RU2026370C1

RU2026370C1 - Method for reconditioning of cylindrical surfaces of large curvature of steel base members

Info

Publication number: RU2026370C1
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Гурмаза; Вячеслав Николаевич Бугаев; Александр Иванович Семененко; Олег Иванович Матвиенко; Сергей Иванович Удод; Марат Натанович Бабот; Валерий Николаевич Половинкин; Валентин Борисович Лянной; Павел Иванович Загородских
Original assignee: Институт проблем литья АН Украины
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method for reconditioning of cylindrical surfaces of large curvature of steel base members consists in placing the member in die and surface to be reconditioned is heated simultaneously in height at rate of 120-145 C/s up to 750-770 C and member is cooled in the air. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к восстановлению отверстий деталей из углеродистых сталей и может быть использовано для ремонта деталей топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания, имеющих малые диаметры восстанавливаемой поверхности и относительно большую ее длину. The invention relates to the restoration of holes of parts made of carbon steel and can be used to repair parts of fuel equipment of internal combustion engines having small diameters of the restored surface and its relatively large length.

Известны способы восстановления цилиндрических поверхностей деталей из углеродистых сплавов, заключающиеся в скоростном индукционном нагреве восстанавливаемой поверхности детали в матрице до необходимой температуры и охлаждении этой поверхности водой. Known methods for the restoration of the cylindrical surfaces of parts made of carbon alloys, consisting in high-speed induction heating of the restored surface of the part in the matrix to the required temperature and cooling this surface with water.

Недостатком этих способов является то, что они не обеспечивают получение качественной поверхности при восстановлении корпусных деталей большой кривизны. В процессе восстановления таких поверхностей увеличивается вероятность образования трещин и отбела из-за высоких температур нагрева (800-950^оС) и больших скоростей охлаждения детали (охлаждение водой).The disadvantage of these methods is that they do not provide a high-quality surface when restoring body parts of large curvature. The recovery process of such surfaces increases the likelihood of crack formation and chill due to high temperature heating (800-950 ^{° C)} and high cooling rates parts (cooling water).

Наиболее близким по техническому решению и получаемому результату является способ восстановления цилиндрических поверхностей, определяющий оптимальную температуру нагрева детали, при которой имеет место минимальное сопротивление пластической деформации (750-770^оС), обеспечивается равномерная величина пластической деформации деталей значительных размеров.The closest in technical solution and the obtained result is a method for the restoration of cylindrical surfaces, which determines the optimum heating temperature of the part, at which the minimum plastic deformation resistance (750-770 ^о С) takes place, and a uniform amount of plastic deformation of parts of significant dimensions is ensured.

Недостатком способа является низкое качество восстанавливаемой поверхности детали и малая производительность процесса восстановления. The disadvantage of this method is the low quality of the restored surface of the part and the low productivity of the recovery process.

В связи с тем, что способ-прототип обеспечивает восстановление поверхности путем создания в стенке детали вдоль ее оси градиента температур при непрерывно-последовательном индукционном нагреве этой поверхности кольцевым индуктором и ее охлаждением при восстановлении отверстий большой кривизны поверхность после восстановления имеет неравномерный припуск на механическую обработку, что приводит к чернотам поверхности после механической обработки детали. Восстановление детали до требуемого размера необходимо осуществлять несколькими циклами, что снижает производительность. Повторение циклов процесса, как известно, снижает производительность процесса восстановления, что является вторым недостатком упомянутого способа наряду с низким качеством поверхности. Due to the fact that the prototype method provides surface restoration by creating a temperature gradient in the part’s wall along its axis during continuous sequential induction heating of this surface by a ring inductor and cooling it when restoring holes of large curvature, the surface after restoration has an uneven machining allowance, which leads to surface blackness after machining the part. Restoring the part to the required size must be done in several cycles, which reduces productivity. The repetition of process cycles, as you know, reduces the performance of the recovery process, which is the second disadvantage of the above method along with low surface quality.

Цель изобретения состоит в повышении качества восстанавливаемой поверхности и производительности процесса восстановления деталей. The purpose of the invention is to improve the quality of the restored surface and the performance of the process of restoration of parts.

Поставленная цель достигается тем, что в способе восстановления цилиндрических поверхностей большой кривизны корпусных стальных деталей, включающем нагрев ее поверхности до 750-770^оС и охлаждение, согласно изобретению восстанавливаемую поверхность нагревают одновременно по высоте со скоростью 120-145^о/с и охлаждают на воздухе.The goal is achieved in that the cylindrical surfaces of the recovery process large curvature hull steel parts comprising heating its surface up to 750-770 ^{° C} and cooling according to the invention the surface is heated simultaneously retracted in height at a rate ^of 120-145 / s and cooled in air .

Выбор скорости нагрева детали в пределах 120-145^о/с производится в зависимости от содержания углерода в восстанавливаемой детали. При содержании углерода до 0,4% скорость нагрева колеблется в пределах 135-145^о/с, при более высоком содержании углерода скорость нагрева снижают до 120^о/с.The selection of the heating speed of the part within 120-145 ^o / s is made depending on the carbon content in the restored part. When the carbon content is up to 0.4%, the heating rate ranges from 135-145 ^o / s, with a higher carbon content, the heating rate is reduced to 120 ^o / s.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ. The drawing shows a device that implements the proposed method.

Устройство состоит из стола 1, установки ТВЧ 2 с токопроводами 3 и водопроводом 4, цилиндрического индуктора 5, матрицы 6, охлаждаемой спрейером 7 и расположенной вместе с деталью 8 на столе 1. The device consists of a table 1, an installation of a high frequency converter 2 with current leads 3 and a water supply 4, a cylindrical inductor 5, a matrix 6, cooled by a sprayer 7 and located together with the part 8 on the table 1.

Восстановление детали с помощью этого устройства производится следующим образом. Part recovery using this device is as follows.

На стол 1 устройства устанавливают деталь 8, подлежащую восстановлению, затем закрепляют матрицу 6 и цилиндрический индуктор 5. Подают воду через индуктор и включают установку ТВЧ 2, обеспечивающую подвод электрической мощности к индуктору, необходимой для нагрева детали с заданной скоростью до требуемой температуры. Систему охлаждения матрицы включают после нагрева наружной поверхности матрицы до температуры 80^оС, что происходит после восстановления четырех деталей с циклом восстановления 5 мин. После нагрева восстанавливаемой поверхности до заданной температуры, системы электроснабжения и водоснабжения отключают. Через 2-3 мин деталь высвобождают из матрицы. Дальнейшее охлаждение детали производится на воздухе до температуры окружающей среды.On the table 1 of the device, the part 8 to be restored is installed, then the matrix 6 and the cylindrical inductor 5 are fixed. Water is supplied through the inductor and the HDTV 2 installation is turned on, providing electric power to the inductor necessary to heat the part at a given speed to the required temperature. Matrix system include cooling after heating the outer surface of the die to a temperature of ⁸⁰ ° C, which occurs after the recovery of four parts with the recovery cycle 5 min. After heating the restored surface to a predetermined temperature, the power supply and water supply systems are turned off. After 2-3 minutes, the part is released from the matrix. Further cooling of the part is carried out in air to ambient temperature.

В процессе восстановления в детали происходят следующие объемные и структурные процессы. При скоростном нагреве ТВЧ в детали, находящейся в холодной матрице, возникают термические напряжения, направленные в сторону восстанавливаемой поверхности, так как нагреваемый сплав увеличивается в объеме. In the process of restoration to the part, the following volumetric and structural processes occur. During high-speed heating of high-frequency particles in a part located in a cold matrix, thermal stresses arise, directed towards the surface being restored, since the heated alloy increases in volume.

Когда термические напряжения по своей величине превосходят сопротивление пластической деформации, сплав деформируется пластически в сторону внутренней поверхности потому, что матрица препятствует деформации в сторону наружной поверхности. Величина деформации равна линейному расширению сплава, происходящему в результате нагрева заготовки до 750-770^оС, при которых имеет место минимальное сопротивление пластической деформации. В связи с тем, что матрицы соприкасается с деталью по всей длине ее наружной поверхности, деформация восстанавливаемой детали происходит равномерно по всей ее длине.When thermal stresses are superior in magnitude to the resistance to plastic deformation, the alloy deforms plastically toward the inner surface because the matrix prevents deformation towards the outer surface. The magnitude of the deformation is equal to the linear expansion alloy occurring by heating the preform to 750-770 ^C, at which there is minimal resistance to plastic deformation. Due to the fact that the matrix is in contact with the part along the entire length of its outer surface, the deformation of the restored part occurs uniformly along its entire length.

В процессе пластической деформации деформируемый сплав не возвращается в исходное положение и сохраняет восстановленный размер после охлаждения детали. In the process of plastic deformation, the wrought alloy does not return to its original position and retains its restored size after cooling the part.

В лабораторных условиях УСХА отработаны оптимальные значения скорости нагрева восстанавливаемой заготовки и определено влияние предлагаемого способа и способа-прототипа на продолжительность процесса восстановления и качество восстанавливаемой поверхности. Для этой цели подвергались обработке две партии втулок плунжерного насоса УТН-5 дизельного двигателя мощностью до 50 л.с. Масса втулки 0,1 кг, диаметр восстанавливаемой поверхности 8,5 мм, высота 52 мм, марка сплава ХВГ ГОСТ 5950-73. Первая партия обработана по предлагаемому способу, вторая - по способу-прототипу. Требуемый минимальный размер восстанавливаемой поверхности (припуск на механическую обработку) - 0,03 мм. In laboratory conditions USHA worked out the optimal values of the heating rate of the restored workpiece and determined the influence of the proposed method and the prototype method on the duration of the recovery process and the quality of the restored surface. For this purpose, two batches of bushings of a plunger pump UTN-5 diesel engine with a capacity of up to 50 hp were processed. The mass of the sleeve is 0.1 kg, the diameter of the restored surface is 8.5 mm, the height is 52 mm, the grade of alloy is HVG GOST 5950-73. The first batch was processed by the proposed method, the second - by the prototype method. The required minimum size of the restored surface (machining allowance) is 0.03 mm.

Результаты отработки оптимальных скоростей нагрева заготовки и изучения влияния способов восстановления на производительность (продолжительность) процесса восстановления и качество заготовок представлены в таблице. The results of working out the optimal heating rates for the workpiece and studying the effect of recovery methods on the productivity (duration) of the recovery process and the quality of the workpieces are presented in the table.

Из таблицы видно, что эффективность восстановления деталей зависит от скорости нагрева детали, оптимальная скорость нагрева при восстановлении деталей предлагаемым способом находится в пределах 120-145^о/с. При скоростях нагрева менее 120^о/с имеет место недостаточная эффективность восстановления (менее 0,03 мм), что обуславливает образование чернот после механической обработки детали.The table shows that the efficiency of the recovery of parts depends on the heating rate of the part, the optimal heating rate during the restoration of parts by the proposed method is in the range of 120-145 ^o / s. At heating speeds less than 120 ^o / s, there is insufficient recovery efficiency (less than 0.03 mm), which leads to the formation of blacks after machining the part.

При скоростях нагрева более 145^о/с повышается вероятность микротрещин (м-т) из-за большой скорости нагрева детали. Значительное, почти в 3 раза, повышение производительности процесса восстановления предлагаемым способом в сравнении с способом-прототипом объясняется тем, что предлагаемый способ обеспечивает одновременный нагрев заготовки по высоте, в то время как способ-прототип - последовательный (снизу вверх) нагрев заготовки. Из таблицы также видно, что вероятность образований микротрещин значительно выше при восстановлении деталей способом-прототипом чем предлагаемым. Это объясняется тем, что в способе-прототипе охлаждение нагретой детали производится водой, а в предлагаемом способе - на воздухе, а скорость охлаждения водой значительно превосходит скорость охлаждения на воздухе. Повышение скорости охлаждения как известно приводит к повышению напряжений в детали, вызывает образование микротрещин.When heating rates ^of more than 145 / sec is more likely microcracks (m-m) of the high speed heating of the workpiece. A significant, almost 3 times, increase in the productivity of the recovery process by the proposed method in comparison with the prototype method is explained by the fact that the proposed method provides simultaneous heating of the workpiece in height, while the prototype method provides sequential (bottom to top) heating of the workpiece. The table also shows that the likelihood of microcrack formation is significantly higher when restoring parts by the prototype method than the proposed one. This is due to the fact that in the prototype method, the heated part is cooled by water, and in the proposed method, in air, and the water cooling rate significantly exceeds the air cooling rate. An increase in the cooling rate, as is known, leads to an increase in stresses in the part, causing the formation of microcracks.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение производительности процесса восстановления и повышение качества восстанавливаемых деталей - получение деталей без микротрещин и чернот по сравнению с прототипом. Thus, the proposed method provides an increase in the productivity of the restoration process and an increase in the quality of the parts being restored — obtaining parts without microcracks and blackness compared to the prototype.

Claims

METHOD OF RESTORING CYLINDRICAL SURFACES OF LARGE CURVITY OF HOUSING STEEL PARTS, including induction heating of the restored surface to 750 - 770 ^o С and cooling, characterized in that the part is preliminarily placed in the matrix, heating is carried out simultaneously in height at a speed of 120, 145 degrees. cooling is in the air.