Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ОБРАБОТКА ВНУТРЕННИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАКАТЫВАНИЕМ С НАГРЕВОМ

Котельников В.И. 2 Гаврилов Г.Н. 2 Миронов А.Е. 1 Кошурина А.А. 2 Чернышов Д.А. 2
1 ОАО ЦНИИ Буревестник
2 ФГБОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
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.
нагрев
микроструктура стали
шероховатость поверхности
накатывание
пластическое деформирование
конструкционная сталь
1. Газопламенная обработка металлов / Г.В.Полевой, Г.К.Сухинин. – М.: Изд-во «Академия», 2005. – 336с.
2. Ильин С.И., Корягин Ю.Д. Технология термической обработки сталей: Учебное пособие. – Челябинск: Издат.центр ЮУрГУ, 2009. – 120с.
3. Основы резания металлов с нагревом. Монография / В.И.Котельников, НГТУ им. Р.Е Алексеева. – Нижний Новгород, 2012. – 199с.
4. Суслов А.Г., Дальский А.Н. Научные основы технологии машиностроения. – М.: «Машиностроение», 2002. – 684с.
5. Технология конструкционных материалов: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. 6 – е изд., испр. и доп. / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Н.Ф. Вязов и др. – М.: Машиностроение, 2005. – 592 с.

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.


Библиографическая ссылка

Котельников В.И., Гаврилов Г.Н., Миронов А.Е., Кошурина А.А., Чернышов Д.А. ОБРАБОТКА ВНУТРЕННИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАКАТЫВАНИЕМ С НАГРЕВОМ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19410 (дата обращения: 27.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074