Технологические аспекты производства калиброванного металла со специальной отделкой поверхности Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Библиографическим список

1. М адатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. МВоентехнолит, 2000. 256 с.

2. Высокопрочная арматурная сталь/ Кугушин А.А., Узлов И.Г., Калмыков В.В., Мадатян С.А., ИвченкоА.В. М.: Металлур-

гия, 1986. 272 с.

3. Термомеханическая обработка проката из непрерывно-литой заготовки малого сечения / Парусов В.В., Белитченко А.К.,

Богданов А.Н., Сычков А.Б., Нестеренко А.М., Парусов О.В. Запорожье: ЗГУ, 2000. 142 с.

4. Заика В.И., Кащенко Ю.А., Брехаря Г.П. Водород в промышленных сталях. Запорожье: ЗГУ, 1998. 192 с.

УДК 621.778

А.Г. Корчунов, К.Г. Пивоварова, В.В. Андреев, С.М. Вершигора, В.П. Рудаков

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА КАЛИБРОВАННОГО МЕТАЛЛА СО СПЕЦИАЛЬНОЙ

ОТДЕЛКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Современный рынок машиностроительных технологий постоянно повышает требования к калиброванному металлу по точности размеров профиля и качеству поверхности при гарантированном уровне механических свойств.

Данная тенденция обусловлена постоянным обновлением основных фовдов российских пред -приятий, разработкой и производством все более сложных деталей, машин и агрегатов, успешным развитием совместных с иностранными произво-дителями производств. Повышенным спросом на отечественном рынке пользуется калиброванный металл со специальной отделкой поверхности по ГОСТ 14955 с высокой точностью размеров профиля . Этот вид продукции метизной отрасли ис -пользуется на автозаводах при изготовлении деталей силовых агрегатов, элементов передней подвески, рулевого управления.

Специальная отделка поверхности металла заключается в удалении дефектов металлургического происхождения и обезуглероженного слоя с поверхности подката, что достигается шлифованием или использованием резцовой обработки -обточки Значительным преимуществом последней является то, что образовавшуюся при обра-ботке стружку можно полностью возвращать в технологический цикл и использовать для вы -плавки этой же марки стали, а пыль после шлифования практически неприменима. На отечественных предприятиях широко используется обточка, осуществляемая на автоматических линиях [1-4]. После такой обработки на поверхности металла остаются риски от резца, имеющие определенную ориентацию в окружном направлении, которые могут достигать глубины до 0,05 мм [5]. Для дета -лей машин, работающих при знакопеременных нагрузках, такое качество поверхности недопустимо. Поэтому обточенный металл на метизных

заводах подвергают дополнительной обработке, повышающей степень отделки поверхности и точ -ность размеров профиля.

Известно более 10 технологических схем производства калиброванного металла из сортового подката с использованием обточки как финишной операции или в комбинации с волочением , обкаткой в роликах и обработкой в правиль -но-полировальных машинах.

В настоящей работе приводятся результаты исследований влияния вариантов технологиче-ского передела на механические свойства, качество поверхности и точность размеров калиброванного металла, изготовленного с применением обточки и последующего волочения.

Калиброванный металл изготавливали из сталей 20Г2Р, 40С2А в условиях ОАО «Магнитогорский калибровочный завод». Термообработку бунтового подката осуществляли в колпаковых печах без применения защитных атмосфер. Специальная отделка поверхности достигалась обточкой подката на стане «Кизерлинг» по схеме из бунта в бунт. После традиционных операций подготовки поверхности металла к волочению калибрование обточенного металла осуществляли на линиях «Шумаг», оснащенных устройствами резки на мерные длины и правки-полирования.

Одна из задач исследования заключалась в установлении рациональных режимов обточки и оценке влияния этой операции на механиче-ские свойства металла.

В работе [5] минимальную толщину снимае-мого слоя при обточке рекомевдуют определять по приближенному выражению а = 0,1у[ё , где й - диаметр калиброванного металла. На практике толщина снимаемого слоя при обточке может достигать значительно больших значений в за -

висимости от глубины залегания поверхностных дефектов, обезуглероженного слоя, неравномерности геометрических размеров подката по длине бунта и др.

На рис. 1 показана зависимость коэффициента расхода металла при обточке от толщины снимаемого слоя.

С целью снижения расходного коэффициента важно проводить термообработку в защитной атмосфере для уменьшения обезуглероживания.

Оценку влияния обточки на механические свойства металла проводили на обточенных об -разпах, полученных из предварительно калиброванного металла стали 20Г2Р и из горячекатаной стали 40С2А.

Горячекатаный прокат из стали 20Г2Р диаметром 23,0 мм после подготовки поверхности к волочению калибровали на диаметр 21,0 мм, затем обтачивали на размер 20,0 мм, фосфатировали и для закрепления фосфатного покрытия вторично калибровали на размер 19,2 мм. Результаты переработки стали 20Г2Р приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, свойства металла после обточки практически соответствуют отожженному состоянию. В результате обточки удаляется поверхностный слой металла, наиболее наклепанный волочением, а структура центральных слоев металла остается неизменной В данном случае первичное калибрование выполняет функцию не свойствообразующей операции, а вспомогательной, заключающуюся в устранении колебания размеров годката по длине бунта.

Совершенно по-другому обточка влияет на свойства металла, когда она предшествует калиброванию (табл. 2). Отожженный подкат из стали марки 40С2А диаметром 14,0 мм подвергали обточке на диаметр 12,9 мм, затем после операций подготовки поверхности обточенный металл калибровали на круг диаметром 12,0 мм.

Наблюдаемые рост прочностных и падение пластических свойств металла в состоянии после отжига обусловлены суммарным вкладом опера -ций обточки и калибрования. Указанное измене -ние механических свойств металла объясняется в большей степени упрочнением его поверхностных слоев [6].

Одновременно с изучением механических свойств оценивали качество поверхности калиброванного металла и возможность повышения точности его размеров. Обточка на глубину 0,5 мм на сторону и более обеспечивает полное удаление обезуглероженного слоя, образовавшегося в процессе отжига, а также дефектов поверхности металлургического происхождения. Достигнутая на заводском оборудовании точность размеров про-

Исходный диаметр, мм

Рис. 1. Зависимость коэффициентарасхода металла от толщины снимаемого слоя при обточке

(1 - 0,5 мм; 2 - 1,0 мм; 3 - 1,5 мм)

Таблица 1

Изменение механических свойств калиброванного металла из стали 20Г2Р по технологическим переделам

М еталл М еханические свойства

Временное сопротивление разрыву ств, М ПА Относительное удлинение 5,% Относи- тельное сужение ф, % Обезуг-лерожен-ный слой, мм

Горячекатаный прокат 23,0 мм 568 26 68 0,08

Отожженный прокат 23,0 мм 490 31 70 0,34

Калиброванный металл 21,0 мм 637 16 61 Не измеряли

Обточенный металл 20,0 мм 480 30 68 Отсут- ствует

Калиброванный металл 19,2 мм 560 22 64 Отсут- ствует

Таблица 2

Механические свойства калиброванного металла из етапи 40С2А

М еталл М еханические свойства

Временное сопротивление разрыву ств, М ПА Относительное удлинение 5,% Относи- тельное сужение ф, % Обезуг-лерожен-ный слой, мм

Горячекатаный прокат 764 22 50 0,05

Отожженный прокат 595 29 61,5 0,30

Обточенный металл 635 27,5 60 Отсутст- вует

Калиброванный металл 840 12,8 47 Отсутст- вует

филя после обточки соответствовала по предельным отклонениям и овальности 5 классу точности по ГОСТ 14955.

Параметры микрорельефа поверхности металла определяли на базовой длине 0,8 мм с помощью профилометра-профилографа А-252. После обточ-ки в зависимости от скорости вращения резцовой головки шероховатость поверхности металла, оце-ниваемая показателем Яа, составила 2,8-4 мкм.

Калибрование обточенного металла со степенями деформации 8-15% существенно умень-шило этот параметр до значений 0,63-0,34 мкм, что соответствует группе отделки поверхности Б по ГОСТ 14955. При этом по предельным отклонениям и овальности прокалиброванный металл отвечал требованиям 4 класса точности

Производственные эксперименты показали, что важнейшим условием повышения точности размеров калиброванного металла является учет особенностей его холодного волочения и отделки.

Применяемые незначительные степени обжатия при деформации больших диаметров обусловливают действие в очаге деформации преимущественно радиальных напряжений о>, в несколько раз превышающих осевые напряжения аеол от приложенной силы волочения (рис. 2). В реальных условиях это обстоятельство значительно усиливает износ рабочего канала волоки, снижая ее рабочую кампанию.

Как известно, после волочения в результате упругой деформации калибруемого металла и волоки диаметр получаемого прутка ста -новится отличным от диамет-ра волоки в не нагруженном состоянии. В литературе это явление получило название «подъем» металла. Исследование в промышленных условиях величины «подъема» металла весьма затруднительно, поэтому для его аналитического определения воспользовались выражением [5]:

12

0,175

<и

3

с

0,125

0,1

0,075

. сх „а

я=-^~+——,

Е 2Е1В

где X - величина подъема металла после волочения; ав -временное сопротивление

разрыву стали; Е, Е1 - модули упругости стали и материала инструмента соответственно;

со

0,025

а

-5

ь

X

I

в.

с

я

=

£

=

С

=

С

I

I-

О

10

0

1 =( 3,07

\ Л /

* ' > V 4\ \ 1 \

1 =0,12 ♦ X

* *

0

5

25

10 15 20

Степень деформации, %

Рис. 2. Зависимость а,/ствол от степени деформации при калибровании стали 20Г2Р диаметром 23,0 мм при различном коэффициентетрения \ (сплошные линии - полуугол волоки 9°; пунктирные - полуугол волоки 6°)

С - коэффициент, зависящий от параметров волоки; I - длина очага деформации при волоче-нии; В - ширина волоки.

Выполненные расчеты показали, что при ис-пользовании твердосплавных волок вторым ела -гаемым в данном выражении можно пренебречь, так как его вклад в общее значение величины «подъема» металла составляет не более 5%.

По результатам расчетов построили номограмму (рис. 3), позволяющую определять вели-

1 800 МПд *

4 ** 600 МПа

0

.

За « ** - Г ^ — 400 МПа ,

У

2

12

16

20

24

28

32

Диаметр калиброванного металла, мм Рис. 3. Зависимость величины «подъема» от диаметрам прочностных свойств калиброванного металла (сплошные линии - предельные отклонения по диаметру классов точности по ГОСТ 14955; пунктирные - временное сопротивление стали)

8

6

4

2

8

чину подъема металла для наиболее распространенных в промышленных условиях значений технологических параметров калибрования.

Ввдно, что «подъем» металла увеличивается с ростом диаметра и прочностных свойств прутков. При этом его величина ниже предельных отклоне -ний по классам точности 4 и 5 по ГОСТ 14955. В то же время при производстве калиброванного ме -талла более высоких классов точности учет «подъема» металла обязателен наряду с требуемыми предельными отклонениями готового профиля при выборе размера калибрующей зоны волок и опре -деления допустимой величины их износа.

Явление «подъема» металла имеет место и при обработке прокалиброванного металла в правильно-полировальном блоке линии «Шу-маг». В данном случае его величина составляет от 0,01-0,03 мм в зависимости от диаметра прутка, марки стали и степени обжатия.

Выполненные исследования позволили получить необходимые данные для проектирования ресурсосберегающих технологических процессов производства калиброванного металла со специальной отделкой поверхности для изготовления ответственных элементов подвески и управления автомобилей

4.

5.

6.

Библиографический список

Сафронов А.В. Освоение технологии производства калиброванного проката с отклонениями по квалитету точности И9 // Сталь. 2004. № 4. С. 71-73.

Сафонова В.Н., Сливов В.И. Влияние степени деформации при волочении на механические характеристики калиброванного металла // Изв. вузов. Черная металлургия. 2001. № 5. С. 38-40.

Параметры качества и эффективность производства обточенных и полированных прутков из стали 60С2А /

Н.И.Шефтель, В.В.Наговицин., В.Д.Захарова, А.В.Гришин // Сталь. 1976. № 5. С. 428-430.

Совершенствование производства калиброванного и обточенного проката из автоматных и легированных сталей / С.М.Вершигора, А.А.Черняк, В.П.Рудаков, А.А.Чупин // Сталь. 2004. № 2. С. 39-40.

Шефтель Н.И. Производство стальных калиброванных прутков. М.: Металлургия, 1970. 432 с.

Изменение механических свойств и шероховатости поверхности металла при обточке и калибровании / А.Г.Корчунов,

В.В.Чукин, К.Г.Пивоварова, В.Н.Челищев // Производство проката. 2004. № 9. С. 31-33.