CC BY
14ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
лица). Анализ полученных результатов показывает, что материал отливок, изготовленный способом ЛВКД, имеет в 1,5 раза более высокий предел прочности и в 2 раза более высокий предел текучести по сравнению с требованиями ГОСТ.
Использование для литья способом ЛВКД сплава АЛ 19
позволит получать отливки с пределом прочности материала порядка 50 кгс/мм, а использование нелитейных сплавов типа АК6, АК8, В95, В96 и др. - расширить номенклатуру и возможности литейного производства при снижении требований к исходным шихтовым материалам.
В 2003 г. на Опытном заводе цветного литья (ОАО «ОЗЦЛ» г. Новосибирск) под научно-техническим руководства автора была создана и освоена технология изготовления способом ЛВКД особо ответственных изделий, работающих в условиях высоких температур и давлений, - медных наконечников кислородно-конверторных фурм с КИМ 0,95.
Прсизводственные испытания опытных наконечников в условиях ОАО «ЗСМК» показали, что стойкость цельнолитых наконечников, полученных способом ЛВКД по оптимальным режимам, в несколько раз превышает стойкость используемых в производстве сварных наконечников, изготавливаемых из медного проката, КИМ которых в 2 раза меньше литого варианта при более высокой стоимости.
Таким образом, на основе нового способа ЛВКД созданы технологии литья точных заготовок с КИМ 0,870,95 из черных и цветных металлов и сплавов деталей ответственного назначения с повышенными гарантированными свойствами литого металла [3] с использованием постоянных форм, форм по газифицируемым и выплавляемым моделям, сухих стопочных форм.
Анализ уровня используемых в заготовительном производстве машиностроения серийных технологий и новых технологий получения точных заготовок способом ЛВКД показывает, что создание в России способа ЛВКД можно квалифицировать как крупное научно-техническое достижение получения отливок из охлажденных расплавов металла под низким давлением, не имеющего аналогов в мире, открывающего новое направление в развитии управляемых процессов литья точных тонкостенных заготовок деталей машиностроения, в т.ч. сложной конфигурации, с механическими свойствами металла на уровне поковок и проката.
Литература
1. Шуляк В. С. О развитии литейного производства - осноеной заготовительной базы машиностроения //Литейщик России.-2003г. - №7. - стр.5-8.
2. A.c. 539683 (СССР). Устройство для получения отливок//Авт. изобрет. Караник Ю. А. - Заявл. 12.02.74 г. №1998326/ 02; М.КЛ.1322Д 27/17. - открытия, изобрет. 1976 №47.
3. Караник Ю. А. Применение литья выжиманием с кристаллизацией под давлением для снижения метало- и энергопотребления при производстве отливок //Литейщик России -2003 - №8 - с. 25-28.
4. Исследование и разработка технологии получения сложных точных стяпкных отпилок деталей двигателей изделия типа «Тулумбас», «Динар» способом ЛВКД: Отчет о НИР. Институт прикладной физики. Научный руководитель Караник Ю. А. - № ГР Ф377736; инв.№68. - Новосибирск, 1990. - 321 с.
5. Чернов Н. М. Формирование стальных отливок по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением: диссертация в форме научного доклада на соиск. учен. степ, канд. техн. наук. - Красноярск, 1993 г. -23 с.
6. Шинский О. И. Механизм формирования качества отливок. полученных по газифицируемым моделям. //Литейное производство. - 1991. - №1. - с.4-7.
7. Караник Ю. А. Получение отливок выжиманием с кристаллизацией под давлением. //Прогрессивные технологические процессы получения литых заготовок на предприятиях отрасли. Сборник тезисов докладов конференции в г. Донецке, 16-18 авг. 1978 г. - М., ЦНИИНТИ, 1978. с.33-35.
Таблица
Образец Марка сплава Вид термо -обработки Мех аническ ие свой ства
МПа МПа 6,%
1 2 3 По ГОСТ 2685-75 AJ19 AJI9 АЛ9 АЛ9 Т5 Т5 Т5 Т5 30.6 30.7 30,2 19 23,7 24,6 24,3 5Д 5,9 5,2 2 9,6 15,8 8,8
Анализ методов обработки сварных швов
А. Н. КОРОТКОВ, профессор, доктор техн. наук, КузГТУ, Д. М. ДУБИНКИН, инженер-технолог ООО «Кемеровохиммаш»,
г. Кемерово
Сварка является одним из распространенных видов соединения отдельных частей деталей. К образующимся в процессе сварки сварному шву предъявляются ряд требований. Число и содержание этих требований предопределяется условиями последующей работы детали, узла или механизма с наличием сварных швов. Наряду с обычными требованиями по внешнему оформлению (отсутствия окалины, геометрическая правильность, непрерывность) и шероховатости сварного шва к нему могут предъявляться специальные требования по герметичности, прочности и сопротивлению усталости. Последнее особенно характерно для химического машиностроения, где изготавливаются котлы, сосуды для проведения химических реакций, цистерны и другие изделия, к которым предъявляются высокие требования.
Подобная номенклатура изделий изготавливается, в частности, на заводе ООО «Кемеровохиммаш» и соединение деталей сваркой является здесь самой распространенной операцией. В качестве последующей обработки сварных швов на данном заводе используют операцию шлифования, как наиболее производительную и основном обеспечивающую заданные тэебования.
Но известны и другие методы обработки сварных швов [2, 4, 5, 6]. В их числе - поверхностный наклеп, высокий отпуск, статическая перегрузка конструкций точечный и местный нагрев, точечное и линейное пластическое обжатие, импульсная обработка. Представляется полезным знать в какой мере различные методы, могут соответствовать постав-
(Продолжение на 26 стр.)
№2(23)2004 23
MATERIALS & PROCESSES
MVK
Организаторы:
Директор выставки:
Выставочный холдинг MVK, Международный союз металлургов (МСМ),
Союз ассоциаций и акционерных обществ в области перспективных
материалов (САПЕМ)
Маризина Надежда Алексеевна
Тел./факс: +7 (095) 268-95-20
E-mail: mna@mvk.ru
При поддержке:
Информационные спонсоры:
Российское обществе сканирующей и зомдовой микрохирургии и нанотехнопогий
Мисяишям Оиржа ця гных металлов Российский союз товаропроизводителей Федерация космонавтики России Российский союз химиков Российская академии наук КВЦ«Сокольники-
ШШЁШГтЖ
VII ГЛЛЛМ»!
EXPO
www.matpro.ru
Международная специализированная выставка
WWW.MVIC.ru 995-05-95
МАТЕРИАЛЫ И ПРОЦЕССЫ
—! РОССИЯ. МОСКВА, КУЛЬТУРНО-ВЫСТАВОЧНЫЙ UEHTP «СОКОЛЬНИКИ»
ОКТЯБРЬ
18.10 - 21.10
2004
Современные промышленные материалы и технологические процессы: металлы, керамика, пластики и композиционные материалы, покрытия и нанотехнологии. измерения и исследования, новые разработки
Тематика выставки:
В РАМКАХ ПРАЗДНОВАНИЯ ДНЯ Г0СУДАРСТВЕНН0СТИ|УДМУРДСК0И1РЕСПУБЛИКИ
ПРАВИТЕЛЬСТВО УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДА ИЖЕВСКА УДМУРТСКАЯ ТОРГОВО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПАЛАТА
рпемлш
г.Новокузнецк
Тел:.(3843) 46-63-72, 46-6 E-mail: metal@kuzba Http:/www.kuzbass
мной индустрии
тавок и ярмарок
RW
m
3-73, 46-49
tss-fair.ru
-fair.ru
ш
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
(Продолжение. Начало на 23 стр.)
ленным требованиям. Анализ данной ситуации с точки зрения влияния различных методов обработки на усталостную прочность сварных швов показывает следующее:
1. Поверхностный наклеп. Экспериментально установлена весьма высокая эффективность поверхностного наклепа, способствующего повышению усталостной прочности. Способ дробеструйного наклэпа можно рекомендовать как весьма эффективное средство для повышения сопротивления усталости деталей машин и сварных соединений. Однако применять его к металлическим конструкциям больших габаритов затруднительно, а иногда и невозможно.
2. Точечное и линейное пластическое обжатие. Способ создания сжимающих остаточных напряжений в местах концентраторов с целью повышения усталости сварных соединений путем местного пластического обжатия металла статической нагрузкой [1]. Местное обжатие металла изменяет характер остаточных напряжений в местах концентраторов. Однако необходимо 01мши1ь, что для такого обжатия еще не создано оборудование, которое могло бы использоваться в промышленности.
3. Статическая перегрузка конструкции. Г. В. Раевский [7] гредложил способ повышения вибрационной прочности сварных швов статической перегрузкой до достижения предела текучести. Испытания сварных образцов в исходном состоянии и после статической перегрузки показали, что последние сбладают большей вибрационной прочностью. Перегрузка во многих случаях может быть осуществлена обычными домкратами, однако, применение их зафуднительно, а иногда и невозможно в крупногабаритных конструкциях.
4. Из всех приемов обработки сварных соединений наименее трудоемкой является локальная обработка зон концентрации напряжений взрызом (импульсная обработка) с целью создания в них напряжений сжатия. Предложение использовать такой метод для повышения сопротивления усталостному разрушению сварных соединений, было сделано впервые в ИЭС им. Е.О.Патона в начале 60-х годов. Позднее исследования этого метода были выполнены и за рубежом. Обработку взрывом применяют для снятия остаточных на-пэяжений в стыковых швах декомпозеров для повышения их коррозионной стойкости. Использование такой обработки для повышения усталостной прочности сварных металлоконструкций еще требует преодоления ряда формальных и организационных препятствий (8].
5. При прочих равных условиях положительное влияние высокого отпуска по мере увеличения степени концентрации напряжений снижается. Можно считать установленным, что стыковые соединения из низкоуглеродистых и низколегированных сталей при доброкачественном их выполнении работают в эксплуатации вполне удовлетворительно и эез высокого отпуска. Соединения с угловыми швами, обладающие низкой усталостной прочностью, не улучшают своих качеств в результате отпуска, а, напротив, их ухудшают. В связи с этими данными данный метод обработки не нашел широкого применения в производстве.
6. Метод точечного или местного нагрева, создающий полезные сжимающие напряжения в зонах концентраторов, оказывает положительный эффект на усталостную прочность соединений разного типа Недостатком этого метода являет с я трудность определения требуемой зоны разогрева. Ошибка в положении зоны может привести к отрицательным результатам. Поэтому в производственных условиях метод повышения усталостной прочности путем местного нагрева распространения не получил.
На рис. 1 представлены результаты оценки повышения пределов выносливости сварных соединений после различных видов обработки [8]
250
200
150 а? 100
50 0
1 2 3 4 5 6 7 □ Стыковое соединение DC лобовыми швами ■ Сфланговыми ивами ■ Прикрепление конструктивных элементов
Рис. 1. Повышение пределов выносливости сварных соединений низкоуглеродистых и низколегированных сталей (%) после различных видов обработки [8], где: 1 - ме<аническая обработка швов; 2 - высокий отпуск; 3 - предварительная статическая перегрузка; 4 - поверхностный наклеп; 5 - точечный и местный нагрев; 6 - точечное и линейное пластическое обжатие; 7 - импульсная обработка
Анализируя представленные данные (п.п.1 -п.п.6 и рис.1), можно прийти к выводу, что по совокупным показателям на сегодняшний день действующим и универсальным методом последующей обработки сварных швов является все же механический метод. В его же пользу, наряду с другими факторами, говорит также и то, что механическая обработка швов, благодаря которой создается плавный переход от шва к основному металлу, способствует повышению вибрационной прочности. Так, кривые усталости сварных швов без обработки и с механической обработкой (рис.2) показывают, что пределы выносливости у образцов с заглаженными швами на 35-40% выше, чем у образцов без обработки [1].
Число циклов, N 10
□ Шв ы не обработаны ■ Шв ы обработаны (заглажены) Рис. 2. Кривые усталости плоских сварных образцов [1].
Механическая обработка сварных швов осуществляется, главным образом, двумя способами - фрезерованием (фрезерным трактором) и шлифованием (ручными шлифмашин-ками). К достоинствам операции фрезерования относятся высокая производительность, а недостаткам - интенсивный износ инструмента и необходимость [в ряде случаев) после-
1 1
и 11 п п
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
дующей обработки шлифованием. Шлифование обеспечивает высокую производительность, возможность обработки труднодоступных мест и снимает необходимость последующей обработки, но сопряжено с появлением на деталях прижогов и шлифовочных трещин, а также сопровождается высоким износом инструмента и возможностью его разрыва при работе.
В целом шлифование сварных швов в большинстве случаев является более предпочтительным, чем фрезерование, но как показывает практика, требует ряда доработок. Так, применение обдирочных кругов на операциях обработки сварных швов в заготовках (карт, днищ, обечаек и др.), при изготовлении сложных и ответственных сварных конструкций в условиях завода ООО «Кемеровохиммаш» показывают, что стандаэтный шлифовальный инструмент не всегда удовлетворяет качеству обработанной поверхности, обладает повышенным износом, способствует образованию прижогов и шлифсвочных трещин и склонен к разрыву при различных силовых нагрузках.
На кафедре металлорежущих стянкоя и инструментов КузГТУ проводятся поисковые научно-исследовательзкие разработки по устранению этих недостатков. За основу исследований взято направление по упорядочению формы и расположения шлифовальных зерен в теле инструмента. Имеющие результаты говорят о том, что, варьируя форму зерен, можно существенно снизить шероховатость обработанных поверхностей, повысить стойкость и прочность шли-
фовальных кругоз, уменьшить температуру-резания.
Литература
1. Аснис А.Е., Иващенко Г.А. Повышение прочности сварных конструкций.- Киев.: Наукова думка, 1985,- с 162-169.
2. Большаков К.П. Влияние некоторых конструктивных и технологических факторов на вибрационную прочность сварных конструкций.- В кн.: Вибрационная прочность сварных мостов. М.: Тррянг.жепдорзит. 1952. с. 5-74.
3. Гильде В. Повышение выносливости сварных соединений конструкций с помощью пластмассовых покрытий.- Автомат. сварка, 1965, №1, с. 23-27.
4. Кравченко П.Е. Усталостная прочность.- М.: Высш. школа, 1960.- 104 с.
5. Крайчик М.М. Усталостная прочность и упрочнение сварных соединений из малоуглеродистых и низколегированных сталей.- Автомат сварка, 1953, №3, с. 24-36.
6. Кудрявцев П.И. Остаточные сварочные напряжения и прочность соединений.- М.: Машиностроение, 1964.- 96 с.
7. Раевский Г.В. Повышение вибрационной прочности сварных конструкций путем статической перегрузки. - Сб. тр. по автомат, сварке под флюсом, 1948, №1, с. 51-59.
8. Труфяков Е.И. Некоторые вопросы повышения несущей способности и долговечности сварных конструкций // Надежность и долговечность машин и сооружений. - Киев.: Наукова думка, Вып. 3, 1983. с. 3-12.
Новые технологии в производстве стальных поршневых колец
Г. А. ОКОЛОВИЧ, профессор, канд. техн. наук, С. В. КАРПОВ, доцент, канд. техн. наук, О. С. ЛАРЕЩЕВА, аспирант, АлтГТУ им. И. И. Ползунова, г. Барнаул
Основным материалом для изготовления поршневых колец служит чугун. По строению своей металлической основы он близок к стали, но чугун весьма существенно отличается от стали. Его металлическая сснова пронизана микропорами, заполненными графитом. Наличие микропор в чугуне несколько снижает его механические свойства пи сравнению со сталью, но вместе с тем делает более износостойким, сво-бодныэ включения графита служат своеобразной смазкой сопряженных поверхностей.
Однако это преимущество в поршневых кольцах не реализуется при эксплуатации двигателей, так как рабочие поверхности колец для повышения износостойкости покрываются хромом толщиной 0,8-1,5 мм. а после износа хромированного слоя кольца практически непригодны к работе.
Во всем мире производители двигателей внутреннего сгорания постоянно веду| поиск новейших технологий в изготовлении деталей цилиндро-поршневой группы. Одно из направлений - это поршневые кольца из стального проката вместо традиционных колец из чугуна, которые обладают уникальными свойствами.
Наша технология базируется на оборудовании, позволяющем методом волочения - прокатки получать все виды профилей для производства колец современных ДВС. Термические процессы, упрочнение рабочих поверхностей различными способами (карбонитрирование, ионно-плазменное напыление, ионная имплантация, поосрхпостмая пластическая деформация, обработка в электролитной плазме) обеспечивают производство качественных колец в соответствии с требованиями ДИН (европейская классификация) и основных требований ЕВРО - 3.
Разработанная технология позволяет выпускать поршневые кольца для дизелей, бензиновых ДВС, компрессоров и др. установок в диапазоне 0 60-180мм. Достигается повышение работоспособности цилиндро-поршневой группы
в 1,5-2 раза по сравнению с чугунными кольцами.
Возможно значительное повышение моторесурса дизелей, используемых в сельхозмашиностроении, а также применение колец в других отраслях промышленного производства.
Маслосъемное кольцо из стального проката с перфорированными пазами обеспечивает высокую радиальную подат ливость (момент инерции сечения кольца из проката в 3 - 5 раз меньше, чем у колец из высокопрочного легированного чугуна) засчет уменьшения толщины и ширины рабочих поясков, что позволяет существенно снижать удельный расход масла (до 0,2 % от расхода топлива).
Для получения сложного профиля разработана технология волочения-прокатки стальной проволоки из стали 65Г.
Переходом волочения называется ступень изменения размеров поперечного сечения металла при прохождении через одну волоку. Обычно процесс волочения ведут в несколько переходов, при которых поперечные сечения заготовки, подвергающейся волочению, постепенно приближаются к сечению готового изделия, в зависимости от многих факторов:
- прочностных и пластических харак-еристик обрабатываемого металла;
- сложности конфигурации поперечного сечения изделия, вида смазки, способа ее подвода к деформационной зоне;
- продольного профиля волочильного канала и ряда других факторов.
Все эти факторы в совокупности трудно учесть при определении силы волочения. Поэтому для стабильного протекания процесса необходимо, чтобы у протянутой части был определенный запас прочности и пластичности.
Процесс волочения следует вести при оптимальных условиях, т. е. с минимальным числом переходов, при применении эффективных смазок, высококачественного волочильного инструмента, хорошо отрегулированного волочильного оборудования.
