аналогiчних оброблен-ню листового прокату.
Безумовно, цкавим як з науковоТ, так i з практично! точок зору, е дослiдження впливу режимiв
Таблиця 1 - Залежнють шорсткостi поверхонь виливок вщ швидкостi обертання комбЫованого iнстру-менту
№ п/п Швидюсть руху ютрументу V, м/с Параметр шорсткосп Ка, мкм
Матер1ал
38ХН3МФА 42Х3Н3СМФРУ 35СХН2М 30Н4МФД
1 10 0,542 0,561 0,535 0,537
2 15 0,613 0,623 0,601 0,612
3 20 0,687 0,693 0,653 0,667
4 25 0,752 0,782 0,724 0,735
5 30 0,811 0,845 0,799 0,786
Повздовжня подача 2-10 м/хв.; Глибина натягу - 0,05-0,10 мм; Сила струму - 50 А; Д1аметр сталевого ворсу - 0,05-0,1 мм
Таблиця 2 - Залежнють шорсткост поверхонь виливок вщ повздовжньоТ подачi комбiнованого iнстру-менту
№ п/п Повздовжня Параметр шорсткост Ка, мкм
подача Матер1ал
5, м/хв. 38ХН3МФА 42Х3Н3СМФРУ 35СХН2М 30Н4МФД
1 2 0,545 0,565 0,540 0,547
2 5 0,610 0,625 0,631 0,645
3 10 0,710 0,730 0,740 0,753
Швидк1сть Ыструменту - 10 м/с; Глибина натягу - 0,05-0,10 мм; Сила струму - 50 А; Д1аметр сталевого ворсу - 0,05-0,1 мм
Таблиця 3 - Залежнють шорсткост поверхонь виливок вщ глибини натягу комбЫованого Ыструменту
№ п/п Глибина натягу, /, мм Параметр шорсткосп Ка, мкм
Матер1ал
38ХН3МФА 42Х3Н3СМФРУ 35СХН2М 30Н4МФД
1 0,05 0,547 0,560 0,530 0,532
2 0,07 0,555 0,572 0,545 0,630
3 0,10 0,581 0,695 0,730 0,745
Швидксть 1нструменту - 15 м/с; Повздовжня подача - 5 м/хв.; Сила струму - 50 А; Д1аметр сталевого ворсу - 0,05-0,1 мм
Таблиця 4 - Залежнють шорсткост поверхонь виливок вщ сили струму
№ п/п Сила струму I, А Параметр шорсткосп Ка, мкм
Матер1ал
38ХН3МФА 42Х3Н3СМФРУ 35СХН2М 30Н4МФД
1 50 0,548 0,565 0,570 0,555
2 60 0,570 0,575 0,585 0,650
3 70 0,610 0,685 0,710 0,758
Ш видксть Ыструменту - 20 м/с; Повздовжня подача - 5 м/хв.; Глибина натягу - 0,07 мм; Д1аметр сталевого ворсу - 0,1 мм
Таблиця 5 - Залежнють шорсткост поверхонь виливок вщ дiаметру ворсу сталево! щггки
№ п/п Д1аметр ворсу, 0, мм Параметр шорсткосп Ка, мкм
Матер1ал
38ХН3МФА 42Х3Н3СМФРУ 35СХН2М 30Н4МФД
1 0,01 0,545 0,562 0,575 0,580
2 0,03 0,587 0,595 0,610 0,625
3 0,05 0,620 0,640 0,680 0,690
4 0,10 0,680 0,715 0,790 0,810
5 0,25 0,910 0,930 0,945 0,950
Швидк1сть 1нструменту - 15 м/с; Повздовжня подача - 2 м/хв.; Глибина натягу - 0,07 мм; Сила струму - 50 А
ПОЗО ТМО на якють очищення поверхонь виливок з отворами, починаючи з 0 40 мм i бтьше з довжиною отвору 1000-3500 мм iз високолегова-них сталей 38ХН3МФА, 42Х3Н3СМФРУ, 35СХН2М i 30Н4МФД.
Результати дослщжень наведен у табл. 1-5.
Аналiз наведених даних показуе, що при ТМО яксть поверхн, зокрема параметр шорсткосл Ra, залежить вiд режимних фактов оброблення. Для Bcix марок високолегованих сталей показник Ra суттево зростае з пiдвищенням швидкостi обертан-ня сталевих щггок n, повздовжньо''' подачi S, гли-бини натягу ^зання) t, сили струму I та дiаметру сталевого ворсу щiтки. Най-бтьший вплив на параметр Ra мае швидксть рiзiння n та сила струму I.
Це пояснюеться зростанням перерiзу az мiкро-стружки, що знмаеться з поверхнi оброблення по-одиноким ворсом, а також зростанням у зон рiзан-ня миттевих контактних температур внаслщок збiльшення впливу мiкроелектричних розрядiв, якi утворюються на кнцях сталевого ворсу iнструмен-ту.
Звертае увагу на себе та обставина, що з по-явою у складi лiгатур сплавiв ванадiю у всх ви-падках вiдмiчено деяке зниження параметру шор-сткостi поверхн оброблення Ra. Це може бути пояснено лльки тим, що ц сплави мають дещо кращi показники оброблюемостi методами механчно''' обробки рiзанням, що вiдповiдно покращуе умови стружкоутворення, сприяе зменшенню питомних сил рiзання у зонi контакту сталевого ворсу з де-таллю, що забезпечуе, так би мовити, бтьш плав-ну i легку обробку поверхн.
Висновки та перспективи подальших дослн джень
1. Розповсюдженi методи очищування внутрiшнiх поверхонь деталей вщ шару ливарного пригару, пюку та шлаку за допомогою пюко- i шро-тометно''', пiско- i шротоструменево'1' та пдро-пюко-струменево''' обробки не забезпечують необхщно'т якостi поверхн виливок перед нанесенням на них лакофарбового покриття.
2. Достатню якють поверхнi забезпечуе термо-механiчна обробка сталевими щггками з гнучкими робочими елементами.
3. Запропонован оригiнальнi конструкцп пристро'в i режими обробки, яю при використанн 'х у вщповщ-них технологiчних процесах забезпечують вимоги високо' якостi очищення поверхонь.
4. Перспективними е дослщження впливу режимних фактов термомеханчно'т' обробки на па-раметри продуктивностi та собiвартостi технолопч-них операцiй очищення, а також розширення но-менклатури матерiалiв, що обробляються.
Список литературы
1. Пуховский Е.С., Гавриш А.П., Грищенко Е.Ю. Обработка высокопрочных материалов. Китв: Технiка, 1983. - 134 с.
2. Афтаназiв 1.С., Киричок П.О., Мельничук П.П. Пдвищення надiйностi деталей машин поверх-невим пластичним деформуванням. Житомир, вид. Житом. ^.-технол. Ы-ту, 2001. - 516 с.
3. Гавриш А.П., Киричок П.О., Пдберезний М.П. ЗмЩнення металевих поверхонь деталей машин та механiзмiв. Китв: Наукова думка, 1995.
- 176 с.
4. Киричок П.О. ЗмЩнюючо-оздоблювальна обробка у машинобудуванн. Китв: вид. "Знання", 1990. - 46 с.
5. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник, М.: Машиностроение, 1987. -328 с.
6. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. - 152 с.
7. Кулiченко А.Я. Термомеханчна поверхнева очисно-змщнююча обробка металу. Львiв: вид. "Кобзар", 1997. - 216 с.
8. Металургия дуговой сварки. Процессы в дуге и плавление электродов (под ред. И.К. Походни).
- Киев: Наукова думка, 1990. - 224 с.
9. Пат. №2017446 Россия, МКИ А46 В7/10. Бю-лет. №15, 1984 - 2 с.
10. Гавриш О.А. Поверхнева очисно-змщнююча обробка деталей. Сб.: Вестник национ. техн. унта Украины "Киевский политехнический ин-т" (Машиностроение), № 43, 2002. -С. 174-175.
Поступила в редакцию 27.04.2006 г.
Приведены результаты анализа технологических возможностей разных методов очи-стительно-упрочняющей обработки. Показано, что высокое качество поверхности обеспечивает термомеханическая обработка стальными щетками с гибкими рабочими элементами. Представлены оригинальные конструкции приспособлений для технологических процессов.
Results of analysis of technological possibilities of the different methods of the cleaning-strengthening treatment are given. It is shown that the high quality of the surfaces guaranteed thermal mechanical treatment by steel brushes with flexible works elements. Original constructions of devices о technologicals processes are presented.
