Совершенствование технологии изготовления высоконагруженных резьбовых соединений атомных энергоустановок типа БН-800, БН-1200 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат наук Котов, Игорь Владимирович

• Котов, Игорь Владимирович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Котов, Игорь Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

СТР.

ВВЕДЕНИЕ

глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Анализ конструктивных особенностей крупных резьбовых соединений реакторных установок БН-800, БН-1200

1.2 Анализ особенностей технологии изготовления деталей

резьбовых соединений АЭУ

1.3 Особенности сборки крупных резьбовых соединений теплообменных аппаратов

1.4 Состояние поверхностного слоя и эксплуатационные свойства резьбовых деталей

1.5 Цели и задачи исследований

глава 2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Методика исследований эффективности инструментальных материалов, износостойких покрытий и СОТС

2.2 Методика исследований качества поверхностного слоя

2.3 Методика исследований эффективности смазок и покрытий при сборке и разборке резьбовых соединений

2.4 Выводы

глава з ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

3.1 Разработка методики определения остаточных напряжений в поверхностном слое впадин резьбы

3.2 Результаты исследования остаточных напряжений

3.3 Исследование микротвердости и шероховатости резьбовых поверхностей

3.4 Выводы

глава4 ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМАЗОЧНО-

ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД

Выводы

глава 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ

5.1 Влияние величины зазора в резьбовых соединениях

5.2 Влияние смазок и покрытий на качество сборки-разборки

резьбовых соединений

5.2.1 Испытания смазок при температуре 350°С

5.2.2 Испытания смазок при температуре 450°С

5.2.3 Испытания покрытий при температуре 350°С

5.2.4 Испытания покрытий при температуре 450°С

5.3 Разработка и испытания специальных средств механизации для обеспечения бездефектной сборки-разборки резьбовых

соединений

5.4 Выводы

глава б РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЭУ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Расчет экономической эффективности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии изготовления высоконагруженных резьбовых соединений атомных энергоустановок типа БН-800, БН-1200»

ВВЕДЕНИЕ

В современных мощных энергетических установках широко применяются крупные высоконагруженные резьбовые соединения.

Качество изготовления и сборки таких соединений во многом определяет надежность и ресурс работы энергоагрегатов. Недооценка проблем обеспечения качества изготовления и контроля резьбовых соединений, как показывает авария на Саяно-Шушенской ГЭС, может привести к катастрофическим последствиям.

Применительно к объектам атомной энергетики проблема обеспечения высокого качества резьбовых соединений, которое определяется главным образом точностью изготовления деталей, качеством их поверхностного слоя и сборки, является весьма актуальной.

Резьбовые соединения АЭС подвергаются высоким статическим и циклическим нагрузкам, радиационному облучению, воздействию температур, коррозионной среды. Особенностью крупных резьбовых соединений АЭУ является большая длина резьбовых поверхностей, высокие требования к точности изготовления и качеству поверхностного слоя. Технологические процессы обработки деталей резьбовых соединений с применением различного металлорежущего оборудования и инструмента оказывают существенное влияние на точность, качество поверхностного слоя, производительность обработки.

В данной работе рассмотрены конструктивные особенности крупных высоконагруженных резьбовых соединений атомных энергетических установок, проанализированы и исследованы технологические процессы их изготовления.

Разработаны методики и исследовано влияние технологии и режимов обработки на качество поверхностного слоя деталей резьбовых соединений, включая остаточные напряжения, деформационное упрочнение, шероховатость поверхности.

Исследовано влияние смазок и покрытий на величину крутящего момента при сборке-разборке резьбовых соединений, влияние величины зазора и рабочих температур на склонность к «схватыванию» резьбовых поверхностей.

Разработаны рекомендации по повышению производительности, точности и качества сборки крупных высоконагруженных резьбовых соединений атомных энергетических установок.

Результаты работы используются на ОАО «ЗиО-Подольск» с годовым экономическим эффектом более 13 млн. руб.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Анализ конструктивных особенностей крупных резьбовых соединений реакторных установок БН-800, БН-1200

Резьбовые соединения атомных энергоустановок должны обеспечить прочность, герметичность и надежность разъемов корпусных деталей в течение заданного ресурса работы. К этим соединениям предъявляются высокие требования по точности, статической и циклической прочности, сопротивлению коррозии и радиационному воздействию, состоянию поверхностного слоя резьбовых поверхностей, ремонтопригодности на протяжении срока эксплуатации.

Крышки теплообменных аппаратов БН-600, БН-800, БН-1200 (рисунок 1.1) прикрепляются к корпусу с резьбовыми отверстиями (рисунок 1.2) комплектом крепежа, основными элементами которого являются удлиненная шпилька (рисунок 1.3) и гайка специальной формы (рисунок 1.4). В резьбовом соединении используются также измерительный стержень, сферические шайбы, промежуточная втулка.

Рисунок 1.1 - Теплообменный аппарат атомной энергоустановки БН-800, вид

резьбовых соединений.

Рисунок 1.2 - Резьбовые отверстия М80 в корпусе теплообменного аппарата.

Несло_

с»й«*55йВ5*Я ■

Рисунок 1.3 - Удлиненная шпилька с резьбой М68х6 и М80х6.

Рисунок 1.4 - Гайка специальной формы М68х6.

Шпилька резьбового соединения имеет центральное отверстие. Измерительный стержень устанавливается в отверстии и крепится у торца шпильки механическим способом или сваркой. В процессе сборки изделия при закручивании гайки шпилька удлиняется, а стержень не изменяет свою длину и используется как база для измерения удлинения шпильки.

Вид резьбовых соединений приведен на рисунке 1.5.

Ф960

теплообменного аппарата.

Особенностью конструкций резьбовых соединений М64х6, М68х6, М80х6, применяемых в атомных энергоустановках, является большая длина свинчивания (1,5 - 2с1). Соединения, в основном, изготавливаются по степени точности 8д/7Н (шпилька выполняется по степени точности 8д, а резьба в корпусе и гайке - по 7Н). Высокие требования предъявляются к материалам, точности и качеству поверхности резьбы с целью повышения надежности резьбовых соединений. В процессах сборки-разборки резьбовых соединений должны быть исключены такие явления, как «схватывание» и «наволакивание» металла в резьбовом отверстии корпуса, срывы ниток резьбы на шпильках и гайках и «схватывание» металла по торцам гаек.

С целью снижения концентрации напряжений профиль резьбы выполняется с обязательным закруглением впадин.

Для изготовления деталей высоконагруженных резьбовых соединений в соответствии с ГОСТ 23304-78 используются стали марок:

- ЗОХ, 35Х, 40Х, 45Х, 35ХМ, ЗОХМА, Э8ХНЗМФА по ГОСТ 4543-90;

- 25X1МФ, 20Х1М1Ф1БР по ГОСТ 20072-74;

- 20X13, 20X12ВНМФ по ГОСТ 18968-73;

- ХН35ВТ, 07X16Н4Б по технической документации, утвержденной в установленном порядке, с химическим составом по ГОСТ 5632-82;

- 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х11Н20ТЗР, 31Х19Н9МВБТ по ГОСТ 594975.

В таблице 1.1 приведены механические свойства сталей.

Таблица 1.1 - Механические свойства сталей

Марка стали Ü02, Н/мм2 о,, Н/мм2 5,% Ф,% KCU, Дж/см2

не менее

ЗОХ 685 880 12 45 69

35Х 735 910 11 45 69

40Х 785 980 10 45 59

45Х 835 1030 9 45 49

35ХМ 835 930 12 45 78

ЗОХМА 735 930 12 50 88

38ХНЭМФА 1080 1180 12 50 78

25X1 МФ 735 880 14 50 59

20Х1М1Ф1БР 655 780 15 50 59

20X13 490-655 670 18 50 69

20Х12ВНМФ 590-750 740 15 50 59

ХН35ВТ 392-588 735 15 25 59

08Х18Н10Т 196 490 40 55 —

12Х18Н10Т 196 510 40 55 —

31Х19Н9МВБТ 295 590 30 40 —

о02-предел текучести; 5 - относительное удлинение после разрыва; Ф - относительное сужение после разрыва;

KCU - ударная вязкость, определенная на образцах с концентратором вида U.

В зависимости от степени ответственности и условий работы для заготовок крепежных изделий или готовых болтов, шпилек и гаек установлено 7 групп качества: 0; 0а; 1; 2; 2а; 3 и За; для шайб - 4 группы: 2; 2а; 3 и За (ГОСТ 23304-78). Группа качества назначается конструктором и должна быть указана в рабочем чертеже изделия. Крепежные изделия групп качества 3 и За не допускается применять для соединений первого контура.

Твердость материала шпилек и гаек после термической обработки НВ от 1900 до 2900 МПа. При этом контролю на твердость подвергается 100% изделий.

Процесс сборки высоконагруженных резьбовых соединений должен осуществляться с применением специальных средств для контроля усилия затяжки и крутящего момента. Для компенсации погрешностей изготовления при сборке используются шайбы сферической формы. Это обусловлено тем, что при сборке необходимо исключить дополнительные изгибающие моменты из-за погрешностей форм опорных поверхностей на корпусах и гайках.

В процессе изготовления теплообменных аппаратов резьбовые соединения подвергаются сборке и разборке на операциях контрольной сборки, после гидравлических и тепловых испытаний при температурах 350 - 450°С.

В эксплуатации резьбовые соединения подвержены высоким статическим и переменным нагрузкам, связанным с изменением режимов работы энергетической установки, профилактическими работами, температурным, радиационным и коррозионным воздействиями.

Работоспособность резьбовых соединений во многом определяет надежность и ресурс работы энергетических установок.

1.2 Анализ особенностей технологии изготовления деталей резьбовых соединений АЭУ

В технологических процессах изготовления деталей атомных энергоустановок операции обработки и сборки высоконагруженных резьбовых соединений являются одними из наиболее сложных и трудоемких.

При изготовлении ответственных резьбовых соединений АЭУ основной задачей является технологическое обеспечение высокого уровня надежности и стабильности достижения заданных характеристик, материалов, точности обработки и качества обработанной поверхности.

Технологические процессы механической обработки деталей резьбовых соединений АЭУ включают различные операции обработки резанием: черновое, получистовое и чистовое точение, глубокое сверление, растачивание, фрезерование, резьбонарезание наружных и внутренних резьб и другие операции.

Трудоемкость операций механической обработки деталей и сборки теплообменного оборудования АЭУ превышает 50% общей трудоемкости

изготовления. Поэтому изыскание методов повышения производительности при обеспечении высоких требований к точности изготовления и качеству поверхностного слоя деталей является актуальной задачей.

Марки сталей, из которых изготавливаются детали резьбовых соединений АЭУ и их механические свойства приведены в таблице 1.1.

Обрабатываемость этих сталей резанием может быть оценена по коэффициенту обрабатываемости [1].

Поправочные коэффициенты на скорость резания приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2- Поправочные коэффициенты на скорость резания

Марка стали Поправочные коэффициенты на скорость резания (Kv)

Твердый сплав Быстрорежущая сталь

ЗОХ 1 0,85

35Х 1 0,95

4 ОХ 1,2 0,95

45Х 1,2 0,95

35ХМ 0,8 0,72

ЗОХМА 0,7 0,3

38ХНЭМФА 0,7 0,5

25X1МФ 0,7 0,25

20Х1М1Ф1БР 0,8 0,45

20X13 0,7 0,45

20Х12ВНМФ 1,1 0,6

ХН35ВТ 0,7 0,45

08Х18Н10Т 1,1 0,35

12Х18Н10Т 0,6 0,35

31Х19Н9МВБТ 0,7 0,45

Обрабатываемость сталей и сплавов резанием оценена по скорости резания, соответствующей 60-минутной стойкости резцов V60, и выражена коэффициентом Kv для условий точения твердосплавным инструментом и инструментами из быстрорежущей стали по отношению к эталонной стали. Коэффициент относительной обрабатываемости данной стали Kv для условий точения резцами из твердого сплава ВК8

Kv= V60/145, (1.1)

где V60 - скорость резания, соответствующая 60-минутной стойкости резцов при точении данного материала; 145 - значение скорости резания при 60-

минутной стойкости твердосплавных резцов при точении эталонной стали марки 45 (м/мин).

Коэффициент обрабатываемости для условий точения резцами из быстрорежущей стали:

Ку= N/60/70, (1.2)

где 70 - значение скорости резания при 60-минутной стойкости быстрорежущих резцов при точении эталонной стали марки 45 (м/мин).

Резервом повышения скорости резания и стойкости инструмента при обработке деталей резьбовых соединений на различных операциях механической обработки является применение новых инструментальных материалов, различных видов наноструктурированных однослойных и многослойных покрытий, эффективных составов смозочно-охлаждающих технологических сред [2 - 8].

Анализ методов обработки крупных резьб на ведущих машиностроительных предприятиях отрасли и опубликованных литературных данных [9-37] позволяет выделить пять основных технологических процессов обработки внутренних резьб:

- нарезание резьбы многокомплектным набором метчиков (4-6 метчиков в комплекте):

- многопроходное нарезание резьбовыми резцами;

- нарезание регулируемыми резьбонарезными головками;

- резьбофрезерование;

- вихревое нарезание резьбы на специальных станках.

При нарезании внутренних резьб в глухих отверстиях набором метчиков часто возникают дефекты в виде задиров, надрывов поверхности, разрушений витков резьбы.

Значительные дефекты резьбы не устраняются даже при многопроходном калибровании.

Удаление дефектов на рабочих поверхностях резьбы связано с большими затратами ручного труда, приводит к снижению точности и эксплуатационных характеристик резьбовых соединений.

Многопроходное нарезание крупных внутренних резьб резцами нецелесообразно по следующим причинам:

- большая трудоемкость (количество проходов более 20);

- недостаточная жесткость и виброустойчивость резцов, что приводит к отсутствию стабильного качества по точности и шероховатости обработанной поверхности;

- сложность текущего измерения диаметрального размера и коррекции положения инструмента по мере его износа, а также в связи с проблемой размещения и удаления стружки.

Прогрессивной технологией обработки крупных резьб является резьбонарезание регулируемыми головками конструкции ЦНИИТМАШ [30 - 33]. Использование указанных головок обеспечивает требования по надежности и стабильности характеристик точности и шероховатости резьбовых поверхностей.

С использованием резьбонарезных головок ЦНИИТМАШ в течение длительного времени производилась обработка крупных внутренних резьб в корпусах реакторов и парогенераторов на Ижорском заводе, ОАО «ЗиО-Подольск», Атоммаш, Баррикады и др.

На рисунках 1.6 и 1.7 приведена резьбонарезная головка ЦНИИТМАШ и обработка резьб резьбонарезной головкой.

В настоящее время при использовании обрабатывающих центров используется метод резьбофрезерования.

Резьбофрезерование на станках с ЧПУ позволяет значительно повысить производительность и точность обработки внутренних резьб [21-38].

В ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» и ОАО «ЗиО-Подольск» разработаны новые технологичные конструкции фрез для фрезерования внутренних резьб 030-300 мм с шагом 2-6 мм (рисунок 1.8). Фрезы составляют типоразмерный ряд с номинальными диаметрами вершин режущих пластин 26, 42, 52, 70, 100, 140, 210, 280 мм.

Эти фрезы успешно заменяют импортные, в частности, фирмы 1пдег5оИ. Они обладают более высокой точностью и существенно снижают стоимость режущих пластин. Для возможности использования фрез на импортном оборудовании (агрегаты N0-120 и N0-350 фирмы 1пдегеоП) их присоединительные элементы (хвостовики) выполнены в соответствии с импортными оправками (удлиненными).

Обработка наружных резьб на шпильках, как правило, производится резьбовыми резцами на станках с ЧПУ [13, 15, 40].

Для повышения качества изготовления высоконагруженных резьбовых соединений используют раскатки и накатки, снижающие шероховатость рабочих

поверхностей резьб, создающие упрочненный поверхностный слой, обеспечивающий стабильность размеров резьб [41].

Рисунок 1.6 - Резьбонарезная головка ЦНИИТМАШ.

Рисунок 1.7 - Обработка резьб резьбонарезными головками.

Рисунок 1.8- Комплект резьбовых фрез.

1.3 Особенности сборки крупных резьбовых соединений теплообменных аппаратов

Сборка и разборка крупных высоконагруженных резьбовых соединений, работающих при повышенных температурах, имеет ряд особенностей.

Как показывает опыт изготовления, испытаний и эксплуатации, основными дефектами сборки резьбовых соединений АЭУ, обнаруживаемыми после различных видов испытаний (в том числе термовакуумных) и эксплуатации, являются следующие:

— разрушение ниток резьбы на шпильках (рисунок 1.9);

— адгезионное «схватывание» и «наволакивание» металла в резьбовом отверстии корпуса (рисунок 1.10);

— разрушение ниток резьбы на гайках (рисунок 1.11);

— адгезионное «схватывание» металла по торцам гаек (рисунок 1.12).

Интенсивное адгезионное взаимодействие, «схватывание» и образование

задиров на рабочих поверхностях резьб в значительной степени может быть обусловлено действием высоких контактных напряжений, возникающих вследствие погрешностей формы контактирующих резьбовых поверхностей.

Рисунок 1.9- Разрушение ниток резьбы на шпильках при разборке после

тепловых испытаний.

Рисунок 1.10 - Адгезионное «схватывание» и «наволакивание» металла в резьбовом отверстии корпуса после тепловых испытаний.

Рисунок 1.11- Разрушение ниток резьбы на гайках после тепловых испытаний.

Рисунок 1.12- Зоны адгезионного «схватывания» металла по торцам гаек

после тепловых испытаний.

В практике сборки крупных резьбовых соединений применяются различные методы контроля силы затяжки в виде динамометрических ключей и специальных устройств для затяжки гаек. Применяются различные составы смазок с целью снижения вероятности «схватывания» и разрушения витков резьбы при сборке-разборке.

Особенностью работы резьбовых соединений является неравномерное распределение напряжений по контактирующим поверхностям. Наиболее нагруженными являются первые витки резьбового соединения [42].

На надежность и бездефектность сборки резьбового соединения, его усталостную прочность в сильной степени влияют погрешности формы резьбовой поверхности (отклонения шага, накопленное отклонение по шагу, отклонение угла профиля и др.), а также состояние поверхностного слоя (степень упрочнения, остаточные напряжения, шероховатость поверхности) [42, 43, 44].

Состояние поверхностного слоя определяется главным образом технологией изготовления деталей резьбового соединения.

1.4 Состояние поверхностного слоя и эксплуатационные свойства резьбовых деталей

Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что состояние (качество) поверхностного слоя деталей существенно влияет на большинство их эксплуатационных свойств: усталостную прочность, износостойкость, коррозионную, эрозионную и кавитационную стойкость, длительную прочность и др. [45]. На деталях с резьбой, которая является концентратором напряжений, это влияние проявляется более сильно, чем на деталях, не имеющих резьбы. Показатели состояния поверхностного слоя (шероховатость, микротвердость, остаточные напряжения, фазовый и химический состав, микродефекты) в зависимости от условий эксплуатации деталей в различной степени влияют на эксплуатационные свойства. Так, триботехнические характеристики деталей в основном определяются шероховатостью поверхности, фазовым и химическим составом поверхностного слоя, его микротвердостью.

Микронеровности и дефекты в поверхностном слое деталей, работающих в условиях циклических и знакопеременных нагрузок, вызывают концентрацию напряжений, играют роль очагов субмикроскопических нарушений сплошности металла поверхностного слоя, первопричиной зарождения усталостных трещин.

На эксплуатационные свойства деталей влияет не только высота микронеровностей, но также радиусы закругления выступов и впадин, углы наклона профиля, шаг неровностей и их направление [46, 47, 48, 49].

Остаточные напряжения являются одной из наиболее важных характеристик качества поверхностного слоя деталей [50, 51, 52].

В условиях симметричного циклического нагружения при невысоких температурах и неагрессивной среды влияние остаточных напряжений на сопротивление усталости может быть оценено следующей зависимостью [50]:

а-1=а-1исх — Ксгост, (1.3)

где о_1исх - предел выносливости материала без остаточных напряжений; аост - величина остаточных напряжений в тонком поверхностном слое 5-10 мкм со знаком «+» для напряжений растяжения и знаком «-» для напряжений сжатия; К - коэффициент влияния.

К=0,1..0,3 (меньшее значение для пластичных материалов, а большее - для малопластичных).

Степень влияния остаточных напряжений на эксплуатационные свойства деталей определяется не только величиной остаточных напряжений в тонком поверхностном слое, но также характером распределения (эпюрой) по глубине поверхностного слоя.

Экспериментально установлено, что, при одинаковом уровне остаточных напряжений сжатия на поверхности, чем больше глубина их залегания и меньше градиент изменения напряжений по глубине, тем выше выносливость материала детали. При определенном уровне остаточных напряжений сжатия на поверхности фактор изменения глубины залегания напряжений сжатия оказывает на изменение выносливости более сильное влияние, чем увеличение напряжений на поверхности [50, 52].

Влияние деформационного упрочнения (наклепа) поверхностного слоя на выносливость и длительную прочность зависит от степени деформации и условий эксплуатации деталей: характера и величины силового нагружения, среды,

температуры. Для каждого металла и сплава в конкретных условиях эксплуатации существует оптимальная степень предварительной пластической деформации, которая создает субструктуру металла с величиной скрытой энергии, обеспечивающей минимальною скорость процесса разрушения, т.е. наибольшую прочность при данных условиях эксплуатации. Так, в работе [46] установлено, что увеличение глубины наклепа с 35 мкм до 80 мкм в процессе обработки резанием стали 45 повысило предел выносливости на 8%. При точении и последующем полировании предел выносливости повышается на 20-25% за счет наклепа и на 12-15% за счет снижения высоты микронеровностей на операции полирования [53].

Однако, рассматривая влияние пластической деформации поверхностного слоя на выносливость, необходимо учитывать снижение запаса пластичности металла при наклепе. Повышается чувствительность к концентраторам напряжений и перегрузкам.

Состояние поверхностного слоя оказывает существенное влияние на коррозионную стойкость металлов. Она увеличивается с уменьшением шероховатости поверхности, с увеличением радиусов скругления впадин, с уменьшением остаточных напряжений растяжения. Остаточные напряжения сжатия замедляют коррозионные процессы [46].

В местах контакта неподвижных соединений может происходить фреттинг-коррозия. Условиями ее возникновения являются значительные контактные напряжения, малые относительные перемещения контактирующих поверхностей циклического характера (сотые доли миллиметра), отсутствие удаления продуктов износа из зоны контакта.

С увеличением шероховатости поверхности, степени и глубины наклепа с образованием остаточных напряжений растяжения в поверхностном слое снижается стойкость сталей и сплавов к коррозионному растрескиванию под напряжением (КР). Остаточные напряжения сжатия увеличивают стойкость против КР при рабочих напряжениях, не превышающих предел текучести металла [45,48,49,52].

В технической литературе имеется много публикаций, посвященных исследованиям и расчетам прочности, технологии обработки и инструментам для формирования и упрочнения наружных и внутренних резьб. Это работы И.А. Биргера, Г.Б. Иосилевича, И.В. Кудрявцева, В.М. Тимонина, Барышникова А.И.,

Казанцева А.Г., Ю. И. Газанчана, Кахадзе М.З., Семина В.И., Н.Д. Щербюка, В.А. Гречишникова, В.А. Косырева, М.З. Хостикоева, А.П. Черного, Э.Г. Прусенко, Ромашкиной О.В. и др.

В работах [54, 58] приведены результаты исследования влияния технологии изготовления (нарезания, накатывания и обкатывания) на остаточные напряжения и усталостную прочность (выносливость) крупных резьбовых соединений. Экспериментально установлено, что наиболее высокую усталостную прочность имели резьбовые соединения с упрочненной резьбой (рисунок 1.16) с остаточными напряжения сжатия в поверхностном слое [54].

" а

<?/ Ц2 Ц4 0.7 /

2 4 7 Ю

1 -

резьба нарезана; 2 - резьба накатана; 3 - резьба нарезана и обкатана вибрирующим роликом на величину Дс^ = 0,7- 0,8 мм

Рисунок 1.16- Влияние технологии изготовления на усталостную прочность

резьбового соединения

1.5 Выводы. Цели и задачи исследований

Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что качество поверхностного слоя (шероховатость, остаточные напряжения, деформационное

упрочнение) могут оказывать существенное влияние на ресурс работы высоконагруженных резьбовых соединений. Однако, применительно к условиям работы, материалам и конструктивным особенностям резьбовых соединений АЭУ отсутствуют конкретные данные по остаточным напряжениям и другим параметрам поверхностного слоя резьбовых поверхностей, в особенности в канавках резьбы, по которым, в основном, происходит разрушение резьбовых соединений).

Отсутствуют также методики определения остаточных напряжений в резьбовых соединениях, что не позволяет получить достоверные данные о влиянии технологических процессов обработки крупных высоконагруженных резьбовых соединений на формирование основных параметров качества поверхностного слоя резьбовых поверхностей.

Анализируя данные по конструктивным особенностям, применяемым технологиям производства, качеству поверхностного слоя деталей и влиянию технологических факторов на качество и надежность крупных высоконагруженных резьбовых соединений теплообменных аппаратов АЭУ, можно сформулировать цель настоящего исследования следующим образом.

Целью работы является совершенствование технологии изготовления крупных высоконагруженных резьбовых соединений АЭУ, обеспечивающей повышение их качества, производительности обработки деталей и сборки.

Поставленная цель может быть достигнута в результате решения следующих

задач:

- повышение качества поверхностного слоя контактных резьбовых поверхностей крупных высоконагруженных резьбовых соединений на основе исследований влияния методов и режимов обработки на остаточные напряжения, деформационное упрочнение, шероховатость поверхности;

- изыскание новых высокопроизводительных инструментальных материалов, инструментов и СОТС для повышения производительности, стойкости инструмента, точности обработки и качества поверхностного слоя;

- разработка методов сборки и средств, предотвращающих интенсивное адгезионное взаимодействие, «схватывание» контактирующих поверхностей высоконагруженных резьбовых соединений в процессах сборки-разборки в условиях повышенных температур.

2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Методика исследований эффективности инструментальных материалов,

износостойких покрытий и СОТС

Для выбора рациональных условий обработки резьбовых соединений проведены исследования инструментальных материалов, наноструктурированных покрытий, смазочно-охлаждающих жидкостей в условиях непрерывного резания при точении и прерывистого резания при фрезеровании.

Испытания при точении проводились на модернизированных токарных станках моделей 163 и 1К62 с бесступенчатым регулированием числа оборотов шпинделя, на токарном обрабатывающем центре САК 6313ci и токарно-фрезерном обрабатывающем центре модели MULTUS B300W фирмы "OKUMA" (Япония).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Котов, Игорь Владимирович, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Стали и сплавы энергетического оборудования. Справочник НПО ЦНИИТМАШ, - М.: Машиностроение, 2008.

2 Верещака A.C., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1986. - 190 с.

3 Адам Я.И., Клауч Д.Н. Рекомендации по применению твердых сплавов в энергомашиностроении. - М.: НИИЭинформэнергомаш, 1985. - 28 с.

4 Клауч Д.Н., Кириллова О.М., Редин А.П. Рекомендации по применению инструмента из быстрорежущей стали в энергомашиностроении. - М.: НИИЭинформэнергомаш, 1985. - 46 с.

5 Верещака A.C., Верещака A.A., Попов А.Ю. Разработка и исследование наноструктурированных многослойно-композиционных покрытий твердосплавных инструментов, предназначенных для тяжелых условий обработки // Известия МГТУ «МАМИ». - 2014. №1(19). - С.

6 Верещака A.C., Верещака A.A., Булычева А.И. многослойные нано-дисперсные покрытия для режущего инструмента // Известия МГТУ «МАМИ». -2014. №1(19).-С.

7 Кущева М.Е. Рекомендации по применению смазочно-охлаждающих сред при резании металлов в энергомашиностроении. - М.: НИИЭинформэнергомаш, 1985.-32 с.

8 Кущева М.Е., Клауч Д.Н., Кобелев O.A. Принципы выбора смазочно-охлаждающих технологических сред для обработки металлов резанием // Известия МГТУ «МАМИ». - 2014. №1(19). - С. 76-79.

9 Авксентьев И.Г. Скоростное нарезание резьбы // Станки и инструмент. 1949.-№12.

10 Басов М.И. Высокопроизводительные методы нарезания резьбы. -М.: Машгиз, 1949.

11 Виксман Е.С. Скоростное нарезание резьб и червяков. М.: Машиностроение, 1966. -92 с.

12 Глазов Г.А. Скоростные методы нарезания резьбы - П.: Лениздат, 1948.

13 Гречишников В.А. Артюхин Л.Л., Султанов Т.А. и др. Под общ. ред. Хостикоева М.З. Резьбообразующий инструмент: Учебное пособие. -Пенза: Технологический ин-т, 1999. - 405 с.

14 Трудов А. А., Комаров П.Н. Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент. М.: НИИМАШ, 1980. - 62 с.

15 Карцев С.П. Инструмент для изготовления резьбы. М.: Машгиз, 1955. -252 с.

16 Киричек A.B., Афонин А.Н. Резьбонакатывание. М.: Машиностроение, -2009.-311 с.

17 Косарев В.А. Исследование силовых параметров при фрезеровании внутренних резьб с планетарным движением инструмента (статья). / Гручишников В.А., Косарев Д.В./, Ежемесячный научно-технический журнал «СТИН». - 2009 №8. С. 19-22.

18 Косарев В.А. Снижение уровня вибрации при нарезании внутренних резьб резьбовыми фрезами оснащенными сменными твердосплавными пластинами / Гречишников В.А., Косарев Д.В./, Ежемесячный научно-технический журнал СТИН №6, Москва, 2010. - С.21-24.

19 Косарев В.А. Усовершенствование резьбонарезных головок для обработки внутренних резьб. / Косарев В.А., Султанов Т.А./, Сборник трудов Всесоюзной конференции «Рациональная эксплуатация режущего инструмента в условиях гибких производственных систем (ГПС) и станков с ЧПУ». Москва, 1989. - С48-51.

20 Левицкий М.Я. Основы резьбофрезерования. - М.: МАШГИЗ, 1953, 156 с.

21 Локтев Д.А. Обработка резьбы Обзор современных методов и конструкций инструментов // Оборудование. Рынок, предложение, цены. Приложение к журналу «Эксперт» / Серия «Техническая библиотека». Выпуск 2. 1998. - 48 с.

22 Матвеев В.В. нарезание точных резьб. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1978. - 88 с.

23 Локтев Д.А. Обработка резьбовых поверхностей на станках с числовым программным управлением / Учебное пособие для вузов. Издат. МГГУ, 2006. -111с.

24 Слюсаренко Н.Т. Опыт вихревого нарезания крупных трапецеидальных винтов // Вестник машиностроения. -1956. - №1.

25 Таурит Г.Э. Пуховский Е.С., Добрянский С.С. Прогрессивные процессы резьбоформирования. Киев: Техника, 1975. 240 с.

26 Хмелевский С.А. Скоростное фрезерование резьбы: Дис. канд. техн. наук.-М., 1953.-223 с.

27 Этин А.О. Сравнительная эффективность различных методов нарезания резьбы. В кн.: Резьбообразующий инструмент. М.:НИИМАШ, 1968, с. 328-340.

28 Якухин В.Г. Оптимальная технология изготовления резьб. М.: Машиностроение. 1985. -184 е., ил.

29 Ямников A.C., Воронов В.Н. Фрезоточение резьбы методом обката. // Проблемы резания материалов в современных технологических процессах: тез. докл. междунар. семинара, часть II. - Харьков, 1991. -С.25-29.

30 Черный А.П., Прусенко Э.Г., Непотов О.Л. Обработка крупных внутренних резьб резьбонарезными головками (в сб. «Технология машиностроения»). - М.: НИИЭИнформэнергомаш, 1986. - С. 17-21.

31 Черный А.П., Прусенко Э.Г. Резьбонарезные головки для производительной обработки внутренних резьб большого диаметра (в сб. «Технология,

организация производства и управление»). - М.: НИИЭИнформэнергомаш, 1981.-С. 22-27.

32 Зорев H.H., Черный А.П., Прусенко Э.Г. Резьбонарезная головка. -Бюллетень изобретений , №33, 1980.

33 Черный А.П., Прусенко Э.Г. Головка для нарезания внутренней резьбы в корпусных деталях// Станки и инструмент. - 1975. №9. - С. 12-15.

34 Кузнецов В.П. Точность и виброустойчивость при нарезании наружных резьб многорезцовыми головками : Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Тула, 1983. - 25 с.

35 Подлесова H.A. Исследование процесса скоростного многопроходного нарезания резьбы: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Куйбышев, 1970. - 27 с.

36 Шолом В.Ю. Повышение производительности и качества резьбообработки бесстружечными метчиками путем применения специальных технологических СОЖ: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2001. - 26 с.

37 Сердюк A.A. Исследование процесса изготовления точных внутренних резьб резьбонарезными головками: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Киев, 1982. - 24 с.

38 Барышников А.И., Щербюк Н.Ф., Газанчан Ю.И. Работоспособность замковых резьбовых соединений бурильной колонны / НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, №7, 8, 9, 1995г.

39 Султанов Т.А., Хостикоев М.З. Исследование микротвёрдости резьбы, накатанной на различных конструкционных материалах / Сб. тр. «Высокопроизводительные процессы и режимы производства и эксплуатации инструмента. - М.:, ВНИИ, 1975, - С.158-166.

40 Ямников A.C. Точность нарезание резьб методом последовательных проходов. В кн.: Исследования в области технологии образования резьб, резьбообразующих инструментов, станков и методов контроля резьб. Тула: Издательство Тульского политехнического института, 1979.-С.5-15.

41 Прусенко Э.Г. Непотов O.J1. Точность при нарезании крупных внутренних резьб резьбонарезными головками //Труды ЦНИИТМАШ. -1989. №214. - С. 43-51.

42 Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. М.: Машиностроение, 1973.-256 с.

43 Хостикоев М.З., Телегина O.A. Применение резьбонакатного инструмента на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах / Сб. докл. XIV научной конференции по математическому моделированию и информатике. - М.:, МГТУ «Станкин» ИММ РАН, 2011, - С.179-181.

44 Якушев А.И., Мустаев Р.Ч., Мавлютов P.P. Повышение прочности и надежности резьбовых соединений / М.:, Машиностроение, 1979, - 214 с.

45 Рябченков A.B. Коррозионно-усталостная прочность стали. - М.,1953,- 179 с.

46 Митряев К.Ф. Повышение эксплуатационных свойств деталей путем регулирования состояния поверхностного слоя при механической обработке. -Куйбышев, КуАИ, 1989. - 96 с.

47 Папшев Д.Д. Технологические основы повышения надежности и долговечности деталей машин поверхностным упрочнением. Самара, 1993. - 74 с.

48 Овсеенко А.Н., Серебряков В.И., Гаек М.М. Технологическое обеспечение качества изделий машиностроения. М.: "Янус - К", 2004. - 296 с.

49 Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. - М.: Машиностроение, 1988.-240 с.

50 Поздей A.B. Технологические остаточные напряжения. A.B. Поздей, A.M. Сулима, М.И. Евстигнеев, Г.З. Серебренников - М.: Машиностроение, 1973г.

51 Биргер И.А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963г.

52 Овсеенко А.Н., Клауч Д.Н., Кущева М.Е. Технологическое обеспечение качества изделий машиностроения. М.: МГТУ «Станкин», 2006г.

53 Развитие науки о резании металлов / Бобров В.Ф., Грановский Г.И., Зорев Н.Н и др. М.Машиностроение, 1967. - 415с.

54 Тимонин В.М. Исследование изгибной усталостной прочности крупных резьбовых соединений в связи с технологией изготовления и условиями сборки. Диссертация канд.техн.наук. М.: ЦНИИТМАШ, 1974.

55 Кузнецов В.П. Точность и виброустойчивость при нарезании наружных резьб многорезцовыми головками // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тула: Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР, 1983 г., 24 с.

56 Казанцев А.Г., Кахадзе М.Ж., Семин В.И., Газанчан Ю.И. Напряженно-деформированное состояние и циклическая прочность замковых резьбовых соединений бурильных труб / НТЖ строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. №6, 2003, - С.28-32.

57 Зорев H.H. и др. Способ сборки составного ротора турбогенератора / Зорев H.H., Клауч Д.Н., Малинин И.М. и др. Авторское свидетельство №642830. Бюлл. изобр. СССР №2, опубл. 15.01.79г.

58 Ромашкина О.В. Формирование остаточных напряжений при нарезании резьбы с наложением ультразвуковых колебаний // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СамарГТУ, 2011 г., 20 с.

59 Хостикоев М.З. Способ формирования резьбовых поверхностей / Хостикоев М.З., Овсеенко А.Н., Губарь В.А. и др. Авторское свидетельство №2019352. Бюлл. изобр. СССР №17, опубл. 15.09.1994г.

60 Kasei S., lamamoto А., А study оп the rolling force in V-groove rolling. 4th rept. On the rolling force in planetary type thread rolling. "Bulleten of the Tokio Institute of Technology", 1973, Nr. 119, p.115-129.

61 Lempe J. Gewindeschneiden oder Gewindeformen in der Kleinteilmassenfertigung. "Metallverarbeitung", 1976, Nr. 5, S. 131-134 (нем).

62 Herter Jasmin Eissler Marcus. Der Inbergriff von Sicherheit / Werkstatt und Betr., 2014, 147, Nr.4. S. 34-35.

63 Hobohm Michael. Neue Windungen im Gehirn / Werkstatt und Betr., 2014, 147, Nr.5. S. 60-63.

64 Große Maschine, große Gewinde / Masch, und Werkzeug, 2014, 115, Nr.3. S. 24-26.