RU2340427C2

RU2340427C2 - Method of mechanical processing of structural steels with cutting

Info

Publication number: RU2340427C2
Application number: RU2007100636/02A
Authority: RU
Inventors: Виталий Матвеевич Сорокин (RU); Виталий Матвеевич Сорокин; Владимир Иванович Котельников (RU); Владимир Иванович Котельников; Владимир Евдокимович Митрофанов (RU); Владимир Евдокимович Митрофанов
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-12-10
Also published as: RU2007100636A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: method includes heating of processed part with external heat source with controlled temperature until softening temperature is achieved in the cut layer. Immediately after completion of cutting operation surface-plastic forming of processed surface is carried out with roll burnisher with its cooling with lubricant-cooling liquid, which is supplied to rollers and part in the area of rollers pressure.

EFFECT: increase of processed surface microhardness and improvement of its roughness parameters.

1 dwg

Description

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности к способам резания металла на металлорежущих станках.The invention relates to the metalworking industry, in particular to methods for cutting metal on metal-cutting machines.

Известен способ отделочно-упрочняющей обработки поверхности резанием (патент РФ № 2240206, В23В 1/00, 1999.07.20), согласно которому проводят упрочняюще-чистовую обработку поверхности металла инструментом и осуществляют последующее поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности вспомогательной поверхностью инструмента. Реализация процесса отбора тепла инструментом с одновременной подачей смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) обеспечивает не только протекание процесса закалки, кристаллизации или частичной аморфизации, но и поверхностно-пластического деформирования охлаждаемого материала вспомогательной поверхностью инструмента, которое позволяет получить высокий класс шероховатости (до R_a<0,04 мкм). Изобретение может быть использовано на металлорежущих станках, на которых осуществляются операции точения, строгания, сверления и фрезерования.A known method of finishing hardening surface treatment by cutting (RF patent No. 2240206, B23B 1/00, 1999.07.20), according to which hardening and finishing processing of the metal surface with a tool is carried out and subsequent surface-plastic deformation of the treated surface with the auxiliary surface of the tool is carried out. The implementation of the process of heat removal by the tool with the simultaneous supply of cutting fluid (coolant) provides not only the process of hardening, crystallization or partial amorphization, but also surface plastic deformation of the cooled material by the auxiliary surface of the tool, which allows to obtain a high roughness class (up to R _a < 0.04 μm). The invention can be used on metal-cutting machines, which carry out operations of turning, planing, drilling and milling.

Однако в данном случае процесс пластического деформирования невозможен, т.к. при обработке инструментом с режущей кромкой меньше диаметра уплотняющей кромки инструмента приведет к заклиниванию инструмента в начальный момент резания, либо к выкрашиванию кромки при заглублении. Процесс пластического деформирования в этом случае не происходит, т.к. поверхность обрабатываемой детали охлаждается СОЖ, на ней не развиваются температуры нагрева, близкие к температурам кристаллизации и аморфизации поверхностного слоя. В результате уплотнение поверхности вспомогательной поверхностью инструмента фактически невозможно, ибо вспомогательный угол в плане φ в диапазоне 0°<φ<5° не снимает припуск, а только выдавливает поверхностный слой, что и приводит к заклиниванию инструмента.However, in this case, the process of plastic deformation is impossible, because when processing with a tool with a cutting edge smaller than the diameter of the sealing edge of the tool will lead to jamming of the tool at the initial moment of cutting, or to chipping the edge when deepening. The process of plastic deformation in this case does not occur, because the surface of the workpiece is cooled by coolant; heating temperatures close to crystallization and amorphization of the surface layer do not develop on it. As a result, sealing the surface with the auxiliary surface of the tool is virtually impossible, because the auxiliary angle in terms of φ in the range 0 ° <φ <5 ° does not remove the allowance, but only extrudes the surface layer, which leads to jamming of the tool.

В качестве прототипа принят способ механической обработки конструкционных сталей резанием (патент РФ №2188747, В23В 1/00, 10.09.2002), включающий нагрев обрабатываемой поверхности ацетиленкислородной горелкой с регулируемой температурой пламени так, чтобы факел пламени в точках касания с поверхностью детали имел температуру 800-1000°С, а расстояние от центра пятна нагрева до начала резания металла выдерживают до достижения в срезаемом слое температуры разупрочнения Т_ср 550-600°С, при этом горелку располагают тангенциально к поверхности нагреваемой детали.As a prototype, a method has been adopted for machining structural steels by cutting (RF patent No. 2188747, B23B 1/00, 09/10/2002), which includes heating the treated surface with an oxygen acetylene torch with a controlled flame temperature so that the flame at the points of contact with the part surface has a temperature of 800 -1000 ° C, and the distance from the center of the spot of heating prior to cutting the metal is maintained until a cut layer softening temperature T _cp 550-600 ° C, with a burner tangentially to the heated surface d hoists.

Данный способ характеризуется повышенной производительностью, снижением усилия резания, улучшением параметров точности и повышением качества обработки за счет снижения шероховатости поверхности (Ra=1,0-1,25 мкм; Нв=2320-1081 МПа). Однако этот способ имеет недостаток: на поверхности обработанной с нагревом детали отсутствует поверхностный наклеп, который в ряде случаев необходим для повышения эксплуатационных параметров деталей, в частности, при работе трущейся пары.This method is characterized by increased productivity, reduced cutting forces, improved accuracy parameters and improved processing quality by reducing surface roughness (Ra = 1.0-1.25 μm; HB = 2320-1081 MPa). However, this method has a drawback: on the surface of the heat-treated part there is no surface hardening, which in some cases is necessary to increase the operational parameters of the parts, in particular, when the friction pair is working.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.This disadvantage is eliminated by the proposed solution.

Решаемая задача - совершенствование способа механической обработки конструкционной стали резанием с нагревом.The problem to be solved is the improvement of the method of machining structural steel by cutting with heating.

Технический результат - повышение микротвердости за счет создания наклепа на поверхности детали после механической обработки с нагревом внешним источником тепла, улучшение параметров шероховатости.The technical result is an increase in microhardness due to the creation of hardening on the surface of the part after machining with heating by an external heat source, improving the roughness parameters.

Этот технический результат достигается тем, что в способе механической обработки конструкционных сталей резанием, включающем нагрев обрабатываемой детали внешним источником тепла с регулируемой температурой до достижения в срезаемом слое температуры разупрочнения, непосредственно после завершения операции резания осуществляют поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности роликовым накатником с охлаждением СОЖ.This technical result is achieved by the fact that in the method of machining structural steels by cutting, including heating the workpiece with an external heat source with a controlled temperature until the softening temperature in the sheared layer reaches the softening temperature, surface plastic deformation of the treated surface is carried out by a rolling roller with cooling coolant immediately after the cutting operation is completed .

Сущность изобретения состоит в том, что разогретый внешним теплоисточником металл срезается водоохлаждаемым режущим инструментом, формообразуя конфигурацию детали, а роликовый накатник, расположенный сразу за режущим инструментом, осуществляет поверхностно-пластическое деформирование, причем для снижения температуры нагрева рабочих частей головки от нагретой детали на ролики и деталь в зоне давления роликов подается СОЖ обливом.The essence of the invention lies in the fact that the metal heated by an external heat source is cut off by a water-cooled cutting tool, shaping the configuration of the part, and the roller knurling, located immediately after the cutting tool, performs surface plastic deformation, and to reduce the temperature of the working parts of the head from the heated part to the rollers and the part in the pressure zone of the rollers is supplied with coolant by spraying.

При направлении тепла внешнего теплоисточника на заготовку перед режущим инструментом металл заготовки разупрочняется, в силу этого усилие резания резко снижается, уменьшается величина отжатая резца и детали, снижается уровень вибрации. Вследствие этого точность обработки детали повышается, снижаются величины параметров шероховатости, а накатники обжимной головки еще более снижают этот параметр, вдавливаясь в материал детали, уплотняют поверхностный слой. Таким образом, технический результат обеспечивается за счет того, что в способе совмещенного резания с нагревом добавление упрочняющей чистовой обработки поверхностно-пластическим деформированием с помощью роликового накатника последовательно снимается припуск режущим инструментом и уплотняется поверхностный слой детали обжимными роликами.When the heat of the external heat source is directed to the workpiece in front of the cutting tool, the workpiece metal softens, due to this the cutting force decreases sharply, the amount of the pressed cutter and the part decreases, and the vibration level decreases. As a result, the accuracy of the workpiece increases, the roughness parameters decrease, and the crimp head knurls further reduce this parameter, pressing into the material of the part, compact the surface layer. Thus, the technical result is ensured due to the fact that in the method of combined cutting with heating, the addition of hardening finishing by surface plastic deformation using a roller knurl is sequentially removed by an allowance with a cutting tool and the surface layer of the part is compressed by crimping rollers.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где:The proposed method is illustrated in the drawing, where:

1 - обрабатываемая деталь,1 - workpiece,

2 - ацетиленкислородная горелка,2 - acetylene oxygen burner,

3 - инструмент - токарный резец,3 - tool - turning tool,

4 - роликовый накатник.4 - roller knurling.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

Обрабатывали точением гладкий вал 1 диметром ⌀ 45 мм, длиной L=636 мм из ст.40 х, на токарно-винторезном станке резцом с пластиной Т15К10. Скорость резания Vp=10 м/с, глубина резания t=8-12 мм, подача s=0,05 мм/об.Machined by turning a smooth shaft with a diameter of ⌀ 45 mm, length L = 636 mm from st.40 x, on a turning screw machine with a cutter with a plate T15K10. Cutting speed Vp = 10 m / s, cutting depth t = 8-12 mm, feed s = 0.05 mm / rev.

Горелку 2, нагревающую деталь 1, в ходе резания перемещали синхронно резцу 3 на расстоянии L, величину которого рассчитывали таким образом, чтобы на глубине резания снимаемый слой металла был нагрет до температуры разупрочнения T₁=500°С, при нагреве поверхности детали до Т₂=800°С пламенем горелки, температура которого в точках касания с поверхностью детали равнялась Т₃=1000°С.The burner 2, the heating part 1, during the cutting was moved synchronously to the cutter 3 at a distance L, the value of which was calculated so that at the depth of cutting the metal layer being removed was heated to a softening temperature T ₁ = 500 ° C, when the surface of the part was heated to T ₂ = 800 ° C with a burner flame, the temperature of which at the points of contact with the surface of the part was T ₃ = 1000 ° C.

В результате резания структура стали осталась неизменной. При резании с нагревом у обработанной детали явление наклепа поверхности не обнаружено, а само резание осуществлялось за один проход с глубиной резания, в три раза превышающей режим обычного резания. Шероховатость поверхности после обычного резания черновым проходом не превышает Ra=10-25 мкм, а в случае резания с нагревом шероховатость поверхности соответствовала чистовой обработке металла резанием Ra=1,0-1,25 мкм.As a result of cutting, the steel structure remained unchanged. When cutting with heating, the phenomenon of surface hardening was not detected in the machined part, and the cutting itself was carried out in one pass with a cutting depth three times that of conventional cutting. The surface roughness after conventional cutting with a rough pass does not exceed Ra = 10-25 μm, and in the case of cutting with heating, the surface roughness corresponded to the finishing of the metal by cutting Ra = 1.0-1.25 μm.

Непосредственно после обработки резанием осуществляли поверхностно-пластическое деформирование нагретой поверхности роликовым накатником 4. При этом расстояние L₁ упреждающего перемещения горелки 2 вдоль поверхности детали 1 от начала резания и проведения поверхностно-пластического деформирования роликовым накатником 4 устанавливалось в зависимости от температуры пламени, режима резания и габаритов детали. Величина усилия давления Р на ролик также зависит от температуры на поверхности. Ролики накатника охлаждали водой для предотвращения диффузионного проникновения и налипания частиц металла с поверхности детали на ролик.Immediately after cutting, the surface-plastic deformation of the heated surface by the roller knob 4 was carried out. In this case, the distance L _{1 of the} forward movement of the burner 2 along the surface of the part 1 from the start of cutting and surface-plastic deformation by the roller knob 4 was set depending on the flame temperature, cutting mode and dimensions of the part. The magnitude of the pressure force P on the roller also depends on the surface temperature. The rollers were cooled by water to prevent diffusion penetration and adhesion of metal particles from the surface of the part to the roller.

По результатам экспериментов структура металла не изменилась. Микротвердость Нв - 5000 МПа, шероховатость Ra=0,4-0,8 мкм, глубина проникновения деформации накатывания до 0,5 мм при водяном охлаждении роликов повысилась на 50-80% по сравнению с прототипом.According to the results of the experiments, the metal structure has not changed. The microhardness HB - 5000 MPa, the roughness Ra = 0.4-0.8 μm, the penetration depth of rolling deformation up to 0.5 mm during water cooling of the rollers increased by 50-80% compared with the prototype.

Claims

A method of machining parts of structural steels by cutting, including heating the workpiece with an external heat source with a controlled temperature until the softening layer reaches the softening temperature, characterized in that a water-cooled cutting tool is used, and immediately after the completion of the cutting operation, surface-plastic deformation of the treated surface by roller when it is cooled with a cutting fluid (coolant), which is fed to the rollers and al in the area of the roller pressure.