Способ изготовления изделий переменного сечения

(19) 111) 4 ( 5 1 ) С 2 1 О 8 / 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЙЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЮГИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛШ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ, включающий формообразование, термическую обработку, холодную упрочняющую раскатку со степенью 0,4-1,0 Х, низкий отпуск, заневоливание закруткой, поверхностный наклеп и повторное заневоливание закруткой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьипения долговечности изделий перед термической обработкой производят горячую закрутку исходной прутковой заготовки с последующим формированием стерЖневого и галтельных участков продольной посекторной раскаткой, причем горячую закрутку исходной заготовки в зоне раскатки осуществляют на уголЧ = 360 09 ф/2 пофгде Ю - угол закрутки детали, град;10 - длина закручиваемоГо участка заготовки, мм;0 =агссй д/О - угол наклонаволокон после горячей:закрутки, град;д - Диаметр после раскатки,мм;дд- диаметр заготовки,мм.Изобретение относится к изготовлению упрочненных изделий, работающих на статическое и циклическое кручение.Известен способ упрочнения тор" сионного вала, заключающийся в горячем закручивании прутковой заготов. ки с последующей высадкой .головок, причем направление деформации при закручивании совпадает с направлени ем рабочих напряжений детали 11 .Однако этот способ не обеспечивает достаточного повышения долговечности и прочности изделий, так как при высадке головок в предваритель но закрученной заготовке в местах перехода от стержня к головкам (в галтелях) волокна располагаются хаотически, следовательно галтельные . участки (половина галтели, прилегаю щая к стержню) имеют прочйость ниже, чем на стержневом участке, где волок на закручены равномерно. Это приводит к поломкам изделий в местах перехода от стержня к галтелям, либо 25 в самих галтелях. Так, при изготовлении торсионных валов по этому .способу с закруткой исходной прутковой заготовки и последующей высадкой головок с дальнейшим изготовлением ЗО по традиционной технологии (механообработка, объемная закалка, отпуск, шлифовка, обкатка стержня и галтелей, заневоливание) обеспечивается максимальный уровень рабочих напряжений,З 5 равный 1 п 1350-1400 ИПа, долговечность валов составляет 350-400 тыс,цикловНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемоО му результату является способ упрочнения изделий переменного по их длине сечения, который включает термомеханическую обработку изделий кручением, холодную упрочняющую Рас катку со степенью деформации 0,4- 1,0 Х с низким отпуском, откатку роликами и заневоливание. Способ обеспечивает повышение максимальных рабол чих напряжений в торсионных валах5 О до 1600 МПа 2.Недостатком известного способа является то, что наиболее опасные мес. та изделий переходы от стержня к галтелям и сами галтели) не подвер гаются закрутке. Долговечность торсионных валов, изготовленных по известному способу, составляет 1 млн. циклов, причем разрушение валов происходит либо в местах перехода от стержня к галтелям, либо по самим галтелям (половина галтельного участ ка, прилегающая к стрежню).Это объясняется тем, что при термомеханической обработке валов кручением закрутке подвергается только стержень, на галтелях же волокна остаются параллельными оси детали. Таким образом, стержень становится прочнее галтельных участков, в результате чего и возникают разрушения.Цель изобретения - повышение статических и циклических характеристик изделий переменного по длине сечения, работающих на кручение, а следова-. тельно, их долговечности.Поставленная цель. достигается тем, что согласно способу изготовления изделий переменного сечения, включающему формообразование, термическую обработку, холодную упрочняющую раскатку со степенью деформации 0,4-1,07, низкий отпуск, заневоливание закруткой, поверхностный наклеп и повторное заневоливание закруткой, перед термической обработкой производят горячую закрутку исходной прутковой заготовки с последующим формированием стержневого и галтельного участков продольной посекторной рас" каткой, причем горячую закрутку заготовки в зоне раскатки осуществляют на угол о о1 =3 ЬОо1где Ф - угол закрутки детали, град;1 - длина закручиваемого участказаготовки,мм;д - диаметр заготовки,мм:,ц =агссйдА(1" угол наклона волоконопосле горячей закрутки, град;д - диаметр изделия после раскатки.В процессе формирования стержневого участка угол наклона волокон относительно оси изделия уменьшают до 40-50 о.Сочетание первоначальной закрутки исходной заготовки на определенный расчетный угол с.последующей холодной продольной формообразующей раскат кой обеспечивает постоянство угла наклона волокон на стержневой части изделий, работающих на кручение в3 1135 диапазоне 40-50 о(на галтельных участках угол наклона волокон переменный и увеличивается до углами по меревозрастания диаметра), причем расположение волокон на стержне и галтелях носит равномерный характер. Обеспечение угла наклона волокон в диапазоне 40-50 О на стержне иэделия(плавно возрастающего на галтельных участках) в сочетании с холодной О пластической деформацией раскаткой в неприводных ручьевых валках с по" , следующими упрочняющими операциями(термообработка, упрочняющая раскатка, заневоливание, обкатка роликами, вторичное заневоливание) позволяет получить максимальный уровень рабочих напряжений (например, в торсионных валах) более 1650 МПа, а следовательно, повьппает их долговечность. 2 О Диапазон углов наклона волокон, рав" ный 40-50 о,выбран из условия получения максимальных тангенциальныхнапряжений в сечении изделий, работающих на кручение, При углах наклона менее 40 и более 50 эначения,тангенциальных напряжений уменьшаются, что приводитк снижению долговечности иэделий.На фиг.1 изображена закрученная исходная заготовка; на фиг.2 - заготовка после холодной формообразующей раскатки.П р и м е р. Изготавливают высокопрочный торсионный вал иэ стали 45 ХН 2 МФАЯ, имеющий. следующие геометрические размеры: диаметр стержня,35 вала 48 мм; длина вала 1321 мм; диаметрьь головок вала 70 и 67 мм;длины головок вала 35 и 45 мм. Выбирается заготовка диаметром до=68,4 мм, длиной 1. =750 мм.Длина эакручиваемого участка определяется как длина заготовки за вычетом длин головок изделия:1 =750-35-45-670 мм.45оРаскатку производят с учетом припуска на шлифовку на диаметр О =49 мм .Определяется угол наклона волокон06 и угол закручивания прутковой , 5 Озаготовки , соответствующий данномууглу К 780 2 2 д, 49 о о 0 = огссЯ - ас с 1 б 63 а 63 ф Я 1 о 6,4, 60сф 60 1,94863415 (ми 9 Лоьорота),2 68;4Производят нагрев прутковой заготовки до й 930 С и затем закручиваютоее моментом л 1 кНм на угол 3435 (9,5 оборота),при этом обеспечивает-ся угол наклона волоконф -63 (фиг. 1) . После снятия закручивающей нагрузки с заготовки производят охлаждение ее на спокойном воздухе и затем изотермический отжиг для придания материалу пластических свойств.Среднюю часть заготовки раскатывают напродольяо-раскатном станке "ПР1,максимальное радиальное усилие 200 тс, максимальное осевое усилие 100 тс) с диаметра Ф 68,4 мм на диаметр 49 мм с одновременным получением стержня и галтелей вала( фиг.2).Длина детали увеличивается с =750 мм до Р, 1321 мм и угол наклона волокон М уменьшается на стержневой части вала с 63 до 45 ф. После накатывания шлицев на головках валов осуществляют термическую обработку вала (нагрев ТВЧ до 930+10 , закалка и отпуск при й 200 С) .Затем шлифуют стержень и галтели вала, производят упрочняющую раскатку вала со степенью деФормации 0,4-1,0 Х на 4-8 мм на продольно-раскатном станке ПРс последующим отпуском при150 С.Производят первое заневоливание закруткой, обкатку стержня и галтелей вала роликами с усилием 1200 кгс и второе заневоливание пятикратной закруткой на угол 70,Причем направление закрутки на всех операциях должно совпадать с направлением рабочих напряжений.Долговечность торсионных валов, изготовленных по предлагаемому способу, составляет около 1,5 млн.циклов. что на 507 выше максимальной долговечности валов изготавливаемых по известному способу.Годовой зкономический эффект от использования способа составит159 тыа.ууб.1135780 орректор В.Бутя Тираж 552Государственного комитет ам изобретений и открытии Москва,Ж,Раушская наб 8/18ВНИИПИпо дел13035 Заказ одписное ССР