Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

PROCESSING OF INTERNAL CYLINDRICAL SURFACES ROLLING WITH HEATING

Kotelnikov V.I. 2 Gavrilov G.N. 2 Mironov A.E. 1 Koshurina A.A. 2 Chernyshov D.A. 2
1 JSC CRI Burevestnik
2 Nizhny Novgorod State Technical University R.E Alexeyeva
Механическая обработка внутренних цилиндрических поверхностей накатыванием с нагревом, по сравнению с накатыванием в холодном состоянии, является перспективным технологическим процессом технологической обработки, обеспечивающим высокую мобильность ремонтно-восстановительных работ в удаленных условиях эксплуатации. В работе исследован процесс обработки поверхностей внутренних отверстий накатным роликом с нагревом отверстия пламенем газовой горелки. По результатам испытаний и исследований установлено, что при накатывании с нагревом уменьшается шероховатость обрабатываемой поверхности, происходит деформирование зерен микроструктуры поверхностного слоя материала, что повышает его плотность и устойчивость к возможности образования разгарных трещин при импульсном тепловом воздействии. Накатывание с нагревом целесообразно применять в качестве термо-механической операции для придания требуемой шероховатости, отверстиям высоко нагруженных конструкции, работающих в сложных климатических условиях.
Machining internal cylindrical surfaces with heat nakatyvaniem, compared with nakatyvaniem in the cold, is a promising process of technological processing of high mobility of repair and reconstruction works in remote environments. In the process of surface finishing internal holes nakatnym roller with the heating of a gas burner flame holes. According to the results of tests and studies found that when fashion with heating decreases the roughness of the surface microstructure of grains deformation occurs, the surface layer of the material, which increases its density and resistance to educational opportunities razgarnyh cracks when pulsed thermal effects. The hot rolling is advisable to use as thermo-mechanical operation to impart a desired roughness, holes highly loaded structures operating in harsh climatic conditions.
by heating
microstructure of steel
surface roughness
thread rolling
plastic deformation
structural steel

Процесс поверхностного пластического деформирования металла, нагретого газовой горелкой до температур 550 – 650°С, накатыванием внутренних цилиндрических поверхностей, проводили также на токарно-винторезном станке с зажимом втулки в кулачки патрона станка. Хвостовик накатника зажимался в резцедержатель поперечного суппорта станка так, чтобы ось накатного ролика находилась в плоскости осевого сечения втулки (рис. 1).

DSCN1589

Рис. 1. Процесс нагрева внутренней поверхности втулки перед накатыванием

Пламя газовой горелки нагревает торцевую часть и часть внутренней поверхности втулки. После окончания нагрева включалась продольная подача суппорта токарного станка, и увеличивались обороты шпинделя до заданных [1,3].

Величина шероховатости замерялась на внутренней поверхности разрезанной втулки после её остывания. Режимы накатывания нагретой поверхности втулки подбирали идентичными параметрам холодной накатки, применяемым в машиностроении (таблица 1).

Таблица 1

Режимы накатывания с нагревом поверхности

№ п/п

Температура нагрева внутренней поверхности °C

Шероховатость внутренней поверхности заготовки, мкм

Замеренное усилие накатывания, Н

Число оборотов шпинделя, об/мин

Величина подачи, мм/об

Шероховатость после накатывания, мкм

1

2

3

20

20

20

12,5

-«-

-«-

3760

3690

3770

30

60

120

0,28

0,28

0,28

3,2

3.2

3.2

4

5

6

500

-«-

-«-

12,5

-«-

-«-

1440

1480

1470

30

60

120

0,28

0,28

0,28

1,25

1,25

1,25

7

8

9

500

-«-

-«-

12,5

-«-

-«-

1550

1590

1580

30

60

120

0,52

0,52

0,52

1,25

1,25

1,25

10

11

12

550

-«-

-«-

12,5

-«-

-«-

1210

1230

1320

30

60

120

0,28

0,28

0,28

1,0

1,0

1,0

13

14

15

550

-«-

-«-

12,5

-«-

-«-

1280

1290

1320

30

60-

120

0,52

0,52

0,52

1,0

1,0

1,0

16

17

18

600

-«-

-«-

25,0

-«-

-«-

1160

1180

1150

30

60

120

0,28

0,28

0,28

0,8

0,8

0,8

Как видно из результатов замеров, шероховатость обработанной поверхности накатыванием, в основном, зависит от температуры нагрева и почти не зависит от скорости обработки (числа оборотов шпинделя и величины подачи). По сравнению с холодным накатыванием металла, накатывание с нагревом дает несколько лучшие результаты по шероховатости обработанной поверхности.

Как показали результаты металлографического анализа, накатывание с температурами нагрева до 350 – 450°C не сопровождается уплотнением поверхностного слоя детали. Нагрев же до температур выше 550 – 650°C приводит к уплотнению поверхностного слоя и заглаживанию в поверхностном слое обрабатываемого материала микротрещин, оставшихся после холодной обработки резанием. Степень уплотнения при накатывании зависит от величины усилия, приложенного к поверхности со стороны накатника.

Из обработанных втулок вырезались образцы для металлографических исследований. На рис. 2 показана фотография микроструктуры стали 40Х, обработанной накатыванием с нагревом поверхностного слоя. В слое толщиной 10 – 15 мкм, зерна металла имеют меньшие размеры в сравнении с размерами зерен, примыкающими к данному тонкому слою.

sloi  b 3  x 500

Рис. 2. Микроструктура поверхностного слоя втулки после накатывания нагретого металла, х500

На рис. 3 показана микроструктура поверхностного слоя втулки из той же стали 40Х, но после накатывания в холодном состоянии. При металлографическом анализе установлено, что в этом случае величина зерна одинакова как в поверхностном слое, так и в более глубоких прилегающих к нему слоях.

sloi  c 1  x 500

Рис. 3. Микроструктура поверхностного слоя втулки после накатывания холодного металла, х500

На рисунках 4 и 5 показана микроструктура внутренних слоев металла втулки после обработки с нагревом и после накатывания холодного металла.

sloi  osnova 1  x 500

Рис. 4. Микроструктуры срединных слоев втулки после обработки накатыванием с нагревом, х500

sloi  osnova 3  x 500

Рис. 5. Микроструктуры срединных слоев втулки после обработки накатыванием холодного металла, х500

По результатам металлографического анализа микроструктуры обработанных изделий из стали 40Х, можно отметить, что при накатке с нагревом происходит уменьшение размера зерен [2]. Это свидетельствует о том, что в результате накатки нагретого поверхностного слоя под действием усилия накатывания зерна микроструктуры деформируются и измельчаются, что приводит к уплотнению металла.

Накатывание с нагревом целесообразно применять в качестве термо-механической операции для придания требуемой шероховатости, устойчивости к возникновению продольных трещин разгара при импульсном тепловом и динамическом воздействии, отверстиям высоко нагруженных конструкций, работающих в сложных климатических условиях, т.к. данный вид обработки высоко мобилен в ремонтно-восстановительных работах в удалённых условиях эксплуатации, к которым относятся: Сибирь, Арктика.

Выводы

В результате проведенных исследований было установлено, что процесс накатывания с нагревом внутренней поверхности полых цилиндрических деталей может быть рекомендован, взамен холодной обработки накатыванием, как обеспечивающий уплотнение поверхностного слоя металла, что делает поверхность устойчивой к возникновению продольных трещин разгара при импульсном тепловом и динамическом воздействии.

Работы выполнены в Нижегородском Государственном Техническом Университете им. Р.Е. Алексеева в соответствии с соглашением №14-33-000 32 шифр «1 – РНР – 1», от 9 сентября 2014г. «Создание совместной научной лаборатории конструкционных и функциональных материалов для сложных технических систем, эксплуатируемых в экстремальных условиях арктического и субарктического климата».

Рецензенты:

Пачурин Г.В., д.т.н., профессор кафедры «ПБЭиХ» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород;

Михаленко М.Г., д.т.н., профессор, директор института физико-химических технологий и материаловедения Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород.