ОБОРУДОВАНИЕ  ДЛЯ  ПРОВЕДЕНИЯ  ТЕРМОСИЛОВОЙ  ОБРАБОТКИ  И  ОБРАБОТКИ  ХОЛОДОМ

Воронов  Дмитрий  Юрьевич

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  «Оборудование  и  технологии  машиностроительного  производства»,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

Попов  Александр  Валерьевич

магистрант  Тольяттинского  государственного  университета,

РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

EQUIPMENT  FOR  THERMO  TREATMENT  AND  COLD  THEATMENT

Dmitry  Voronov

candidate  of  technical  Sciences,  docent  of  the  chair  "Equipment  and  technology  of  machine-building  manufacture,  of    Togliatty    State  University,  Russia,  Togliatty

Alexander  Popov

student  of  Togliatty  State  University,  Russia,  Togliatty

АННОТАЦИЯ

В  данной  статье  предлагается  способ  повышения  качества  обработки  маложестких  валов  путем  применения  термосиловой  обработки  (ТСО)  и  обработки  холодом.  Была  разработана  установка  и  технологическая  оснастка  для  проведения  термосиловой  обработки  и  обработки  холодом,  показан  принцип  ее  работы. 

ABSTRACT

The  article  suggests  a  way  to  improve  the  quality  of  the  processing  malaesti  shafts  by  application  of  thermal  treatment  and  cold  treatment.  Was  developed  and  technological  equipment  for  carrying  out  thermal  treatment  and  cold  treatment,  show  how  it  works. 

Ключевые  слова:  маложесткие  валы;  термосиловая  обработка;  обработка  холодом.

Keywords:  malatesta  shafts;  thermal  treatment;  cold  treatment.

В  настоящее  время  одной  из  самых  распространенных  деталей  современных  машин  являются  валы.  Валы  классифицируются  по  конфигурации,  размерам  и  материалу.

Наиболее  сложны  в  изготовлении  маложёсткие  валы.  К  ним  предъявляют  высокие  требования  к  параметрам  точности  геометрических  форм  и  взаимному  расположению  поверхностей,  линейных  размеров  и  качеству  поверхностей.  Эти  требования  достигаются  соответствующей  технологией  обработки,  применяемым  станочным  оборудованием.

При  достижении  заданной  точности  обработки  нежестких  деталей  возникают  значительные  трудности,  обусловленные  особенностью  конструкции  маложестких  валов,  а  также  высокими  упругими  свойствами  применяемых  материалов,  вызывающих  упругие  деформации  на  всех  стадиях  обработки,  сборки  и  эксплуатации.  Происходит  смещение  технологических  баз,  образуются  погрешности  формы  и  размеров,  ухудшается  качество  поверхностного  слоя,  при  этом  не  полностью  используются  технологические  возможности  станка. 

Основной  проблемой  при  изготовлении  таких  валов,  является  наличие  в  материале  детали  значительного  уровня  и  неравномерного  распределения  внутренних  остаточных  напряжений,  появление  которых  в  значительной  мере  обусловлено  технологическими  причинами.  Значительную  роль  в  формировании  поля  внутренних  напряжений  играет  остаточный  аустенит,  который  с  течением  времени  может  постепенно  превращаться  в  бейнит,  вызывая  изменение  размеров  готовых  изделий,  т.  е.  приводя  к  короблению  маложестких  деталей. 

  Однако  для  некоторых  материалов,  из  которых  изготавливаются  маложесткие  валы,  данный  процесс  сопряжен  с  определенными  трудностями.  Это,  прежде  всего,  касается  материалов,  у  которых  процесс  конца  мартенситных  превращений  происходит  при  температурах  от  -10  до  -80  °С.  Данной  группе  материалов  для  окончания  мартенситного  превращения  требуется  специальная  обработка  –  обработка  холодом  [8].

Сущность  процесса  обработки  холодом  заключается  в  дополнительном,  более  полном  превращении  остаточного  аустенита  в  закаленной  стали  в  мартенсит.

Конец  мартенситного  превращения  расположена  при  температурах  ниже  20°  С.  При  обработке  холодом  деталей  продолжается  процесс  закалки,  прерванный  остановкой  при  температуре  20  °С;  аустенит  продолжает  превращаться  в  мартенсит.

Выдержка  закаленной  стали  при  температуре  20  °С  перед  обработкой  холодом  стабилизирует  остаточный  аустенит.  В  результате  эффект  обработки  холодом  (прирост  количества  мартенсита  и  повышение  твердости)  снижается  или  даже  отсутствует.  Для  получения  необходимого  эффекта  от  обработки  холодом  следует  учитывать,  что  различные  по  составу  стали  обладают  различной  склонностью  к  стабилизации  остаточного  аустенита  после  закалки.

Отпуск  перед  обработкой  холодом  стабилизирует  остаточный  аустенит.  Поэтому  обработку  холодом  необходимо  проводить  непосредственно  после  закалки,  а  низкий  отпуск  (для  снятия  части  внутренних  напряжений)  –  после  обработки  холодом.  Выдержка  при  низких  температурах  не  увеличивает  количества  мартенсита,  поэтому  необходимо  лишь  сквозное  промораживание  деталей.  Во  избежание  образования  трещин  при  обработке  холодом  нельзя  охлаждать  сталь,  еще  не  остывшую  до  температуры  20  °,  а  детали  и  инструмент  сложной  формы  для  замедления  охлаждения  целесообразно  обертывать  асбестом  или  бумагой. 

Для  выполнения  этого  метода  была  разработана  установка  и  технологическая  оснастка  для  термосиловой  обработки  и  обработки  холодом.

Система  обработки  холодом  в  установке  обеспечивается  с  помощью  автоматизированного  процесса.  Из-за  отсутствия  контакта  детали  с  окружающей  средой  между  обработкой  холодом  и  отпуском  не  происходит  поверхностная  коррозия.  Благодаря  этому  достигается  яркая  металлическая  поверхность,  характерная  для  вакуумной  термообработки.

Маложесткие  валы  изготавливают  по  базовой  технологии,  предоставленной  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Схема  изготовления  валов  по  базовой  технологии

Изготовление  таким  способом  маложестких  валов  не  экономично  и  не  эффективно.  Чтобы  повысить  эффективность  изготовления  валов  и  экономичность,  используем  ТСО  и  обработку  холодом  для  изготовления  таких  валов.  Схема  изготовления  маложестких  валов  с  применение  ТСО  и  обработки  холодом  представлена  на  рисунке  2. 

Рисунок  2.  Схема  изготовления  маложестких  валов  с  ТСО  и  обработкой  холодом

Обработка  холодом  проводится  в  специальной  двухкамерной  установке.  Благодаря  обработке  на  этой  установке  обеспечиваются  хорошие  условия  охлаждения  и  более  точно  регулируется  скорость  закалки.  Принцип  работы  двухкамерной  вакуумной  печи  заключается  в  том,  что  печь  имеет  2  разные  камеры  для  нагрева  и  для  охлаждения.  Оснастка  перемещается  из  камеры  нагрева  в  камеру  охлаждения  при  помощи  автоматической  системы  загрузки. 

На  рисунке  3.  представлена  установка  для  ТСО  и  обработки  холодом.

Рисунок  3.  Установка  для  ТСО  и  обработки  холодом

Разработанная  установка  содержит  двустенный  вакуумный  корпус  (1)  с  газовыми  клапанами  (9),  теплообменником  (10)  и  турбиной  подачи  газа(8).  Вал  загружается  через  переднюю  систему  загрузи  (3)  и  помещается  в  камеру  нагрева  (5).  Вал  нагревается  с  помощью  системы  нагрева  (6).  Для  равномерного  распределения  газа  по  камере  нагрева  установлен  вентилятор(4).  При  достижении  требуемой  температуры  нагрева,  садка  перемещается  через  затвор  блокировки  камеры  нагрева  в  камеру  охлаждения  (11)  с  помощью  погрузчика  (2).

Рисунок  4.  Схема  работы  печи

Принцип  работы  печи  заключается  в  подаче  жидкого  азота  через  систему  сопел  в  рабочую  камеру.  В  процессе  подачи  газ  интенсивно  переходит  из  жидкого  состояния  в  газообразное.  Объем  азота  в  камере  увеличивается  в  700  раз.  Чтобы  равномерно  охладить  оснастку  в  камере  используется  вентилятор,  который  перемешивает  газ,  что  дает  возможность  охладить  садку  до  температуры  -85  °С.  Теплый  газ  удаляется  из  рабочей  камеры  по  отводному  каналу.

Благодаря  обработки  холодом  в  разработанной  двухкамерной  печи,  можно  обрабатывать  широкую  гамму  сталей  и  сплавов  без  образования  оксидного  слоя  и  короблений,  достигнуть  полного  отсутствия  трещин  на  поверхности  деталей  вследствие  возникающих  напряжений,  получить  светлую  и  чистую  поверхность  детали.  Метод  такой  обработки  позволяет  значительно  уменьшить  трудоёмкость  изготовления  вала,  а  также  повысить  его  срок  службы.

Список  литературы:

1. Воронов  Д.Ю.,  Драчев  О.И.  Пути  снижения  коробления  маложестких  валов,  путем  применения  термосиловой  обработки.  –  M.:  Журнал  «Машиностроитель»,  №  6,  2001  год. 
2. Воронов  Д.Ю.,  Драчев  О.И.,  Расторгуев  Д.А..  Новая  технология  термосиловой  обработки  маложестких  валов.  –  M.:  Журнал  «Известия»  №  1,  стр.  32–35.  Волгоград  2004  год.
3. Воронов  Д.Ю.,  Драчев  О.И.,  Расторгуев  Д.А..  Экспериментальная  установка  для  равномерного  осевого  пластического  деформирования  маложестких  деталей  при  термосиловой  обработке.  –  M.:  Журнал  «Известия»  №  9,  стр.  15–18.  Волгоград  2004  год.
4. Воронов  Д.Ю.,  Драчев  О.И.,  Расторгуев  Д.А..  Устройство  для  термосиловой  обработки.  Патент  на  изобретение  от  12.05.2003.  №  2232198. 
5. Воронов  Д.Ю.,  Драчев  О.И.,  Расторгуев  Д.А..  Способ  термосиловой  обработки  длинномерных  осесимметричных  деталей  и  устройство  для  его  осуществления.  Патент  на  изобретение  от  19.12.2003.  №  2254383. 
6. Воронов  Д.Ю.,  Драчев  О.И.,  Расторгуев  Д.А.  Устройство  для  термосиловой  обработки  осесимметричных  деталей.  Патент  на  изобретение  от  20.09.05.  №  2260628.
7. Воронов  Д.Ю.,  Шевелев  И.В.  Физическая  сущность  процессов  протекающих  при  термосиловой  обработке  маложестких  деталей  типа  «вал».  –  M.:  «Проблемы  проектирования  и  автоматизации  машиностроительных  производств».  Сборник  научных  трудов.  Волгоградский  государственный  технический  университет;  ЗАО  «ОНИКС».  Волгоград,  Тольятти,  Ирбит  2013.
8. Воронов  Д.Ю.,  Логинов  Н.Ю.,  Шевелев  И.В.  Обзор  существующих  и  переспективные  тенденции  развития  технологий  изготовления  маложестких  длинномерных  валов.  –  M.:  «Научные  исследования  и  их  практическое  применение.  Современное  состояние  и  пути  развития  2012»  Сборник  научных  трудов  SWorld.  Международной  научно-практической  конференции.  Выпуск  3.  Том  8.  Одесса  2012. 
9. Воронов  Д.Ю.,  Репин  К.А.,  Шевелев  И.В.  Разработка  функциональной  схемы  системы  автоматизированного  управления  термосиловой  обработки  многоступенчатых  маложестких  валов.  –  M.:  Сборник  научных  трудов  SWorld  Международной  научно-практической  конференции  «Современные  направления  теоретических  и  прикладных  исследований  2013»;  Одесса,  2013.
10. 10.       Воронов  Д.Ю.,  Репин  К.А.,  Шевелев  И.В.  Описание  конструкции  и  принципа  работы  лабораторной  установки  для  проведения  экспериментальных  исследований  по  термосиловой  обработке  длинномерных  маложестких  деталей.  –  M.:  Сборник  научных  трудов  SWorld.  Международной  научно-практической  конференции  «Современные  направления  теоретических  и  прикладных  исследований  2013»;  Одесса,  2013.
11. Воронов  Д.Ю.,  Репин  К.А.,  Шевелев  И.В.  Обзор  существующих  и  перспективные  тенденции  развития  технологий  изготовления  ходовых  винтов.  –  M.:  Сборник  научных  трудов  SWorld  Международной  научно-практической  конференции  «Современные  направления  теоретических  и  прикладных  исследований  2013»;  Одесса,  2013.