СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2012 года по МПК B21D1/06 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к обработке металлов давлением и механической обработке, в частности к производству длинномерных деталей, т.е. таких, у которых L/D>25, где L - длина заготовки, D - внешний диаметр заготовки.

Известно, что при производстве длинномерных металлических деталей длинномерный круг в виде проката или поковки поступает с каким-то своим распределением овальности, кривизны и твердости материала. Причем параметры распределения овальности и кривизны длинномерной заготовки влияют на ее позиционную установку на станок, и, в зависимости от величины указанных параметров и точности установки, будут происходить поводки заготовки при обработке. При этом величина съема металла с разных сторон заготовки на величину деформации влияет экстенсивно, а распределение твердости и других механических свойств - интенсивно (см., например, В.А.Гапонкин и др. «Обработка резанием, металлорежущий инструмент и станки». 1990, стр.40-47). Поэтому заготовку «ведет» и ее нужно либо обрабатывать таким образом, чтобы деформации, возникающие в различных частях заготовки, компенсировались, либо необходимо ее рихтовать, т.е. править. Последнее замечание очень актуально при использовании минусовых припусков на заготовку для изготавливаемой детали. При этом при правке вносятся какие-то дополнительные напряжения, которые производят выравнивание заготовки для детали. И вот тут необходимо учитывать напряжения, поскольку в заготовке уже существовал какой-то уровень напряжений (см., например, А.Д.Амаев и др. «Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов». 1997, стр.7-9), и, возможно, при наложении их, напряжений от рихтовки и напряжений при эксплуатации, деталь потеряет свои потребительские качества (см., например, М.М.Радкевич. «Технология упрочняющей деформацинно-термической обработки». 2003, стр.148-149).

Учитывая вышеизложенное, можно сказать, что, например, при токарной обработке длинномерных деталей вносятся неравномерные напряжения, которые ведут к неравномерным деформациям, что приводит к тому, что заготовку «ведет», и ее следует править. Существуют различные способы правки (см., например, С.Г.Комаишко и др. «Многофункциональное устройство для заготовительных операций». Металлообработка, 2008, №5, стр.46-47, или патент РФ 2006311, патент РФ 2090284, или заявка на изобретение №95102377/02 от 17.02.1995). Однако указанные способы не учитывают внесенные остаточные напряжения (см., например, Е.Н.Мошнин. «Гибка и правка на ротационных машинах. Технология и оборудование». 1967, стр.42-45), которые влияют на дальнейшую эксплуатацию, что может привести к деградации потребительских качеств детали.

Кроме того, существуют и другие способы правки, например, наклепом (см., например, В.Г.Шмаков. «Кузница в современном хозяйстве». 1990, стр.254), которые также вносят различный уровень остаточных напряжений, но при этом правка наклепом не требует переустановки детали на станке. Различные условия дальнейшей эксплуатации деталей также вносят свои коррективы, которые следует учитывать при изготовлении, например, эксплуатация штока, работающего при одной температуре и только на растяжение-сжатие, отличается от эксплуатации оправки трубопрокатного стана, которая подвергается частичному растяжению, сжатию и изгибу, а также обжатию и нагреву - в циклическом режиме, и, соответственно, к их производству следует подходить по-разному, поскольку операцию правки возможно отнести к операциям, вносящим в изделие концентратор напряжения, а известно (см., например, О.Уайэтт и др. «Металлы Керамики Полимеры (введение к изучению структуры и свойств технических материалов)». 1979, стр.161), что при пульсирующих нагрузках усталостная прочность может быть снижена в 3 раза.

Технический результат настоящего изобретения заключается в выявлении условий эксплуатации длинномерных деталей и последующем учете их при проведении технологического процесса изготовления данной детали путем добавки операции отпуска с помощью переносной проходной печи.

Указанный технический результат достигают тем, что в заявляемом способе при производстве длинномерных металлических деталей, включающем механическую обработку, перед началом механической обработки по отношению к каждой детали производят системный анализ условий ее будущей эксплуатации, и в случае обнаружения при этом наличия циклических нагрузок на деталь, особенно при эксплуатации детали при высоких температурах, в агрессивной среде, а также при соотношении механических свойств σ₀₂/σ_В больше 0,92, механическую обработку детали осуществляют с проведением операции отпуска с помощью переносной проходной печи на участке детали, на котором обнаружена поводка, осуществляемая после проведения на этом участке операции правки, при этом правку можно осуществлять методом наклепа или методом противоизгиба.

Сам по себе процесс отпуска известен (см., например, В.Я.Дмитриев. «Исследование причин трещинообразования на коленах реактора, работающего при сверхвысоком давлении». Металлообработка, 2009, №1 (49), стр.34-42), как и проведение системного анализа (см., например, Современные проблемы науки и техники: метод. указания сост.: Л.Б.Аксенов. - СПб.: Издательство Политехнического университета, 2008, стр.60), а также и применение операций отпуска металла на конкретном обрабатываемом участке с помощью секционной печи (см., например, С.Г.Комаишко и др. «Комплектование мелкосерийного производства агрегатов заготовками». Станочный парк, 2010, №5(71), стр.38-39), однако использование их в способе производства длинномерных металлических изделий заявляется впервые.

Благодаря наличию приведенных признаков изобретения обеспечивается возможность производства описываемых деталей с учетом всех возникающих напряжений и в условиях их допустимых значений.

При работе, используя заявляемый способ производства длинномерных металлических деталей с включением операций их механической обработки, перед началом механической обработки в отношении каждой детали производят системный анализ, выявляющий условия будущей эксплуатации этой детали, и в случае обнаружения при этом наличия циклических нагрузок на деталь, особенно при эксплуатации детали при высоких температурах, в агрессивной среде, а также при соотношении механических свойств σ₀₂/σ_В больше 0,92, механическую обработку детали осуществляют с проведением операции отпуска с помощью переносной проходной печи на участке детали, на котором обнаружена поводка, осуществляемая после проведения на этом участке операции правки. При этом правку можно осуществлять методом наклепа или методом противоизгиба.

В качестве реализации предлагаемого способа можно рассмотреть конкретный пример. Так, при изготовлении оправок трубопрокатного стана Д 168, 4x10000 мм из стали 25Х2М1Ф, заготовкой служила поковка Д 185×10500 мм. При этом из части заготовок в виде 4 штук оправки изготавливались традиционным способом, а из 5 штук заготовок - с использованием заявляемого способа, а именно с проведением системного анализа будущей эксплуатации. Выявленные с помощью системного анализа условия будущей эксплуатации 5 штук оказались следующими: температура прокатки около 1200 градусов Цельсия, на оправку будет осуществляться воздействие давления деформируемого горячего металла, и будут возникать изгибающие моменты от сил, действующих на металл в различных клетях и после прокатки, и после охлаждения в ванне с водой, кроме того, возможно наличие агрессивной среды в связи присутствием поваренной соли в воде при охлаждении в ванне с водой, возникающей в виде остатков смазки, вносимой при прокатке, а также возможно наличие коррозии под напряжением. После замеров σ₀₂ И σ_В, отношение которых составило σ₀₂/σ_В=1020/1100=0.927, т.е. более 0, 92, и выявления участков поводки было принято решение о проведении операции отпуска с помощью переносной проходной печи. В результате после обследования и учета оказалось, что произведенные без доотпуска 4 оправки прослужили около 50 прокаток и вышли из строя без возможности ремонта, а 5 оправок с доотпуском прослужили около 200 прокаток с возможностью последующей переточки на другой размер.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к производству длинномерных деталей обработки металлов давлением. Перед началом механической обработки по отношению к каждой детали производят системный анализ условий ее будущей эксплуатации детали. В случае выявления наличия циклических нагрузок на деталь, особенно при эксплуатации детали при высоких температурах, в агрессивной среде, а также при соотношении механических свойств σ₀₂/σ_в больше 0,92 механическую обработку детали осуществляют с проведением операции отпуска. Отпуск проводят в переносной проходной печи на участке детали, на котором обнаружена поводка, осуществляемая после проведения на этом участке операции правки. Предпочтительна правка детали наклепом или методом противоизгиба. Обеспечивается выявление условий эксплуатации длинномерных деталей и последующий учет их при проведении технологического процесса изготовления данной детали. 2 з. п. ф-лы.

1. Способ производства длинномерных металлических деталей, включающий механическую обработку, отличающийся тем, что перед началом механической обработки по отношению к каждой детали производят системный анализ условий ее будущей эксплуатации, и, в случае выявления при этом наличия циклических нагрузок на деталь, особенно при эксплуатации детали при высоких температурах, в агрессивной среде, а также при соотношении механических свойств σ₀₂/σ_в больше 0,92, механическую обработку детали осуществляют с проведением операции отпуска с помощью переносной проходной печи на участке детали, на котором обнаружена поводка, которую осуществляют после проведения на этом участке операции правки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что правку осуществляют методом наклепа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что правку осуществляют методом противоизгиба.