автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии производства упрочненных полых пальцев резино-металлического шарнира гусеничных машин

Для служебного пользования Экз. /<8-

На правах рукописи Уда 621.789-977

Басыпкин Андрей Дмитриевич

РАЗРАБОТКА. 11 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОШ! ПРОИЗВОДСТВА УПРОЧНЕННЫХ ПОЛЫХ ПАЛЬЦЕВ ЕЕЗИНаЧЛЕТАЛЛИЧЕСКОГО ШАРНИРА Г/СЕНИЧШХ ШШИН

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск - 1995

Работа выполнена в Институте прикладной механики УрО РАН

Научный руководитель: Академик АТН РФ,

заслуженный деятель науки и техники^ доктор технических наук, профессор О.И.Шаврин

Официальные оппонента: доктор технических наук,

профессор К.Е.Покрас Кандидат технических наук, старшй преподаватель В.А.Иванов

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

металлургических технологий (г.Икевск)

Защита состоатся ¿¡¿¿^¿¿З^Р^Ц? Ш) ¿> год а

вА?^Аасов на заседании диссертационного совета Д064.35.02 при Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г.Икевск, ул.Студенческая, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Автореферат разослан 199>>Г.

Ученый секретарь

диссертационного совета О_/ __- Л.Т.Крекнин

д.т.н;, профессор ( ш/^

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность -работы. Значительное увеличение нагруженности современных гусеничных: машин, связанное с требованиями по повышению их маневренности, скоростных параметров и снижению веса, обусловливает высокие нагрузки на детали ходовой части ЕГМ. При этом одной из наиболее часто выходящих из строя деталей ходовой части является палец трака гусеничной ленты, который лимитирует ходимость всей машины в целом.

Одним из путей улучшения эксплуатационных свойств пальцев является использование в технологическом процессе их изготовления упрочняющей высокотемпературной термо¡лег аничес кой обработки (ЕГМО) с деформацией горячекатаных трубных заготовок винтовым обжатием (ВО) и повыпение качества внутренней поверхности, что является важной и актуальной задачей.

Считая структуру материала заготовок после ЕГМО и получаемый при этом уровень механических свойств, а также качество внутренней поверхности ттолых пальцев и их точность важнейшими критериями, от которых зависит их работоспособность, и как следствие, надежность и долговечность гусеничной ленты в целом, повышение характеристик прочности и точности пальцев за счет применения новых схем деформирования в процессе ВО и повышения качества внутренней поверхности с помощью высокопроизводительных методов механической обработки, в том числе совмещенных с ВТМО ВО, рассматривается как средство решения поставленной проблемы на данном этапе исследований. Яри этом определенный интерес представляет экспериментально-теоретическое изучение характера влияния перечисленных технологических факторов на эксплуатационные свойства пальцев с цель» получения возможности прогнозирования их долговечности.

Цель работы. Разработка и исследование технологии производства польк пальцев с ВГМО для повышения эксплуатационных: характеристик гусеничных машин с использованием в качестве заготовки горячекатаного трубного проката из стали 30ХГСН2Л. Задачи г

1. Исследование тошости, механически* свойств и качества поверхности заготовок и деталей по операциям технологического процесса.

2. Исследование влияния технологических факторов (качества внутренней поверхности, характеристик точности и режимов ВГМО ВО) на долговечность готовых изделий с проведением стендовых и эксплуатационных испытаний.

3. Разработка схем и режимов ВГМО ВО и методов механической обработки внутренней поверхности, обеспечивающих получение высокого комплекса механических свойств и эксплуатационных характеристик цилиндрических полых деталей, работающих в условиях циклического изгибного нагружения.

Научная новизна. Исследовано влияние основных технологических схем и режимов ВГМО ВО труб на оправке на формирование механических свойств материала деталей и на точность получаемых изделий. Проведены исследования точности, механических свойств и качества поверхности пальцев из сталей 38ХС и 30ХГСН2А по операциям технологического процесса. Показана возможность использования стали 30ХГСН2А для изготовления пальцев изд.688 по новой технологии.

Получена аппроксимативная математическая модель прогнозирования долговечности полых пальцев реэино-ыеталлического шарнира (РМШ) на основании результатов расширенных стендовых испытаний.

Разработана инженерная методика расчета предельных отклонений размеров заготовок, выбора режимов ВГМО ВО и назначения вида обработки отверстия с целью получения требуемого уровня долговечности изделий.

Установлено, что применение ВГМО с деформацией ВО на коротких водоохлаждаемых оправках обеспечивает снижение разностеннос-ти на 10-12%, позволяет повысить усталостную прочность полых изделий путем использования регламентированного охлаадения наружной и внутренней поверхности и создания вследствие этого благоприятно направленного упрочнения по сечению детали.

Практическая ценность работы. В условиях предприятий ВНИИСтали (Москва), ШИШ" (Ижевск) и Ижевского механического института разработана и реализована технология производства упрочненных полых пальцев РМШ гусеничных машин из стали 30ХГСН2А. Получены авторские свидетельства на изобретения ¿й? 296796, 325357, 1761319, 279863, 1569208, 1646712, 1666238.

Стендовые испытания упрочненных пальцев, проведенные в условиях ВНИИСтали, показали, что применение ВТМО ВО с предварительной и последующей механической обработкой поверхности отверстия в технологическом процессе изготовления пальцев из стали 30ХГСН2А (изд.688) позволяет повысить их долговечность до 3 раз по сравнению с деталями, изготовленными по известной технологии. Проведенные эксплуатационные испытания изд.688, 477 и 219 показали, что полые пальцы с ВГМО не уступают, а з ряде случаев превосходят по долговечности пальцы сплошного сечения, изготовленные по серийной технологии.

По результатам проведенных в работе исследований разработана проектная технология и предложения по организации в отрасли производства трубного проката с ТЫ0 на основании задания предприятия п/я В-8615 от 30.05.86 г..

В условиях ПО "Лромтрактор" выполнен проект опытно-промышленной установки ВГМО ВО в линии изготовления пальцев траков трактора Т-330 из горячекатаных трубных заготовок.

- о -

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы диссертации были доложены и обсуждены на:

1. Республиканской научно-практической конференции "Молодежь Удмуртии - ускорению НТП",- Ижевск,- 1985, 1987 г.г.

2. Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование тракторных конструкций и узлов".- Москва.- 1987 г.

3. Всесоюзной научно-технической конференции "Прогрессивные технологические процесса и оборудование для отделки труб

и трубных изделий",- Челябинск,- 1988 г.

4. XX, ХХП, ХХШ, ХХ1У научно-технических конференциях Пензенского высшего артиллерийского инженерного училища,- Пенза,- 1986, 1988, 1989, 1990 г.г.

5. Научно-технической конференции Ижевского механического института "Ученые ИШ - производству",- Ижевск.- 1992 г.

Публикации. До теме диссертации опубликовано 25 печатных работ.

Объем работа. Диссертация изложена на 489 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов, приложений.

Включает 56 рисунков, 30 таблиц, библиографию из 59 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматриваются критерии эксплуатационной долговечности полых пальцев траков високонагруженных гусеничных машин. Приводится анализ существующих технологических процессов изготовления упрочненных трубчатых заготовок пальцев, работающих в условиях асимметричного знакопостоянного изгибного кагружения. Определяются пути повышения работоспособности и ресурсосбережения цилиндрических полых деталей по данным обзора научных работ в области повышения долговечности деталей технологическими методами. Показана актуальность проблемы. Изложена цель работы и основные задачи исследований.

Проведенный обзор научных работ М.Л..Бернштейна, А.П.Бащенко, О.И.Шаврина, Б.Г.Павловского, Л.М.Школьника, В.П.Когаева, И.М.Нес-теренко, М.Ф.Столетнего и др. показал следующее:

1. В современных условиях эксплуатации гусеничных машин пальцы траков выходят из строя до момента исчерпания гарантированной долговечности всей машины и являясь слабым звеном требуют повышения их эксплуатационных характеристик.

2. Применение толстостенных полых заготовок для пальцев взамен сплошных позволяет снизить вес гусеницы на 10-15% и повысить долговечность в 1,5-2,0 раза по сравнению с деталями, изготовленными по штатной технологии.

3. Существующие метопы обеспечения надежности, основанные на термическом, упругом и термопластическом воздействии, а такие пластическое деформирование с целью упрочнения, лишь частично решают вопросы повышения работоспособности вмсоконагруженных деталей, так как не связаны со значительным повышением конструктивной прочности материала и поэтому малоэффективны.

4. ТМО цилиндрических польк заготовок, полученных в металлургическом цикле, не дает желаемых результатов (повышения долговечности при циклическом изгибе в одной плоскости) из-за наличия дефектов на внутренней поверхности, однако показана принципиальная возможность их упрочнения в режиме КГМО на существующем и специализированном оборудовании.

5. ВГМО ВО является эффективным и технологичным методом повышения всего комплекса свойств при различных условиях нагру-жения и применение этой обработки для упрочнения заготовок полых пальцев весьма эффективно. Однако существует необходимость удале ния дефектного слоя с поверхности горячекатаных труб перед ЕГМО и применение различных видов отделочных операций после.

6. Анализ качественных характеристик влияния различных факторов на усталостную прочность польк деталей определил оптимальную величину их толстоетенности (у^ = 0,4...О,6).

7. Оценка эффективности упрочнения полых заготовок НГМО производилась по комплексу механических характеристик материала или по твердости, что недостаточно для . оценки надежности материала деталей при высоких циклических нагрузках.

В связи с этим целью работы является разработка технологии производства полых пальцев с ВТМО ВО для повышения эксплуатацион ных характеристик гусеничных машин, методики прогнозирования долговечности полых пальцев и технологических методов повышения работоспособности и ресурсосбережения.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи;

I. Проведение исследований точности, механических свойств и качества поверхности полых заготовок по операциям технологического процесса.

_ У _

2. Исследований влияния основных технологических факторов (точности заготовок, качества поверхности и режимов обработки) на долговечность с целью получения расчетной зависимости для оценки долговечности и назначения допусков и способов обработки (или режимов) по операциям технологического процесса.

3. Разработка технологических методов повышения долговечности полых пальцев, работающих в условиях циклического изгиб-ного нагружения.

4. Проведение стендовых и эксплуатационных испытаний.

5. Разработка технологии изготовления полнх пальцев из предварительно получанного в металлургическом цикле полого профиля.

Во второй главе представлены материалы и методики исследований. Материалом для исследований служили стали 38ХС и 30ХГСН2А, имеющие наибольшее распространение при изготовлении пальцев РМШ, которые испытывают высокие статические и циклические нагрузки.

Прошивку круглых горячекатаных заготовок ^ 50 и £ 40 мм осуществляли на промышленном двухвалковом стане поперечно-винтовой прокатки СВЛ-120 в условиях НИИМТа (Ижевск) на оправках из 4 сплава ЭД-131. Охлаждение заготовок проводилось при температурах окружающей среды цеха. Редуцирование проводилось с температуры П00°С с варьированием времени выдержки 30 мин и 3 часа на том же оборудовании (СВЛ-120).

Заготовки после редуцирования и охлаждения на воздухе (для стали 30ХГСН2А) имели сравнительно высокую твердость (НВ 375,

^3000 = 3,17 мм), поэтому для улучшения обрабатываемости поверхности трубчатых заготовок их подвергали отпуску при температуре 700°С с выдержкой 2 часа в печи модели СНЗ-8.16.5/1042. При этом твердость отпущенных заготовок составила НВ 229, ¿ Зооо =4,0 мм.

— 1 u —

В части эксперимента удаление дефектного слоя проводили на токарных станках типа IK62 рез^уцим лезвийным инструментом на глубину до 2 мм по наружной поверхности и до I мм - по внутренней

Термомеханическую обработку заготовок с деформацией ВО проводили на специальной установке горизонтального типа с тремя тангенциально расположенными неприводными роликами. Данная установка обеспечивает вращательное и поступательное движения от двух электродвигателей» что позволяет независимо изменять осевую подачу и скорость вращения заготовки. Деформацию трубных заготовок проводили на длинной и короткой водоохлаждаемой оправках с изменением таких независимых параметров, как степень деформации, вылет конца оправки за плоскость роликов, подача заготовки и угол разворота деформирующих роликов.

Замеры шероховатости поверхности проводились на профиломет-ре - профилографе мод.201 в диапазоне H = I-IQ мкм. Величина дефектов прокатки измерялась на приборе ГШТ-3 при увеличении 400х с точностью до 0,1 мм. Определялась глубина залегания, длина и количество дефектов. Глубина обезуглероженного слоя определялась по ГОСТ 1763-68, метод М.

Оценку точности труб проводили по измерениям диаметров и толщины стенок труб после различных операций по ходу технологического процесса. Объем выборки составил 30...50 штук из партии. Статистическую обработку замеров проводили по методике Челябинского трубопрокатного завода с учетом характерных особенностей разрабатываемой технологии.

Механические свойства определяли при испытаниях на растяжение на универсальной испытательной машине 1231У-10Г и на ударный изгиб (машина МК-30) при комнатной температуре.

Циклические испытания пальцев ^22x10 т проводили на испытательной машине ЦДЛ-ЮПУ пря асимметричном знакопостоянном изгибе пальцев со средней связью (момент затяжки болтов ранен 30 кш) по СШ АДУ—658—8 с напряжением цикла ^„-SUOrffia и <эт;п~ 20СМ0а. Режимы нагружония пальцев gh 30x10 и Ф 30x15 мм

были следующие: одноразовая статическая нагрузка при 1200 МПа; поворот на 180° ; циклическое нагругэние при <эт = 1200 МПа до

разрушения. Одноразовое нагруяение использовалось в случае проведения ускоренных испытаний.

В третьей главе приведены исследования точности, механических свойств и качества поверхности полых заготовок по операциям техпроцесса. Определено влияние характеристик качества деталей на долговечность. Прав ода тс.я методика прогнозирования долговечности детали по известным параметрам качества и режимам ВШО ВО. Даются рекомендации до разработке технологического процесса с учетом требуемой долговечности, деталей. Разработаны методы удаления

дефектного слоя и пути повышения качества труб в процессе 37..'.О.

Оценка точности заготовок пальцев проводилась по ходу технологического цикла изготовления. На рис.I представлены гистограммы значения общего поля отклонений С0£ для труб Д = 30 мм;

d = 10 мм и Д = 22 мм, d = 10 ш, изготовленных по nepBofi схеме (на длинной оправке).

Вгстограшы (рис.1, а,г) показывают, что сд)г для наружного дааштра Д труб значительно уменьшается (в 2...4 раза) при ВШО ВО

относительно прошавки и редуцирования, а-в случае рис.1, г - даже относительно токарно!5 обработки. Точность наружного диаметра в этом случае соответствует II...12 квалптегам по СТ СЭВ 145-75.

Общее поле отклонений внутреннего диаметра после ВШО (рис. 1,6 ,д) такае уменваается по сравнению с прошвкой и редуцированием (от 2 до 6 раз) и соответствует II квалитету по СТ СЭВ 145-75.

Рис Л. Общее поле отклонений бс>£ наружного диаметра (а,г), внутреннего диаметра (б,д) и разностенности (в,е) по ходу технологического процесса:

I - прошивка; 2 - редуцирование;

3 - обтачивание наружной поверхности на токарных станках;-

4 - ВШО ВО; 5 - шлифование

Поле отклонений разностенности (рисЛ,в) плавно уменьшается для труб ]) = 30 мм, с) =10 ш. Однако токарная обработка после редуцирования и шлифоваше после ВШО несколько увеличивают разностенность труб (рисЛ.е), так как при этих видах механической обработки абсолютная разностенность не снижается., в то время как толщина стенки уменыпается. Следует отметить, что конечная разностевносгь готовых труб зависит от исходной разностенности гильз после проливного стана. Одним из путей спигнняя разностенности является использование правки в косовалковых правильных машинах типа РВВ 320x4 после- редуцирования перед токарной обработкой наружного диаметра за счет уменьшения радиального биения.

При калибровне труб 5 = 30 ш, с) = 15 ш на короткой оправке (вторая схема) рис,2,а некоторое влияние ка формирование геометрии трубы оказывает величина вылета олравки за плоскость деформирующих роликов (с]. Гак, при с = 15 мм и более (рисЛ,а) происходит наиболее полная проработка сеченая трубы за счет повышения ее жесткости за очагом деформации. Однако величина "с" ограничена, так как с ее увеличением повышается после деформационная пауза, влияющая на характер фазовых превращений материала трубы при ВНАО и создайте* дополнительные конструктивные сдобности исполнения, таких оправок.

•а

а

1 о

1 а

>

I \\ 1

«о

19

*и<> 1

Е05

«а

<5:

$

"У

Л-

Ааспо/гояение опра&хи(к),кя

£3 КО 4*0 Злина труды, мм

Рис.2. Зависимость поля отклонений внутреннего диаметра от расположения оправки (а) и наружного диаметра по длине трубы (б!

I - пола отклонении средних диаметров (л)* 2 - поле отклонений овальности <я)у ; 3 - общее поле отклонений

Изменения точностных характеристик по длине прокатанной трубы при ЩМО ВО показали, что наибольший вклад в общее поле отклонений

вносит неточность средних размеров. Гак, для наружного диаметра поле отклонений средних диаметров ¿0* почта в 3 раза превышает пол? отклонений овальности (рис.2,6). Такое отклонение величины средних наружных диаметров вызнано, в основном, большим разбросом диаметре после редупдрования ( сО^ = 2,31 мм), что ведет к колебанию степек

э

деформации при калибровке, а следовательно, и к снижению точности наружного диаметра. Поля отклонений диаметра отверстия составили при этом: и)„ = 0,12 мм| и)у = 0,04 мм; 0,13 мм, что соот-

ветствует II квалитету по СТ СЭВ 145-75. При этом дальнейшее повышение точности средних наружных: диаметров возможно при использовании более точных заготовок.

Сравнение двух схем калибровки ВГМО показало, что в случав обработки труб Ъ = 22 мм, с/ = Ю мм по первой схеме общее пол« отклонений С^ч наружного диаметра меньше, чем при обработке тех же труб по второй схеме. Однако внутренний диаметр получается то*, нее по второй схеме. Поля отклонений диаметров приведены ниже:

Наружный диаметр Внутренний диаметр

Юу и)х ¿ду од£

мм мм мм мм мм мм

Схема I 0,15 0,07 0,19 0,14 0,12 0,21

Схема 2 0,72 0,11 0,73 0,10 0,11 0,17

Поэтому, при использовании в качестве окончательной операцш шлифование наружной поверхности труб целесообразно применять вторую схему ВТМО, как более производительную. Использование же первой схемы калибровки возможно без последующих отделочных операцш Основными недостатками первой схемы являются трудность удаления оправки и необходимость использования технологических смазок, а также низкая точность по кривизне оси и высокая шероховатость поверхнос ти о тверс тая.

Вторая схема лишена недостатков первой, более технологична и обеспечивает наименьшую шероховатость поверхности отверстия ( < 10 мкм) для горячекатаных трубных заготовок. Поэтому к промышленному использованию рекомендуется вторая схема ВТМО ВО.

- Ц) -

Исследование влияния динамики температурных деформаций технологического оборудования ВЕЛО ВО, в частности, деформирующей клети, на величину поля рассеивания размеров труб показало, что использование предварительного разогрева клети позволяет стабилизировать поле отклонений наружных диаметров на достаточно высоком уровне (до - 0,3/5). При этом перерыв мезду прокаткой не должен превышать более 15 мин.

Применение принудительного охлаждения деформирующих роликов также стабилизирует величину поля отклонений, однако но рекомендуется из-за снижения живучести инструмента. Точность внутреннего диаметра находится в пределах допуска на всех заготовках независимо от очередности прокатка и зависит, в основном, от качества оправки и режимов ВО.

Исследование влияния величины степени деформации Л на разно-степенность Д Б показали, что при увеличении Л с 16 до 22 % происходит снижение д $ на Ы-12% (рис.3). При этом калибровка на коротких оправках повышает эффективность снижения Д 5 до 15-17% по сравнению со схемой на длинных оправках.

мм

16,9 20 22 2«- 26 28,6

Еис.З. Влияние степени деформации (Л) на разностенность

(Д$) :

Д - ВО на длинной оправке; О - ВО на короткой оправке

Рис.4. Снижение разностен-нэста ТРУ6 в процессе ВО: |- исходная Д $; У//Л - д$

после ВО на длинной оправке; 1\>\>| -д$ после ВО на короткой

Дальнейшее увеличение Л практически не влияет на снижение £ На рис.4 показаны гистограммы исходной разностенности и ее снижение после ВО в зависимости от схемы калибровки. Они показывают, что эффективность снижения разностенности при ВО на короткой оправке выше, чем на длинной даже при более .высокой исходной д $ , что еще раз подтверждает преимущества второй схемы.

Качество поверхности. Исследование дефектов на трубах после операции прошивки и редуцирования показали, что в поверхностном слое имеются такие дефекты, как остатки окалины, морщины, рябизна прокатные плены (по наружной поверхности), раскатные и травильные трещины (классификация поверхностных дефектов по ГОСТ 20847-75).

После прошивки трещины и неровности отсутствуют на внутренней поверхности, имеются широкие трещины, расположенные под углом (до 5 трещин по периметру) на внешней поверхности заготовки. Глубина залегания ^ 0,1 мм, длина по касательной до 0,8 мм. На внутренней поверхности отмечено частичное обезуглероживание на глубине до 0,1 мм. На внешней поверхности заготовки обезуглероженный слой равномерно расположен по окружности на глубине до 0,15 мъ После редуцирования глубина проникновения трещины и их количество растет. Так, глубина достигает по внутренней поверхности до 0,13 мм и до 0,96 мм по наружной при длине по касательной до 0,9 мм (до 14 трещин по периметру). Обезуглероженный слой на внутренней поверхности равномерный, до 0,2 мм. На внешней поверхности заготовки обезуглероженный слой отсутствует, но наблюдается местное обезуглероживание на трещинах.

Исследование заготовок после редуцирования с отпуском (температура нагрева 700°С с выдержкой 2 часа) показали, что на внешней поверхности образуется слой окалины 0,12...О,20 мм по всему периметру. Далее идет полностью обезуглероженный слой толщиной 0,25 мы

частично обезуглероженный слой достигает 0,45...0,75 мм. А все трещины, видимые с поверхности, расположены в окалине. На внутренней поверхности также имеет место небольшой слой окисленного металла, далее идет полностью обезуглероженный слой до 0,1 мм. Наблюдаются отдельные дефекты в виде впадин, выкрашиваний, есть трещины, которые не выходят за пределы обезуглероженного слоя. Отпуск заготовок после редуцирования используется в случае необходимости проведения предварительной механической обработки.

Калибровка заготовок в режиме ВГМО ВО снижает глубину залегания трещин до 0,65 мм. Плотность трещин остается высокая (5-7 трещин на 10 мм длины поверхности). Обезуглероженньгй слой неравномерный (до 0,1 мм), есть участки с полным обезуглероживанием. На внешней поверхности наблюдается закручивание трещин; глубина залегания 0,10...0,62 мм, длина по касательной 0,30...0,90 мм. Обезуглерожен-ный слой (до 0,2 мм) только п местах залегания дефектов.

Анализ результатов показывает, что источником всех дефектов, тлеющихся в заготовке после ВГМО, являются дефекты, заложенные в заготовку при прошвке и особенно при редуцировании.

Таким образом, для получения бездефектной упрочненной заготовки необходимо включение в технологический процесс операции удаления дефектного слоя перед ВТМО ВО на глубину 0,8...1,0 мм,либо в процессе ВГМО ВО или на последующих за упрочнением операциях шлифования и зачистки абразивным инструментом на глубину 0,7...О,8 мм.

Анализ изломов пальцев показал, что на всех испытанных деталях зарождение и рост усталостной трещины идет от внутренней поверхности

Внутренние поверхности таких деталей следует контролировать на наличие дефектов и обрабатывать их с наиболее вью окой, экономически приемлемой чистотой, вплоть до полирования и подвергать упрочняющей обработке. На внутренних поверхностях следует избегать резких концентраторов напряжений.

В связи с этим были разработаны и рекомендованы к применен«! методы обработки труб с неравномерным распределением припуска на диаметр по длине детали с целью удаления дефектного и обезуглеро-женного слоя на глубину до 1,0 ммг

- удаление дефектного слоя инструментам с использованием радиальной рабочей подачи, содержащим винтовую режущую часть, установленную на гладкой цилиндрической оправке (а.с. íí I6467I2);

- гидроабразивная обработка внутренней поверхности труб и устройство для ее реализации (а.с. ¥ 1569208). Может использоват] ся на конечной стадии технологического процесса;

- о тде л о чн о-упро чняющая обработка наружной поверхности труб (термофрезерование совмещенное с калибровкой в режиме ВТМО ВО) (а.с. № 1666238).

Разработка перечисленных методов обусловлена трудностью использования традиционных способов обработки отверстий длинномерн! трубных заготовок с <¿0TB - Ю...30 мм, а также необходимостью снижения трудоемкости и повышения качества в случае совмещенных с ВТМО ВО видов обработки поверхностей.

Механические свойства. Результаты исследований механических свойств сталей в высокопрочном состоянии (с ВТМО), используемых у изготовления пальцев траков гусеничного движателя с резинометал-лическим шарниром, в целом согласуются с результатами ранее проведенных исследований в этой области. Дополнительно было исследовано влияние режимов FIMO ВО (А ), схемы обработки (оправочное и безоправочное деформирование) на механические свойства материала трубных заготовок. Химический состав (массовая доля, %) исследованных сталей был следующим:

Сталь С - О Mi Мп Р S Cu Мо W

38ХС 0,36 1,38 0,13 0,53 1,26 0,013 0,025 0,18 0,01 -30ХГСН2А 0,30 1,11 1,60 1,05 1,05 0,015 0,00? 0,17 О,(У? 0,04

Результаты исследований, приведенные в табл.1, показали, что степень деформации (Л ) при ВГМО ВО оказывает влияние на формирование механических свойств материала пальцев, что необходимо учитывать при назначении режимов упрочнения с целью получения требуемых эксплуатационных характеристик деталей. Схема обработки труб при ВГМО ВО практически не влияет на уровень механических свойств материала, но существенно оказывает влияние на геометрические размеры и качество внутренней поверхности трубной заготовки.

Таблица I.

Механические свойства стали 38ХС в зависимости от степени деформации при ВГМО ВО (А ) и температуры отпуска и влияние схемы обработки трубы при ВТМО ВО на свойства стали 30ХГСН2А

» пп Сталь Схема обработки Т отп °С Л % МПа та 8 % Г % кси мд* ннсэ

I 38ХС на оп- 200 20 1586 1812 12,9 46,1 0,36 47...51

2 - равке 270 20 1428 1597 10,7 43,0 0,53 -

3 - - 200 26 1571 1775 15,3 53,4 0,41 -

4 - - 270 26 1448 1631 13,5 55,6 0,64 -

5 - - 200 30 1607 1817 13,1 52,5 0,56 -

б - - 270 30 1501 1689 14,9 53,0 0,58 -

7 30ХГСН2А. - 200 25 1721 1879 13,3 63,5 1,11 -

8 - без оправки 200 25 1653 1837 14,2 56,0 1,21 -

Описанные в литературе методы расчета предела выносливости деталей (^-чд ) не учитывают влияние технологических факторов. Это влияние должно оцениваться на основании усталостных испытаний натурных изделий или путем анализа влияния различных факторов на рассеивание величины долговечности, связанных с технологией.

Экспериментальное опробование технологических вариантов изг товления полых пальцев позволило выделить основные параметры тех процессов и качественные характеристики детали, влияющие на долг вечность. Для этого были изготовлены опытные партии полых пальце $ 22x10 из стали 30ХГСН2А. Циклические испытания проводились на испытательной машине ЦДО-ЮПУ при асимметричном знакопостоянном изгибе пальцев со средней связью в виде клыка с башмаком.

Режимы нагруженных пальцев = 800 МЛа; = 200 МПа)

были выбраны таким образом, чтобы обеспечить возможность разруше ния пальцев из стали 30ХГСН2А в высокопрочном состоянии. Про ведение стендовые испытания показали Стабл.2), что значительный вкла. в повышение долговечности вносит дополнительная механическая обр. ботка поверхности отверстий до ВТМ0 ВО. При сравнении результате испытаний учитывались такие характеристики детали, как разностей ность , мм) на участке действия максимального изгибающего момента и шероховатость-поверхности отверстия (Н, мкм).

Исследование влияния данных факторов позволили получить экспериментальную зависимость долговечности (Ы ) отд£ , Н и X . Для этого была проведена серия стендовых испытаний с варьированием перечисленных выше параметров. Результаты испытаний предетавл( ны в табл.3 .

Разностенность труб д 5 замерялась прибором для замера раз-ностенности. Шероховатость внутренней поверхности Н - на профило-метре - профилографе ПЯ-201. Степень деформации определялась в зависимости от исходной величины диаметра отверстия перед ВГМ0

Обработка данных табл.3 по методике построения аппроксимативных математических моделей определила следующую зависимость:

N = Ао + АХЕХР ( - + Н2 -г (Л - 30)2) / 300),

где Ао = -285,72 и Ат = 2290,34

Таблица 2.

Результаты стендовых испытания полых пальцев с различными

видами обработки

V, пп Вид обработки Шероховатость внутренне" поверхности готовой детали Н,мкм Степень деформации при ВТМО ВО Л , % Долговечность N-I0"3 циклов

I ТМО на длинной оправке 1,9 - 2,?. 26,4 421

2 ТМО на короткой оправ ке 0,4 - 0,7 - 26,4 306

3 Рассверливание отвер- * ШИЛ т" 1 стия до ТМО + I 4,2 - 4,6 16,9 335

4 Рассверливание отверстия до ТМО + 2 3,3 - 3,8 22,0 531

5 3 + зачистка отверстия после TWO 1,6 - 1,8 22,0 2 475

6 4 + зачистка отверстия после ТМО 0,6 - 0,8 16,9 3000 и более

Таблица 3.

Результаты стендовых испытаний пальцев с варьированием параметров Д$ , Н и Л

Число циклов до разрушения, IM-I0"3 циклов Расзностеннос.ть, Д S , мм Шероховатость внутренней поверхности Н, мкм Степень деформации при ОТО ВОД, %

2000 0,10 1,9 30

1747 0,15 2,5 37

1190 0,33 4,7 20

888 0,53 5,9 19

780 0,69 6,6 43

697 0,81 7,9 17

692 0,85 8,2 45

590 1,20 10,0 15

— (О. —

Формула позволяет прогнозировать долговечность готовых деталей, изготовленных по определенной схеме обработки в зависимости от точности заготовок, полученной шероховатости отверстия и от режимов ВГМО ВО.

На основании проведенных исследований качества трубных заготовок и эксплуатационной долговечности полых пальцев определен наиболее эффективный вариант технологического маршрута их иэготов ления. Рекомендуется следующий маршрутный технологический процесс изготовления полых пальцев: прошивка - редуцирование - предварительная механическая обработка с целью удаления дифектного слоя на внутренней и наружной поверхности - упрочняющая обработка (ВГМО ВО на короткой оправке)- окончательная механическая обработка по внутренней и наружной поверхности с целью достижения необходимых параметров шероховатости и точности.

В четвертой главе приводится методика построения технологического маршрута изготовления бездефектных полых заготовок пальце с гарантированной долговечностью. Определены перспективы интенсификации технологии производства полых заготовок.

С использованием полученных эксперимэнтальных результатов разработана проектная технология и предложения по организации в отрасли производства трубчатого проката с ТМО по заданию предприя тия п/я В-8615 от 30.05.86 г. Изготовлены опытно-промышленные и установочные партии упрочненных ТМО полых пальцев для изделий 219, 477 и 688. Проведены стендовые и эксп5]уатационные испытания, показавшие, что полые пальцы не уступают, а в ряде случаев правое ходят по своим характеристикам пальцы сплошного сечения, изготовленные по серийной технологии. Кроме того, использование полых пальцев в изд.688 позволяет снизить вес гусеницы на 10-15% и повы сить ее маневренность.

В условиях ПО "Дромтрактор" выполнен проект опытно-промышленной установки ВГМО ВО в линии изготовления пальцев траков трактора Т-330 из горячекатаных трубных заготовок.

ОБЩЕ ВЫВОДИ

1. В результате анализа основных технологических схем ВГМО ВО труб наиболее приемлемой является схемакалибровки на короткой во-яоохлаждаемой оправке с регламентированным комбинированным охлаждением трубной заготовки в непрерывно-последовательном цикле обработки. По сравнению с рассмотренным схемами безоправочного деформирования л использованием длинной оправки, схема ВГМО ВО на короткой оправке более полно обеспечивает требуемый уровень механических свойств материала, параметров точности и производительности процесса.

2. Исследование вариантов технологических маршрутов обработки полых деталей позволило разработать и рекомендовать следующий маршрутный технологический процесс изготовления пальцев траков: прошивка — редуцирование предварительная механическая обработка для удаления дефектного слоя по шутреннай и наружной поверхности -»-упрочняющая обработка (ВГМО ВО на короткой оправке) — окончательная механическая обработка внутренней и наружной поверхности

с получением необходимых параметров шероховатости и точности.

3. Основными технологическими факторами, влияющими на долговечность полых пальцев, изготовленных по предлагаемой технологии, в условиях нагружения асимметричным знакопостоянным изгибом, являютсястепень деформации (А ) при ВГМОВО, вид обработки внутренней поверхности, определяющий ее шероховатость 'Ю и разностен-ность (дБ) на участке действия максимального изгибающего момента. Экспериментально установленная взаимосвязь перечисленных технологических факторов с долговечностью польгх пальцев 'N) имеет вид:

N=¿0 2 + н2 + ( л -зо)2)/зоо

4. Математическая модель прогнозирования долговечности полых пальцев РМ111, полученная на основании расширенных стендовых испыта ний, позволяет проводить расчет предельных отклонений размеров, выбирать режимы ВТМО ВО и назначать методы обработки внутренней поверхности деталей с обеспечением требуемого уровня долговечности изделий.

5. Исследования точности полых заготовок по операциям технологического процесса показали снижение общего поля отклонений после ВТМО ВО: наружного диаметра - 2...4 раза; внутреннего диаметра - в 2...6 раз; разностенности - на 10.,,12% по сравнению

с предшествующими операциями редуцирования и предварительной механической обработки и показали, что точность заготовок после операций металлургического цикла с последующей калибровкой в режиме ВТМО является достаточной для получения качественных упрочне ных заготовок пальцев РМШ.

6. Исследование качества поверхностных слоев труб по операциям технологического процесса без применения предварительной механической обработки показали необходимость удаления дефектного слоя с поверхностей горячекатаных труб 4 20...40 мм на глубину до I мм; с применением ВТМО ВО - до 0,7...О,8 мм. Использование предварительной (перед упрочнением) и окончательной механической обработки поверхностей проката обусловило отсутствие дефектного и обезуглероженного слоя как на наружной» так к на пнутрекке* поверхностях трубных заготовок.

7. Механические свойства стали 30ХГСН2А, использованной при изготовлении полых пальцев, обеспечивались технологическими режимами ВТМО ВО ( Л = 12...32%; £ = 3...5 мм/об; Т3е<р= 980.. ,1000°С)

и составили: -- 1721 Iffla; = IBW ИПа; S = 13,3$; V 63,5?,;

КСU = 1,15 при твердости HRC3 = 49...51, что на 5...8%

мг

превышает требования по ТУ отраслевого НИИ для данной продукции.

8. На базе выполненных исследований разработаны: технологическая оснастка (а.с. № 279863) и принципиально новь® методы повышения качества труб в процессе ОТО ВО (а.с. И 269796, 325357, I76I3I9).

Разработан новый метод удаления дефектного слоя с наружной поверхности горячекатаных труб, совмещенный с ТМО (а.с. 1666238) и способы механической обработки поверхности отверстия повышенной производительности (а.с. JW? 1569208, 1646712).

Полученные результаты положены в основу разработанной проектной технологии производства полых пальцев РМШ с ВТМО применительно к специализированному цеху металлургического завода.

9. Изготовлены опытно-промышленные и установочные партии деталей, проведены их стендовые и эксплуатационные испытания. Установлено, что применение в штатной технологии полых заготовок и их ВТМО ВО совместно с наружным поверхностным упрочнением и зачисткой отверстия позволяет повысить эксплуатационную долговечность деталей в 1,5...2 раза с одновременным снижением их веса

на 10...15$, а в ряде случаев заменить сложнолегированные марки зталей на более простые.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следую-цих публикациях:

1. Дементьев В.Б., Засыпкин А.Д., Спичкин H.A. Исследование технологии производства толстостенных трубчатых заготовок.- Сборник :татей, выпуск I,- ОКГБ "Восход".- Ижевск: ИМИ, 1989, с.36-43.

2. Шаврин О.И., Дементьев В.Б., Засыпкин А.Д., Спичкин H.A. 1роблемы снижения материалоемкости деталей ВГМ // Тезисы докладов СХ1У НТК ПВАИУ.- Пенза, 1990, с.39.

- со -

3. Дементьев В.Б., Засылкин А.Д., Спичкин H.A. Оценка точности геометрических размеров труб с ВТМО,- Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1990, № 9, с.41-43.

4. Засылкин А.Д., Дементьев В.Б., Трухачев A.B., Шаврин 0.1 О некоторых методах удаления дефектного слоя с поверхности горя деформированных труб / В кн.: Методы вычислительного эксперимен в инженерной практике: Сборник научных трудов.- Был.4.- Ижевск: Ижевский механический институт, 1992,- 117 с.

5. Засылкин А.Д., Шаврин О.И. О повышении долговечности полых пальцев траков гусеничного двия&теля технологическими мет дами //.Тезисы докладов НТК "Ученые ИМИ - производству".- Ижевс 1992 г., с.52.

Подписано к печати & .{i.Q5~, Формат 60x84x16 Усл.печ.л. I Тираж 80 экз. Заказ № _

Издательство ИжГТУ, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7