RU2530600C1 - Two-radius testing roller - Google Patents
Two-radius testing roller Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530600C1 RU2530600C1 RU2013135794/02A RU2013135794A RU2530600C1 RU 2530600 C1 RU2530600 C1 RU 2530600C1 RU 2013135794/02 A RU2013135794/02 A RU 2013135794/02A RU 2013135794 A RU2013135794 A RU 2013135794A RU 2530600 C1 RU2530600 C1 RU 2530600C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- roller
- radius
- profile
- deforming
- processing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии обработки металлов давлением, в частности к упрочняющей обработке деталей машин поверхностным пластическим деформированием (ППД) обкатными роликами.The invention relates to a technology for the processing of metals by pressure, in particular to hardening processing of machine parts by surface plastic deformation (PPD) by rolling rollers.
Известны конструкции обкатных роликов торовой формы для осуществления ППД (ГОСТ 16344-70. Ролики обкатные. Конструкция и размеры).Known designs obkatnyh rollers torus form for the implementation of PPD (GOST 16344-70. Rollers obkatnye. Design and dimensions).
Все эти ролики имеют профиль рабочей поверхности, выполненный в виде радиуса постоянной величины - профильного радиуса ролика (Rпр).All these rollers have a profile of the working surface, made in the form of a radius of constant magnitude - the profile radius of the roller (R CR ).
По ГОСТ 16344-70 ролики торовой формы изготавливаются с Rпр величиной от 1,6 до 16 мм.GOST 16344-70 torus shaped rollers are manufactured with straight R value of 1.6 to 16 mm.
В процессе обработки ППД ролик рабочей частью прижимается к поверхности детали с некоторым усилием Р (по упругой схеме обработки) или с некоторым натягом hд (по жесткой схеме обработки). Вращение (np) ролику сообщается посредством вращения детали n. Ролик перемещается вдоль оси детали с некоторой подачей S, в результате чего перед ним образуется волна пластически деформированного металла (фиг.1).In the process of processing the PPD, the roller with the working part is pressed against the surface of the part with some force P (according to the elastic processing scheme) or with some interference h d (according to the rigid processing scheme). The rotation (n p ) of the roller is communicated by rotating the part n. The roller moves along the axis of the part with a certain supply S, as a result of which a wave of plastically deformed metal is formed in front of it (Fig. 1).
При внедрении ролика в зоне контакта возникает асимметричный очаг деформации (ОД) ABCDEFG, характеризуемый передней внеконтактной поверхностью пластической волны (АВС), поверхностью контакта (CDE), а также задней внеконтактной поверхностью (EF). Геометрические размеры и кривизна поверхностей ОД определяются свойствами обрабатываемого материала, а также параметрами режима обработки (фиг.2).When introducing a roller in the contact zone, an asymmetric deformation center (OD) ABCDEFG arises, characterized by a front non-contact surface of a plastic wave (ABC), a contact surface (CDE), and a rear non-contact surface (EF). The geometric dimensions and curvature of the surfaces of the OD are determined by the properties of the processed material, as well as the parameters of the processing mode (figure 2).
Вследствие деформации частицы металла в ОД перемещаются вдоль некоторых линий тока (ЛТ), формируя упрочненный слой некоторой толщины (фиг.2). Начальные параметры механического состояния металла, которые частицы имели до входа в ОД, трансформируются в накопленные к моменту выхода.Due to deformation, the metal particles in the OD move along some streamlines (LT), forming a hardened layer of a certain thickness (figure 2). The initial parameters of the mechanical state of the metal, which the particles had before entering the OD, are transformed into those accumulated by the moment of exit.
В процессе перемещения вдоль ЛТ частицы металла испытывают непрерывно изменяющееся напряженное состояние, которое в совокупности может быть описано величиной гидростатического давления (величина среднего нормального напряжения, взятая с обратным знаком). При этом происходит непрерывное накопление деформации и исчерпание запаса пластичности частицами металла, которые оцениваются соответственно степенью деформации сдвига Λ и степенью исчерпания запаса пластичности Ψ.In the process of moving along the LT, metal particles experience a continuously changing stress state, which together can be described by the value of hydrostatic pressure (the average normal stress value taken with the opposite sign). In this case, there is a continuous accumulation of deformation and the depletion of the plasticity reserve by metal particles, which are estimated respectively by the degree of shear deformation Λ and the degree of depletion of the plasticity reserve Ψ.
В результате обработки формируется поверхностный слой, оцениваемый совокупностью параметров качества, ключевыми из которых при обработке ППД являются:As a result of processing, a surface layer is formed, evaluated by a set of quality parameters, the key of which when processing PPD are:
- степень упрочнения, (%);- degree of hardening, (%);
- глубина упрочнения, (мм);- hardening depth, (mm);
- градиент упрочнения, (МПа/мм).- gradient hardening, (MPa / mm).
Конструкции роликов по ГОСТ 16344-70 позволяют в зависимости от исходных свойств металла детали, условий и технологических режимов обработки ППД получать поверхностный слой (ПС) с определенными параметрами механического состояния металла.The design of the rollers according to GOST 16344-70 allows, depending on the initial properties of the metal of the part, the conditions and technological modes of processing the PPD, to obtain a surface layer (PS) with certain parameters of the mechanical state of the metal.
Стремление к повышению параметров качества ПС приводит к необходимости интенсификации процесса ППД через изменение режимов обработки и увеличение таким образом объема ОД. Однако известно, что например величина допустимого действительного внедрения роликов по ГОСТ 16344-70 при ППД в зависимости от свойств обрабатываемого металла не превышает значений 0,05-0,15 мм - в этом отношении способы ППД имеют предел, обусловленный в первую очередь пластическими свойствами обрабатываемого металла.The desire to increase the quality parameters of PS leads to the need to intensify the process of PPD through a change in processing modes and thus increase the volume of OD. However, it is known that, for example, the value of the permissible actual introduction of rollers according to GOST 16344-70 for PPD, depending on the properties of the metal being processed, does not exceed 0.05-0.15 mm - in this regard, PPD methods have a limit, primarily due to the plastic properties of the processed metal.
При превышении этих значений полностью исчерпывается запас пластичности и происходит разрушение металла в районе вершины пластической волны (точка С на фиг.2) и, как следствие, обработанной поверхности.When these values are exceeded, the margin of plasticity is completely exhausted and the metal is destroyed in the region of the apex of the plastic wave (point C in Fig. 2) and, as a result, the treated surface.
Таким образом, доступный диапазон изменения достигаемых при обработке ППД параметров механического состояния ПС ограничен как исходными свойствами металла детали, так и допустимым диапазоном изменения технологических параметров режима обработки, к которым относится и форма профиля обкатного ролика.Thus, the available range of variation of the parameters of the mechanical state of the substrates achieved during processing of PPD is limited by both the initial properties of the metal of the part and the permissible range of variation of the technological parameters of the processing mode, which also includes the shape of the profile of the rolling roller.
Так, например, для обработки ППД заготовки из стали 45 в состоянии поставки роликами по ГОСТ 16344-70 наибольшая степень упрочнения, достижимая без разрушения ПС, составляет 30-40%, наибольшая глубина упрочнения при этом в зависимости от режимов обработки составляет 3-4 мм.So, for example, for processing the PPD of a billet made of steel 45 in the state of delivery by rollers according to GOST 16344-70, the highest degree of hardening achievable without destruction of the PS is 30-40%, the maximum depth of hardening is 3-4 mm, depending on the processing conditions .
Из представленного примера следует, что недостатком обкатных роликов известной конструкции является недостижимость больших по величине параметров механического состояния ПС, например степени упрочнения 45-50% без разрушения ПС детали.From the presented example it follows that the disadvantage of the obkatnyh rollers of known design is the unattainability of large in size parameters of the mechanical condition of the PS, for example, the degree of hardening of 45-50% without destruction of the PS part.
Техническим результатом изобретения является расширение возможностей обработки ППД и диапазона достижимых параметров механического состояния металла ПС за счет применения деформирующего ролика со специальной формой профиля рабочей поверхности.The technical result of the invention is to expand the processing capabilities of PPD and the range of achievable parameters of the mechanical state of the metal PS through the use of a deforming roller with a special profile profile of the working surface.
Устройство ролика обкатного двухрадиусного для поверхностного пластического деформирования внутренних и наружных цилиндрических поверхностей отличается тем, что:The device of the roll-in double-radius roller for surface plastic deformation of the inner and outer cylindrical surfaces is characterized in that:
1. Профиль рабочей поверхности состоит из двух деформирующих элементов, выполненных в виде радиусов постоянной величины.1. The profile of the working surface consists of two deforming elements made in the form of radii of constant magnitude.
2. Деформирующие элементы расположены относительно друг друга со смещением в радиальном направлении на величину 0,01…0,1 мм как к оси ролика, так и от нее.2. The deforming elements are located relative to each other with a shift in the radial direction by a value of 0.01 ... 0.1 mm both to the axis of the roller and from it.
3. Расстояние между вершинами деформирующих элементов вдоль оси ролика составляет
Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что форма профиля рабочей поверхности ролика представляет собой комбинацию двух деформирующих элементов в виде радиуса постоянной величины, расположенных на малом расстоянии относительно друг друга со смещением в радиальном направлении на величину 0,01…0,1 мм.The technical result of the claimed invention is achieved in that the profile shape of the working surface of the roller is a combination of two deforming elements in the form of a radius of a constant value located at a small distance relative to each other with a shift in the radial direction of 0.01 ... 0.1 mm
Расстояние между вершинами деформирующих элементов вдоль оси ролика составляет
где Rпр1 - профильный радиус первого деформирующего элемента;where R CR1 - the profile radius of the first deforming element;
Rпр2 - профильный радиус второго деформирующего элемента.R CR2 is the profile radius of the second deforming element.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан процесс обработки ППД роликом, взятым за прототип, на фиг.2 - возникновение очага деформации при обработке ППД роликом, взятым за прототип, на фиг.3 - конструкция ролика обкатного двухрадиусного.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows the process of processing PPD by a roller taken as a prototype, Fig. 2 shows the occurrence of a deformation zone when processing a PPD by a roller taken as a prototype, and Fig. 3 shows a construction of a rolling double-radial roller.
Ролик обкатной двухрадиусный перемещается вдоль оси детали с некоторой подачей S.A two-radius obkatny roller moves along the axis of the part with a certain feed S.
Деформирующий элемент (ДЭ), первым входящий в контакт с исходным (необработанным) поверхностным слоем 3 детали 2, имеет некоторый профильный радиус Rпр1=0,5…5 мм и двигается относительно поверхностного слоя 3 с некоторым натягом gд1=0,01…0,1 мм. В результате возникает ОД, по форме и размерам типичным для ППД роликом-прототипом.The deforming element (DE), the first to come into contact with the original (untreated)
Второй деформирующий элемент также имеет некоторый профильный радиус Rпр2=0,5…5 мм и радиальное смещение относительно 1-го элемента в направлении от оси ролика на некоторую величину в пределах Δ12=0,01…0,1 мм. Таким образом, натяг 2-го элемента относительно поверхности составляет hд2=hд1+Δ12.The second deforming element also has a certain profile radius R pr2 = 0.5 ... 5 mm and a radial displacement relative to the 1st element in the direction from the axis of the roller by a certain amount within Δ 12 = 0.01 ... 0.1 mm. Thus, the interference of the 2nd element relative to the surface is h d2 = h d1 + Δ 12 .
Поскольку расстояние между вершинами ДЭ достаточно мало, первый ДЭ полностью работает в зоне ОД, создаваемого вторым ДЭ, который движется относительно поверхности с большим натягом, чем первый.Since the distance between the vertices of the DE is sufficiently small, the first DE completely works in the zone of the OD created by the second DE, which moves relative to the surface with a greater interference fit than the first.
Вследствие того, что размеры ОД, создаваемого вторым ДЭ, больше размеров ОД от первого ДЭ, происходит перекрытие очагов деформации и их слияние в один комплексный ОД.Due to the fact that the dimensions of the OD created by the second DE are larger than the sizes of the OD from the first DE, the deformation centers overlap and merge into one complex OD.
Результаты моделирования показывают, что большую часть траектории частиц металла, которую они проходят в комплексном ОД вдоль линий тока, величина среднего нормального напряжения находится в отрицательной зоне, что соответствует гидростатическому сжатию. В таких условиях исчерпание запаса пластичности металла при пластическом деформировании протекает менее интенсивно. Разрушения металла ПС при превышении критических значений натяга при этом не происходит.The simulation results show that most of the trajectory of metal particles that they travel in a complex OD along streamlines, the average normal stress is in the negative zone, which corresponds to hydrostatic compression. Under such conditions, the depletion of the plasticity reserve of a metal during plastic deformation is less intense. The destruction of the metal PS when exceeding the critical values of the interference does not occur.
В результате описанной выше конструкции профиля рабочей части ролика обкатного двухрадиусного металл поверхностного слоя детали при обработке, находясь в условиях сложного напряженного состояния, испытывает пластическую деформацию с неоднократной сменой знака, что приводит к частичному восстановлению запаса пластичности металла в зонах смены знака деформации.As a result of the above-described design of the profile of the working part of the roll-in of a two-radial rolling metal, the surface layer of the part undergoes plastic deformation with repeated sign changes during processing, which leads to a partial restoration of the ductility margin of the metal in the zones where the sign of deformation changes.
Установлено, что наиболее интенсивный прирост Λ и Ψ наблюдается в зонах вершин пластических волн перед обоими ДЭ (фиг.3), однако, интересен тот факт, что перед первым ДЭ, который имеет меньший натяг, накапливается около 60% общей степени деформации сдвига, в то время как перед вторым ДЭ, несмотря на больший натяг, доля накопленной степени деформации сдвига составляет примерно 40%, а само накопление деформации происходит менее интенсивно. Результаты моделирования показывают, что такое накопление деформации и исчерпание запаса пластичности вызвано тем, что первый ДЭ работает в зоне ОД, созданного вторым ДЭ. Полученная картина напряженно-деформированного состояния при обработке роликом предлагаемой конструкции говорит о значительном взаимном влиянии ДЭ друг на друга.It was established that the most intense increase in Λ and Ψ is observed in the zones of the vertices of the plastic waves in front of both DEs (Fig. 3), however, it is interesting that before the first DE, which has a lower interference, about 60% of the total degree of shear strain accumulates in while before the second DE, in spite of a greater tightness, the fraction of the accumulated degree of shear strain is approximately 40%, and the accumulation of strain itself is less intense. The simulation results show that such an accumulation of deformation and depletion of the plasticity reserve is caused by the fact that the first DE operates in the zone of OD created by the second DE. The resulting picture of the stress-strain state during processing by the roller of the proposed design indicates a significant mutual influence of DE on each other.
Проведенные исследования показывают, что описанная выше конструкция профиля рабочей части обкатного ролика позволяет накапливать большие значения деформаций без разрушения ПС и увеличить максимально достижимые значения параметров механического состояния металла ПС при обработке.The studies show that the above-described profile design of the working part of the rolling roller allows the accumulation of large strain values without destroying the PS and increasing the maximum achievable parameters of the mechanical state of the PS metal during processing.
Так, при экспериментальной обработке заготовок из стали 45 в состоянии поставки со следующими параметрами режима обработки: Dд=60 мм; hд1=0,02 мм; hд2=0,05 мм; S=0,1 мм/об; n=200 об/мин; роликом предлагаемой конструкции, имеющим следующие геометрические параметры: Dp=60 мм; Rпр1=Rпр2=1 мм; Δ12=0,03 мм; l12=0,7 мм, зафиксировано увеличение максимально возможной степени упрочнения поверхностного слоя до значений 48-52%, в то время как при идентичной обработке роликом-прототипом по ГОСТ 16344-70 максимально достижимая степень упрочнения поверхностного слоя составляет 40%.So, during the experimental processing of billets made of steel 45 in the delivery state with the following processing conditions: D d = 60 mm; h d1 = 0.02 mm; h d2 = 0.05 mm; S = 0.1 mm / rev; n = 200 rpm; roller of the proposed design, having the following geometric parameters: D p = 60 mm; R CR1 = R CR2 = 1 mm; Δ 12 = 0.03 mm; l 12 = 0.7 mm, an increase in the maximum possible degree of hardening of the surface layer to 48-52% was recorded, while with identical treatment with the prototype roller according to GOST 16344-70, the maximum attainable degree of hardening of the surface layer is 40%.
Claims (1)
где Rпр1 - профильный радиус первого деформирующего элемента;
Rпр2 - профильный радиус второго деформирующего элемента. Two-radius rolling obtuse roller having a working surface profile with a radius of constant value, characterized in that the working surface of the roller contains two deforming elements with a profile radius of 0.5 ... 5 mm, located relative to each other with a radial offset of 0.01 ... 0 , 1 mm both to and from the axis of the roller, and the distance between the vertices of the deforming elements along the axis of the roller is ,
where R CR1 - the profile radius of the first deforming element;
R CR2 is the profile radius of the second deforming element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135794/02A RU2530600C1 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Two-radius testing roller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135794/02A RU2530600C1 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Two-radius testing roller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2530600C1 true RU2530600C1 (en) | 2014-10-10 |
Family
ID=53381719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013135794/02A RU2530600C1 (en) | 2013-07-30 | 2013-07-30 | Two-radius testing roller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2530600C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2666205C1 (en) * | 2017-12-19 | 2018-09-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method of surface plastic deformation |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1346411A1 (en) * | 1983-05-26 | 1987-10-23 | В.С.Козлов | Roller for burnishing and forming oil-receiving pockets |
JPS6445569A (en) * | 1987-08-11 | 1989-02-20 | Hitachi Metals Ltd | Backing-up roller for working of roll |
SU1816668A1 (en) * | 1990-02-28 | 1993-05-23 | Novgorodskij Politekhn I | Knurling capstan |
-
2013
- 2013-07-30 RU RU2013135794/02A patent/RU2530600C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1346411A1 (en) * | 1983-05-26 | 1987-10-23 | В.С.Козлов | Roller for burnishing and forming oil-receiving pockets |
JPS6445569A (en) * | 1987-08-11 | 1989-02-20 | Hitachi Metals Ltd | Backing-up roller for working of roll |
SU1816668A1 (en) * | 1990-02-28 | 1993-05-23 | Novgorodskij Politekhn I | Knurling capstan |
SU1816671A1 (en) * | 1990-02-28 | 1993-05-23 | Novgorodskij Politekhn I | Knurling roller |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2666205C1 (en) * | 2017-12-19 | 2018-09-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method of surface plastic deformation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105750005B (en) | Replacement product for worn roller of cone crusher | |
Shinkin | Springback coefficient of round steel beam under elastoplastic torsion | |
Ijiri et al. | Evolution of surface to interior microstructure of SCM435 steel after ultra-high-temperature and ultra-high-pressure cavitation processing | |
RU2557377C2 (en) | Multiradii forming roller | |
RU2530600C1 (en) | Two-radius testing roller | |
JP5464511B2 (en) | Manufacturing method of orifice plate for liquid injection | |
JP2009160641A (en) | Edge treatment method of metal strip | |
JP2009241091A (en) | Punching machine and method for metal sheet with inversely tapered punch and chamfered die | |
EP3260210A1 (en) | H-shaped steel production method | |
RU2529335C1 (en) | Combined testing roller | |
KR20120127974A (en) | Grain refining method for tubular metallic material | |
JP5392168B2 (en) | Coining method and apparatus | |
KR20140062390A (en) | Grain refining method for tubular metallic material | |
RU2478031C2 (en) | Method of residual stress relaxation | |
JP5157716B2 (en) | Method for manufacturing universal joint yoke | |
JP2007278414A (en) | Cage for thrust roller bearing, and its manufacturing method | |
EP2018915A1 (en) | Expansion-molding method and expansion-molding device for steel pipe | |
JP4699041B2 (en) | Plastic working apparatus and plastic working method | |
JP5765757B2 (en) | Method for manufacturing annular shaped material | |
RU2462327C2 (en) | Method of making metal sleeves with gradient-hardened structure | |
RU2356669C1 (en) | Device for metal deformation process | |
RU2440865C1 (en) | Method of plastic structurisation of long billet material and device to this end | |
JP2004263768A (en) | Rolling bearing member, and method for manufacturing rolling bearing member | |
CN114393157B (en) | Transverse wedge rolling method for shaft parts | |
Chudasama et al. | Development of analytical model for dynamic bending force during single pass 3-roller cone frustum bending technique |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150731 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180425 |