Повышение стойкости накатного инструмента с помощью эффекта Баушингера

подходит по требованию безопасности с точки зрения вероятности образования трещин.

Кроме того, обзор научно-технической литературы показал, что следует учитывать направление волокон и при возможности обеспечить точное совпадение направления волокон с направлением наибольших нормальных напряжений при эксплуатации детали. «Особо важную роль в случае горячей деформации приобретает скорость деформирования, а также скорость охлаждения после деформации с большими скоростями. С помощью изменения этих двух параметров можно существенно изменять структуру металлов и сплавов, ее однородность, термическую стабильность и соответственно свойства» [7]. При этом чем меньше размеры кованой заготовки, тем лучше ее проко-вываемость, тем больше ударная вязкость. Для повышения ударной вязкости кованая заготовка должна быть индивидуальной, а не групповой для каждого типоразмера фланца и должна соответствовать ГОСТ 28919-91 на фланцевые соединения устьевого оборудования. Поэтому у кованой заготовки всегда указываются ее размеры.

Согласно международному стандарту API Specification 6A/ISO 10423 п. 7.4.9.5.6 [6], должно проводиться гидростатическое испытание седла (продолжительное). Дополнительно это гидростатическое испытание корпуса требует продления вторичного и третьего периода сдерживания давления до времени минимум 15 минут.

Дополнительно к гидростатическому (продолжительному) испытанию корпуса для индивидуального оборудования (в соответствии с п. 7.4.9.5.4) должно проводиться пневматическое испытание корпуса.

Пневмоиспытание должно проводиться при температуре окружающей среды. Среда-азот. Контроль проводится с оборудованием полностью погруженным в ванну с водой. Клапаны и дроссели должны частично быть открытыми при испытании.

Обсуждение результатов

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1 Для предотвращения трещинообразования следует применять высокопрочные кованые стали с напряжением, большим в 1,6021 раза допускаемого напряжения поASIVE.

2 Рекомендуется использовать кованую сталь с продольным направлением по отношению к нормальным напряжением волокон.

3 Необходима минимизация размеров кованой заготовки.

Список литературы

1 Слепян, Л. И. Теория трещин. Основные представления и

результаты [Текст]/Л. И. Слепян, Л. В. Троянкина.- Ленинград: Судостроение, 1976.- С.11, 23.

2 Гастев, З. А. Краткий курс сопротивления материалов [Текст]/

З. А. Гастеев.- М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1977. - С. 114, 127.

3 ANSI/API-6A specification 2009 п. 4.3.3.2.- 25 с.

4 Коротовских, В. К. Термодинамические основы коэффициента

запаса прочности [Текст] / В. К. Коротовских, С. В. Марфицын // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Технические науки». 2010. - Вып. 5. -С.10-11.

5 Коротовских, В. К. Определение критического напряжения трещин в

арматуре с использованием вероятностных критериев [Текст]/ В. К. Коротовских, С. В. Марфицын //Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении : материалы Международной научо-технической конференции. - Курган : Изд-во Курганского гос. унта, 2010.- С. 213-215.

6 API Specification 6A/ISO 10423 20 редакция, 2010 п. 7.4.9.5.6.-92 с.

7 Полухин, П. И. Физические основы пластической деформации

[Текст]/П. И. Полухин, С. С. Горелик, В. К. Воронцов.- М. : Металлургия, 1982.- 371 с.

УДК 621.9.04

В.К. Коротовских, А.Г. Мезенцев Курганский государственный университет

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ НАКАТНОГО ИНСТРУМЕНТА С ПОМОЩЬЮ ЭФФЕКТА БАУШИНГЕРА

Аннотация. В статье приведен способ повышения стойкости накатного инструмента при формообразовании зубчатых и шлицевых профилей за счет использования эффекта Баушингера.

Ключевые слова: эффект Баушингера, стойкость инструмента, усилие деформирования.

V.K. Korotovskikh, A.G.Mezentsev Kurgan State University

INCREASE OF KNURLING TOOL DURABILITY BY MEANS OF BAUSHINGER EFFECT

Abstract.The article describes the method of knurling tool durability increase while forming toothed and splined profiles by means of Baushinger Effect.

Index Terms: Baushinger Effect, tool durability, deformation effort.

Сущность холодного накатывания заключается в образовании необходимого профиля изделия за счет пластического деформирования поверхностного слоя материала заготовки при непрерывном обкатывании зубьями накатного инструмента. Внедряясь в заготовку, зубья накатного инструмента образуют впадины, а вытесняемый материал приобретает форму головок зубьев накатываемого колеса. Специальная форма инструмента и кинематика относительных движений заготовки и инструмента создают определенным образом направленное пластическое перемещение металла заготовки, что обусловливает образование требуемой формы зубчатого венца.

Метод пластической деформации по сравнению с обработкой резанием обеспечивает более высокую производительность; требует меньшего расхода материала; позволяет получить более высокое качество формируемого профиля; способствует повышению износоустойчивости готового изделия [1].

В предлагаемой статье при обработке металлов давлением, в частности при формообразовании зубчатых и шлицевых профилей изделий пластическим деформированием в холодном состоянии, предложено использовать эффект Баушингера. Проявление эффекта позволяет снизить усилия деформирования и в конечном итоге повысить стойкость формообразующего накатного инструмента.

Эффект Баушингера заключается в том, что металл, деформированный в одном направлении, имеет пониженное сопротивление пластическим деформациям при последующей нагрузке противоположного знака (рисунок 1). Кривая деформации на рисунке 1 воспроизводит предварительное нагружение (например, растяжение) образца до малых значений пластической деформации с пределом текучести оТ и последующую разгрузку. При повторном нагружении в противоположном направлении (сжатии), вследствие эффекта Баушингера предел текучести

материала уменьшается (о'т <От ) и материал деформируется легче, чем он деформировался бы под действием нагружения того же направления, что и предыдущее. Иногда наблюдается даже разупрочнение по отношению к исходному металлу. Обычно эффект Баушингера связывают с неоднородностью структуры металлов и возникающими при деформации такого металла микронапряжениями.

G

Щ

О е

/

J 1 "VI >1^1

Рисунок 1 - Кривая Баушингера при нагружении и разгрузке

Предлагаемый способ осуществляется в два этапа. На первом производится предварительное формирование с определенной степенью деформации на поверхности заготовки выступов и впадин. Эффект Баушингера обнаруживается при малых значениях пластической деформации (до 2%), уменьшаясь при увеличении её величины. Критическая степень деформации £кр, равная 2 %, при которой проявление эффекта максимально, может быть выражена через соотношение площадей и соответственно, диаметров окружностей сформированных выступов и впадин:

D

D

£ = 2ln-кр

гДе DB

D

= 2ln

D

впад

- диаметр окружности выступов;

Бвпад - диаметр окружности впадин;

й0 - исходный диаметр заготовки.

Исходя из (1), диаметр окружностей этих выступов

-^вьгст и впадин Ввпад можно определить по формулам:

Do • e'

0,01.

D,

D

0/

впад

,0,01

где е - основание натурального логарифма. Таким образом, на первоначальном этапе на месте впадины заготовки будет сформировано сжимающее напряжение, а на месте выступа - напряжение растяжения.

Затем производится окончательное формообразование профилей стандартным инструментом. При этом предварительно деформированную заготовку и формообразующий инструмент ориентируют таким образом, чтобы на зуб инструмента приходился выступ заготовки. Тогда при окончательном формообразовании накатыванием на месте впадины формируется выступ и напряжение растяжения, а на месте выступа - впадина (сжимающее напряжение), т.е. происходит смена знака пластической деформации изделия (эффект Баушингера). Установлено [2], что за счет эффекта Баушингера снижение основной механической характеристики пластичных материалов - предела

текучести с02 - для сталей достигает 15-20 %. Снижение прочности и увеличение пластичности, в свою очередь, позволяет уменьшить усилия деформирования и повысить тем самым стойкость формообразующего инструмента.

Ниже приведен пример изготовления профиля накатыванием для цилиндрического зубчатого колеса. Параметры колеса: модуль т = 3 мм, число зубьев Z= 40, ширина колеса Ь = 20 мм. Исходный диаметр заготовки D = т^ = 340 = 120 мм. Материал заготовки - хромистая сталь 40Х ГОСТ 4543-71 с условным пределом текучести

с0,2 = 300 МПа (после отжига).

На первом переходе заготовку предварительно обкатывают специальным накатным инструментом с образованием на ее поверхности выступов и впадин. Диаметры окружности выступов и впадин будут соответственно равны:

Dвыст = Do • е0,01 = 121,22мм,

Овпад = Оо/е0,01 = 118,8мм.

На втором переходе заготовку обкатывают стандартным накатным инструментом. При этом заготовку и инструмент ориентируют таким образом, чтобы на зуб инструмента приходился выступ заготовки. Тогда при накатывании на месте впадины на заготовке формируется выступ, а на месте выступа - впадина, т.е. проявляется эффект Баушингера. Следствием эффекта является снижение условного предела текучести с2 материала заготовки с

300 МПа до 255-265 МПа.

Радиальное усилие накатывания можно определить по формуле

P = P • F

ср к i

где Рр - среднее удельное давление: Р = (3,5 - 4) а0,2 ,

[3]

где FK - площадь контакта или поверхности соприкосновения. Для данного зацепления площадь контакта FK = 258 мм2.

Радиальное усилие накатывания Р1 без использования эффекта Баушингера равно:

Р1= Р F = 3,5-300-258 = 270900 Н = 270, 9 кН.

ср к ' '

С учетом эффекта радиальное усилие накатывания Р уменьшается на 15% и составляет:

Р = 3,5-255-258 = 230265 Н = 230,265 кН.

Таким образом, применение эффекта Баушингера позволяет уменьшить усилие деформирования и увеличить стойкость формообразующего накатного инструмента примерно на 15 - 20% (а.с. 1362552). Способ может быть использован при формообразовании зубчатых профилей труднообрабатываемых материалов и при накатывании зубчатых профилей с модулем m > 1,5 - 2 мм. Кроме того он может быть реализован при любой известной схеме накатывания.

Список литературы

1 Виды обработки металлов. URL: www.modern-machines.com.

2 Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических

процессов действия преобразователей энергии. URL: www.heuristic. su.

3 Половников, В. В. Изготовление цилиндрических зубчатых колес

прокаткой [Текст]/В. В. Половников. - М.: Машгиз, 1961. - 188 с.

0

выст

0

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 8

103

УДК 62 (470.58) (09) А.И. Семакин

Курганский государственный университет

МАШИНСТРОЕНИЕ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ В XXI ВЕКЕ

Аннотация. Показаны особенности развития промышленности Курганской области, её структура, роль и место машиностроения и металлообработки в промышленном комплексе области. Дан краткий анализ развития регионального машиностроения, показаны его состояние, динамика и тенденции развития.

Ключевые слова: промышленность, структура, машиностроение, металлообработка, объём производства, предприятие.

A.I.Semakin

Kurgan State University

MECHANICAL ENGINEERING OF THE KURGAN REGION IN THE TWENTY-FIRST CENTURY

Abstract. The article shows the peculiarities of Kurgan region industry development, its structure, the role and place of mechanical engineering and metal working in the industrial complex of the region. The article gives a brief analysis of the regional mechanical engineering development, shows its state, dynamics and tendencies of its development.

Index Terms: industry, structure, mechanical engineering, metal working, the production volume, enterprise.

Кто из нас не помнит со школьной скамьи крылатую пророческую фразу «Богатство России Сибирью прирастать будет», сказанную нашим великим учёным М.В. Ломоносовым почти 300 лет назад? Много лет спустя пришло время указанными богатствами активно пользоваться, а для этого нужно было осваивать эту территорию. Классическое активное освоение территории предполагает следующий сценарий: строительство дорог и другой инфраструктуры, развитие промышленности, в первую очередь энергетики и машиностроения. Энергетический потенциал Сибири во многом заключается практически в неисчерпаемых энергоресурсах её многочисленных рек. Однако вплоть до конца XIX века в Сибири не было ни железных дорог, ни гидроэнергетики, ни машиностроения.

Известно, что освоение новых территорий начинается, как правило, c географических зон, сопредельных с уже освоенными экономическими территориями. Активное освоение Сибири началось со строительства Транссибирской железнодорожной магистрали (1891-1916 годы). Энергетический потенциал сибирских рек и строящаяся железная дорога требовали технической поддержки, вызванной необходимостью развития гидроэнергетики и машиностроения. На волне этих исторических вызовов и возникли первые машиностроительные предприятия Зауралья, Курганский уезд которого относился тогда к Сибири. Именно Курганскому уезду Сибирь стала обязана развитием своей гидроэнергетики и машиностроения [1].

В самом начале XX века именно в Кургане был пущен в эксплуатацию машиностроительный завод инженера Сергея Балакшина (ныне - ОАО «Кургансельмаш»), основной продукцией которого были гидротурбины для

малых рек. Вслед за ним открылись Петуховские ремесленные мастерские (ныне - ОАО «Петуховский литейно-механический завод»), которые начали работать на нужды строящейся железной дороги. Два этих предприятия и положили начало машиностроению зауральского края.

Развитие машиностроения Зауралья можно образно сравнить с жизнью человека: рождение и довольно длительный период детства и юношества, когда реальная отдача обществу невелика; период активной производительной деятельности с максимальной отдачей; период старения и болезней, когда ещё есть желание многое сделать, но оно уже не подкреплено реальными физическими возможностями.

Так же можно представить и развитие зауральского машиностроения. Первый период развития машиностроения региона продолжался вплоть до начала 40-х годов прошлого века, когда существовали только два названных машиностроительных предприятия.

Второй, самый насыщенный и продуктивный период его развития, - 1941-1990 годы. Машиностроение края получило резкое развитие в начале Великой Отечественной войны, когда в 1941-1942 годах в Зауралье был эвакуирован ряд промышленных предприятий из европейской части Советского Союза, в том числе 15 предприятий машиностроения [2].

Следующим периодом активного развития машиностроения Курганской области стала вторая половина прошлого столетия, вплоть до 1990 года. В это время быстрыми темпами стали развиваться производственные мощности существующих заводов, вводились в строй многие ныне действующие машиностроительные предприятия. Интенсивно росли объём выпуска и номенклатура промышленной продукции, особенно продукции машиностроения. Курганская область стала активно пробиваться в ряды промышленных регионов СССР На рубеже 60-х и 70-х годов объём промышленного производства в Курганской области превысил объём производства сельскохозяйственной продукции, и аграрная область превратилась в промышленно-аграрную [2;3]. В это же время стала формироваться современная структура её промышленности. По данным статистики, за период 1960-1985 годов объём выпуска промышленной продукции увеличился почти в 15 раз, а производительность труда выросла в 4 раза.

С 1991 года в машиностроении области начался современный период, период «болезней» и резкого спада промышленного производства. В связи с начавшейся перестройкой экономики страны и распадом СССР промышленность Зауралья оказалась парализованной и длительное время находилась в состоянии глубочайшего кризиса. В конце 90-х годов прошлого столетия промышленность Курганской области практически находилась в состоянии стагнации. Резкий спад производства, начавшийся с 1992 года, носил всеобщий характер и затронул все отрасли промышленности. К 1997 году, когда спад прекратился, объём выпуска промышленной продукции в области сократился в 3 раза (рисунок 1). А производство продукции предприятий машиностроения и металлообработки сократилось в 3,8 раза [2]. В результате несколько крупных машиностроительных предприятий области перестало существовать. Среди них ОАО «Русич»-КЗКТ», ОАО «Курганский завод деревообрабатывающих станков», Шадринский завод «Полиграф-маш». Экономика Курганской области оказалась в крайне тяжёлом состоянии, что отбросило её по экономическому рейтингу в конец списка субъектов Российской Федерации: некогда процветавшая область стала дотационной.

После 1997 года наметился медленный рост промышленного производства, который продолжался до 2000 года. Дефолт 2001-2002 годов прервал этот рост. В результате