RU2235794C2 - Method and apparatus for thermal-power processing of axisymmetric elongated parts - Google Patents
Method and apparatus for thermal-power processing of axisymmetric elongated parts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235794C2 RU2235794C2 RU2001104786/02A RU2001104786A RU2235794C2 RU 2235794 C2 RU2235794 C2 RU 2235794C2 RU 2001104786/02 A RU2001104786/02 A RU 2001104786/02A RU 2001104786 A RU2001104786 A RU 2001104786A RU 2235794 C2 RU2235794 C2 RU 2235794C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blank
- slipway
- parts
- spacer sleeves
- multilayer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к способам термомеханической обработки, и может быть использовано при закалке, нормализации и отпуске деталей любых сложных поперечных форм, преимущественно длинномерных, особо малой жесткости, с соотношением длины к диаметру более 10.The invention relates to mechanical engineering technology, and in particular to methods of thermomechanical processing, and can be used in hardening, normalization and tempering of parts of any complex transverse shapes, mainly long, particularly low rigidity, with a ratio of length to diameter of more than 10.
Известно устройство для термической обработки валов малой жесткости, включающее стапель, выполненный в виде трубы с равномерно расположенными на ее поверхности сквозными отверстиями; неподвижный захват детали в виде разрезной шайбы, контактирующей с торцом стапеля, и захват детали, выполненный в виде разрезной втулки с наружной резьбой, установленные по концам трубы (SU 1407969, С 21 D 1/62, 07.07.1988).A device is known for heat treatment of shafts of low rigidity, including a slipway made in the form of a pipe with through holes evenly located on its surface; the stationary capture of the part in the form of a split washer in contact with the end face of the slipway, and the capture of the part, made in the form of a split sleeve with an external thread, installed at the ends of the pipe (SU 1407969, С 21
Наиболее близким аналогом к изобретению является способ термической обработки осесимметричных длинномерных деталей, включающий предварительную обработку детали, закрепление на детали распорных втулок, установку детали с втулками в многослойный стапель, фиксацию детали за счет контакта со сферической поверхностью крышки стапеля, установку стапеля с деталью в печь, нагрев до определенной температуры, выдержку до достижения необходимого уровня равномерности деформаций и охлаждение (SU 1708884 А1, МПК7 С 21 D 9/06, 30.01.1992) [1].The closest analogue to the invention is a method of heat treatment of axisymmetric lengthy parts, including pre-processing of the part, fixing spacer sleeves on the part, installing the part with the sleeves in a multilayer stock, fixing the part by contact with the spherical surface of the stock of the stock, installing the stock with the part in the furnace, heating to a certain temperature, holding to achieve the required level of strain uniformity and cooling (SU 1708884 A1, MPK7 C 21 D 9/06, 01/30/1992) [1].
Известно устройство для термической обработки валов малой жесткости, содержащее многослойный стапель, комплект распорных втулок и механизм фиксации детали, жестко связывающий деталь со стапелем [1].A device for heat treatment of shafts of low rigidity, containing a multilayer slipway, a set of spacer sleeves and a mechanism for fixing the part, rigidly connecting the part with the slipway [1].
Недостатком известного устройства является невозможность удерживать изделие в напряженном состоянии при снижении температуры до 20° С, т.к. стапель сжимается - укорачивается быстрее изделия.A disadvantage of the known device is the inability to keep the product in tension when the temperature drops to 20 ° C, because the slipway is compressed - it is shortened faster than the product.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и стабильности геометрических параметров, повышение эксплуатационной точности готовых изделий путем создания равномерных знакопеременных остаточных напряжений по всей длине заготовки.The technical result of the invention is to increase the accuracy and stability of geometric parameters, increase the operational accuracy of finished products by creating uniform alternating residual stresses along the entire length of the workpiece.
Для достижения технического результата в известном способе термо-силовой обработки осесимметричных длинномерных деталей, включающем предварительную обработку детали, закрепление на детали распорных втулок, установку детали с втулками в многослойный стапель, фиксацию детали за счет контакта со сферической поверхностью, установку стапеля с деталью в печь, нагрев до определенной температуры, выдержку до достижения необходимого уровня равномерности деформаций и охлаждение, в детали формируют знакочередующиеся по длине и равномерные по сечению остаточные напряжения с помощью распорных втулок и многослойного стапеля, выполненных из материала с коэффициентом линейного расширения, меньшим коэффициента линейного расширения материала детали.To achieve a technical result in the known method of thermo-force processing of axisymmetric long parts, including pre-processing of the part, fixing spacer sleeves on the part, installing the part with the sleeves in a multilayer stock, fixing the part by contact with a spherical surface, installing the stock with the part in the furnace, heating to a certain temperature, holding to achieve the required level of deformation uniformity and cooling, form alternating in length and uniform in length in the part cross-section residual stresses using spacer sleeves and a multilayer slipway made of a material with a coefficient of linear expansion less than the coefficient of linear expansion of the material of the part.
Деталь фиксируют по нижнему и верхнему торцам.The detail is fixed at the lower and upper ends.
При обработке деталей с резьбой распорные втулки навинчивают на деталь.When machining threaded parts, spacer sleeves are screwed onto the part.
При обработке ступенчатых деталей распорные втулки накладывают на деталь.When processing stepped parts, spacers are placed on the part.
В известном устройстве термосиловой обработки осесимметричных длинномерных деталей, содержащем многослойный стапель, комплект распорных втулок и механизм фиксации детали, жестко связывающий деталь со стапелем, многослойный стапель и комплект распорных втулок выполнены из одного материала с коэффициентом линейного расширения меньше коэффициента линейного расширения материала детали.In the known thermoset processing device for axisymmetric lengthy parts containing a multilayer slipway, a set of spacer sleeves and a part fixing mechanism, rigidly connecting the detail to the slipway, a multilayer slipway and a set of spacer sleeves are made of the same material with a linear expansion coefficient less than the linear expansion coefficient of the material of the part.
Распорные втулки выполнены с резьбой.Spacer sleeves are threaded.
Распорные втулки выполнены накладными, состоящими из двух частей.Spacer sleeves are made overhead, consisting of two parts.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено устройство, реализующее способ, разрезе; на фиг.2 - разрез Б-Б.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a device that implements the method, a section; figure 2 is a section bB.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
В процессе осуществления способа имеет место следующий порядок технологических операций. Деталь 1 предварительно обрабатывают на токарном станке с применением люнетов и формируют рабочий профиль 2 следующих видов:In the process, the following order of technological operations takes place.
а) резьбовой, при этом ее шаг определяется пределом прочности материала и величиной поперечного сечения заготовки, а также глубина нарезки резьбы (ее внутренний диаметр) не должна превышать припуск на механическую обработку;a) threaded, while its step is determined by the tensile strength of the material and the cross-sectional value of the workpiece, as well as the depth of threading (its inner diameter) should not exceed the machining allowance;
б) ступенчатый, при этом разность наружного и внутреннего диаметров также определяется пределом прочности материала и величиной поперечного сечения заготовки и не должна превышать припуск на механическую обработку.b) stepwise, while the difference between the outer and inner diameters is also determined by the tensile strength of the material and the cross-sectional value of the workpiece and should not exceed the machining allowance.
После этого на заготовку накладывают по принципу вкладышей подшипников скольжения (при этом втулка состоит из двух частей) распорные втулки 3, при обработке деталей с резьбой распорные втулки 3 навинчиваются на деталь. При обработке ступенчатых деталей распорные втулки 3 накладывают на деталь. Втулки изготовлены из материала, коэффициент линейного расширения которого α в меньше коэффициента линейного расширения материала детали α д. Длина втулок рассчитывается из условия равнопрочности той части изделия, на которой установлена втулка, а также из условия минимизации стрелы прогиба. Причем для обеспечения равномерности сжатия вдоль оси детали принимаем отношение длин l1=l2, для обеспечения жесткости сжимаемой части детали. Во втулках 3 изготовлены отверстия 9, причем их форма и расположение выполнены так, что при любом взаимном расположении двух соединений втулок обеспечивается проход охлаждающей жидкости.After that,
Собранную деталь 1 с распорными втулками 3, причем распорные втулки выполнены с резьбой, если на детали есть резьба и накладные, состоящие из двух частей, если деталь ступенчатая, вставляют с заранее рассчитанным тепловым зазором в многослойный стапель 4 и фиксируют по нижнему и верхнему торцам стапеля, последний изготовлен из материала, коэффициент линейного теплового расширения которого равен коэффициенту линейного теплового расширения материала втулок (для исключения заклинивания из-за температурных деформаций), с наполнителем 5, последний в зависимости от необходимой скорости охлаждения стапеля может иметь разный коэффициент теплопроводности (например, речной песок с перемешанной мелкой чугунной стружкой).The assembled
Фиксация детали происходит по двум торцам посредством двух сфер 7, жестко закрепленных с крышками 6 на нижнем и верхнем торцах. При таком способе деталь жестко связана со стапелем по оси.The part is fixed at two ends by means of two spheres 7, rigidly fixed with
К верхней части стапеля 4 приварены четыре проушины 8 для подвеса всей конструкции. Для избежания прогиба детали 1 под действием напряжений, возникающих при нагреве - охлаждении конструкции: деталь - распорные втулки - стапель, зазор между распорными втулками 3 и стапелем 4 должен быть минимальным, обеспечивающим работу устройства без заклинивания. Собранную конструкцию опускают в шахтную печь и нагревают согласно технологии термообработки до температуры закалки или отпуска и т.д., выдерживают при этой температуре до полного прогрева детали. При нагреве деталь удлиняется больше, чем втулки и стапель, за счет разницы коэффициентов линейного теплового расширения. Подбирая численные значения положительной разности коэффициентов линейного теплового расширения детали и втулок, получают величину пластической деформации детали, превышающую предел пропорциональности, то есть предел закона Гука.Four eyes 8 are welded to the top of the
Осевая пластическая деформация за пределами пропорциональности (закон Гука) при нагреве устраняет технологическую наследственность от предыдущих операций. Кроме того, действием осевых нагрузок происходит деформационное упрочнение материала детали (наклеп), сглаживание внутренних микротрещин.Axial plastic deformation beyond the limits of proportionality (Hooke's law) when heated eliminates technological heredity from previous operations. In addition, the action of axial loads is the strain hardening of the material of the part (hardening), smoothing of internal microcracks.
В детали при остывании с осевым нагружением формируются остаточные напряжения, знакочередующиеся по длине и равномерные по поперечному сечению детали, что исключает коробление готовых изделий при эксплуатации.When cooling with axial loading, residual stresses are formed in the part, alternating in length and uniform in the cross section of the part, which eliminates warping of finished products during operation.
На фиг.3 показано сравнение внутренних напряжений в детали до и после применения термосиловой обработки. Кроме того, увеличиваются прочностные характеристики детали. Использование данного способа позволяет минимизировать величину прогиба изделия и стабилизировать уровень остаточных напряжений по ее длине, что позволяет улучшить эксплуатационную точность готовых изделий, например длинномерных маложестких валов, и повысить качество готовых изделий.Figure 3 shows a comparison of the internal stresses in the part before and after the application of heat treatment. In addition, the strength characteristics of the part are increased. Using this method allows you to minimize the amount of deflection of the product and to stabilize the level of residual stresses along its length, which allows to improve the operational accuracy of finished products, such as long lengthy, stiff shafts, and to improve the quality of finished products.
Пример реализации. Вал изготовлен из стали 10Х17Н13М2Т, втулки и стапель - из стали 08Х13, температурные удлинения рассчитываются по формуле:Implementation example. The shaft is made of steel 10X17H13M2T, the bushings and the slipway are made of steel 08X13, the temperature extensions are calculated by the formula:
Δ l=α дeт(T° )T° L-α вт(T° )T° L,Δ l = α det (T °) T ° L-α W (T °) T ° L,
где Δ l - разность удлинений вала и втулки;where Δ l is the difference between the elongations of the shaft and the sleeve;
α - коэффициент линейного расширения;α is the coefficient of linear expansion;
Т° - температура нагрева;T ° - heating temperature;
L - длина втулки и участка вала.L is the length of the sleeve and the shaft section.
Величина пластической деформации:The amount of plastic deformation:
При L=200 мм, Т° =1050° С; α дет=18,5· 10-6 мм/мм· град, α вт=12,8· 10-6 мм/мм· град: Δ l=18,6· 10-6· 1050· 200-12,8· 10-6· 1050· 200=1,197 мм.At L = 200 mm, T ° = 1050 ° C; α det = 18.5 · 10 -6 mm / mm · deg, α W = 12.8 · 10 -6 mm / mm · deg: Δ l = 18.6 · 10 -6 · 1050 · 200-12.8 · 10 -6 · 1050 · 200 = 1.197 mm.
Величина пластической деформации:The amount of plastic deformation:
Расчет времени охлаждения проводится при следующих параметрах: диаметр вала 40 мм, внутренний диаметр стапеля 160 мм, наружный 260 мм, наполнитель - песок, смешанный с чугунной стружкой, охлаждающая среда - масло с температурой 30° С.Calculation of the cooling time is carried out with the following parameters: shaft diameter 40 mm, the inner diameter of the slipway 160 mm, the outer 260 mm, the filler is sand mixed with cast iron chips, the cooling medium is oil with a temperature of 30 ° C.
Время охлаждения вала рассчитывается по формуле:The shaft cooling time is calculated by the formula:
где γ - объемный вес материала;where γ is the bulk density of the material;
λ - теплопроводность материала;λ is the thermal conductivity of the material;
- критерий Фурье, который определяется как функция относительных температур и критерия Вi, последний равен: - Fourier criterion, which is defined as a function of relative temperatures and criterion Bi, the latter is:
где δ - радиус длинномерного изделия;where δ is the radius of a long product;
λ экв - эквивалентная теплопроводность системы: втулка - стапель;λ equiv - equivalent thermal conductivity of the system: sleeve - slipway;
В0 - коэффициент теплоотдачи от окружающей среды к поверхности тела.At 0 is the coefficient of heat transfer from the environment to the surface of the body.
Исходя из подбора материала втулок и стапеля к данному материалу вала, на протяжении всего цикла термообработки имеем положительную разницу коэффициентов температурного расширения α дет и α вт (фиг.4)Based on the selection of the material of the bushings and the slipway to this material of the shaft, throughout the entire heat treatment cycle, we have a positive difference in the coefficients of thermal expansion α det and α W (figure 4)
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001104786/02A RU2235794C2 (en) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | Method and apparatus for thermal-power processing of axisymmetric elongated parts |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001104786/02A RU2235794C2 (en) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | Method and apparatus for thermal-power processing of axisymmetric elongated parts |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001104786A RU2001104786A (en) | 2003-01-27 |
RU2235794C2 true RU2235794C2 (en) | 2004-09-10 |
Family
ID=33432600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001104786/02A RU2235794C2 (en) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | Method and apparatus for thermal-power processing of axisymmetric elongated parts |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2235794C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615852C2 (en) * | 2015-02-16 | 2017-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" | Thermo-loaded machining method of axial-symmetrical long parts and device to this end |
RU2749853C1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-06-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Method for processing workpiece to obtain stepped shaft with length to diameter ratio of more than 10 |
RU2754628C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-09-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Device for fixing axisymmetric parts during their thermal power processing |
RU2768675C1 (en) * | 2021-02-18 | 2022-03-24 | Казанское публичное акционерное общество "Органический синтез" | Device for fixing products during heat treatment |
-
2001
- 2001-02-20 RU RU2001104786/02A patent/RU2235794C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615852C2 (en) * | 2015-02-16 | 2017-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" | Thermo-loaded machining method of axial-symmetrical long parts and device to this end |
RU2749853C1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-06-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Method for processing workpiece to obtain stepped shaft with length to diameter ratio of more than 10 |
RU2754628C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-09-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" | Device for fixing axisymmetric parts during their thermal power processing |
RU2768675C1 (en) * | 2021-02-18 | 2022-03-24 | Казанское публичное акционерное общество "Органический синтез" | Device for fixing products during heat treatment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mahajan et al. | A review on ball burnishing process | |
RU2235794C2 (en) | Method and apparatus for thermal-power processing of axisymmetric elongated parts | |
Munsi et al. | Vibratory stress relief—an investigation of the torsional stress effect in welded shafts | |
Fukuoka et al. | Evaluations of the tightening process of bolted joint with elastic angle control method | |
KR102394066B1 (en) | Crankshaft post-treatment method and device | |
Sanchez et al. | Hot turning of a difficult-to-machine steel (sae xev-f) aided by infrared radiation | |
CN109154346B (en) | Hollow spring member | |
WO2022168530A1 (en) | Pressure piping steel pipe and steel pipe material | |
RU2254383C1 (en) | Meth0d of heat and-power-treatment of long-cut articles | |
Przybylski et al. | Hybrid processing by turning and burnishing of machine components | |
Bobrowski et al. | Thermal strengthening treatment of low-rigid lead screws | |
Korolev et al. | Experimental studies of ultrasonic stabilization of rings of rolling bearings | |
CN114729667B (en) | Method for increasing the load-bearing capacity of a surface-hardened rolling bearing raceway and rolling device for hard rolling same | |
RU2643401C1 (en) | Device for heat and pressure treatment | |
RU2381281C1 (en) | Device for thermo-force treatment of axisymmetric parts | |
SU1708884A1 (en) | Method for heat treatment of axisymmetrical elongated parts | |
KR102686612B1 (en) | Steel pipe for pressure piping | |
RU1786138C (en) | Method of thermally treating axisymmetric parts | |
Drachev et al. | Improving the accuracy of axisymmetric parts by applying controlled heat treatment | |
US11090742B2 (en) | Method for machining a rack and rack machined according to said method | |
RU92005149A (en) | METHOD AND DEVICE FOR REDUCING INTERNAL VOLTAGES IN DETAILS OF SHAFT TYPE | |
JPS5852428A (en) | Heat treatment for improving stress of shaft | |
RU2777322C1 (en) | Device for removing residual stresses in parts | |
Romaniv et al. | Method of evaluating the fracture toughness of a round bar and a high-strength wire | |
Tsekhanov et al. | Stress-strain state of a thick-walled billet in the case of deforming drawing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050221 |