ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРАВКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА МАЛОЖЁСТКИХ ВАЛОВ 4

Мазур В.К. Толъяттинская ТЭЦ

Достижение прямолинейности деталей типа маложёстких валов (оси, штоки, боригганги и др.) с соотношением длины к диаметру выше 30 сопряжено с трудностями из-за необходимости борьбы с технологическими остаточными деформациями (ТОД) изгиба. Последние возникают из-за нарушения равновесия напряжённого состояния заготовки при удалении припуска механической обработкой, носят наследственный характер и сопровождают процесс изготовления вала с начальных стадий до финиша.

Применение специальных мер по снижению ТОД изгиба в процессе изготовления не всегда приводит к ожидаемым результатам на финише, поэтому может возникнуть необходимость проведения правки.

Однако традиционная правка изгибом неприемлема для этих целей ввиду невозможности достоверного контроля процесса исправления относительно малых величин деформаций, каковыми являются ТОД изгиба и снижения характеристик прочности изделия. Известные методы правки поверхностным пластическим деформированием (ППД), основанные на целенаправленном изменении существующего напряжённого состояния вала за счёт регулирования режимами ППД или геометрией инструмента напряжений в поверхностном слое, требуют применения сложных быстродействующих устройств, которые осуществляют управление параметрами ППД на цикле каждого оборота вала.

Для устранения этих недостатков разработан и защищён патентом РФ метод правки ППД, в процессе осуществления которого параметры ППД неизменны. Сущность метода заключается в создании упругих напряжений ajz) в вале (рис. 1,6) изгибом на величину dnep(z) внешним моментом MuJ z) в направлении обратном исправляемым ТОД изгиба Sua(z) (рис.1,а) и подавлении части созданных упругих напряжений ay(z) за счёт формирования с помощью ППД на фиксированных режимах деформированного слоя глубиной «а» с образованием начальных напряжений a„m(z) (рис.1,в). Под последними понимаются напряжения имеющие место в заготовке (детали) после закрепления и обработки, но до удаления внешних связей (воздействий). После удаления внешних воздействий (изгибающего момента MuJz)) происходит перераспределение начальных напряжений, деформирование вала в виде изгиба возврата и образование остаточных напряжений aocm(z) (рис.1,г). Последние уравновешены во всех направлениях по внутренним силам и моментам, поэтому сами по себе сформированные остаточные напряжения не могут являться причиной технологических остаточных деформаций, т.к. деформации уже произошли.

Рисунок 1. Схема правки ППД:

а) участок вала до правки; б) упругое деформирование вала; в) обработка ППД; г) после правки.

Для совмещения оси вала при возврате с его номинальным положением установлена функциональная зависимость величин упругого перегиба вала Snep(z) от исправляемых величин ТОД изгиба Sucx(z), свойств материала вала, геометрии его поперечных сечений и параметров ППД. Для подтверждения выявленных зависимостей, а также практического осуществления разработанного метода правки использовался универсальный токарный станок, оснащённый специально разработанным выглаживающим устройством -несложной конструкции. Проверка соответствия экспериментальных значений параметров правки со значениями, рассчитанными по выявленным зависимостям, показала удовлетворительное соответствие.

Применение разработанного метода для правки валов с соотношением длины к диаметру до 85 и с максимальными ТОД изгиба до 600 мкм позволило обеспечить требуемую прямолинейность (до 10 мкм на 1 погонный метр длины вала). При этом величины упругого перегиба dnep(z) необходимые для исправления валов доходили до значений 4,8 мм, что позволяло уверенно контролировать процесс правки. Попутно достигалось повышение прочностных характеристик изделия за счёт применения ППД.

Использование упругого перегиба вала в разработанном методе в качестве основного параметра управления правкой позволяет достоверно осуществлять контроль процесса исправления, а также избежать применения сложных устройств при реализации.