Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки

Abstract

Вступ. Технологія високочастотної механічної проковки (ВМП) зарекомендувала себе як надійний, ефективний і зручний метод для підвищення втомної міцності зварних конструкцій, що є одним з актуальних завдань машинобудівної галузі. Проблематика. Досвід експлуатації обладнання та технології ВМП, показав, що існує чимало проблем, пов’язаних із визначенням якості й завершеності процесу обробки. В Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України було започатковано роботи зі створення ультразвукового обладнання для ВМП з електромеханічними перетворювачами на п’єзокераміці. Протягом тривалого часу це обладнання застосовувалося як для наукових досліджень, так і для обробки різних виробів і конструкцій. Проте серійного випуску устаткування та широкого впровадження технології ВМП у промисловість не відбулося. Мета. Розробка нового ультразвукового надійного обладнання зі значним робочим ресурсом, придатного для використання в умовах виробництва, та створення інструментальних методів оцінки якості обробки методом ВМП зварних з’єднань певних деталей та виробів вагонобудівної галузі. Матеріали й методи. Низьколеговані конструкційні сталі Ст3сп і 09Г2С; методи вимірювання твердості та мікротвердості; оптична мікроскопія. Результати. Виготовлено макет ультразвукового обладнання, який пройшов різноспрямовані випробування на ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод» (Кременчук, Україна). Виявлені в процесі випробувань недоліки було усунуто в новій моделі обладнання. Запропоновано методику визначення продуктивності та тривалості обробки зварних з’єднань методом вимірювання мікротвердості. Якість і завершеність обробки додатково визначається візуальним оглядом канавки, що утворюється під дією ударних елементів. Висновки. Виготовлено нове ультразвукове обладнання та надано технологічні рекомендації з вибору режимів обробки візків залізничних вагонів та інших виробів ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод».

Introduction. The technology of high-frequency mechanical impact (HFMI) has proved itself to be a reliable, efficient, and convenient method for increasing the fatigue strength of welded structures, which is one of the most priority tasks of the machine-building industry. Problem Statement. The experience of operating the HFMI equipment and technology has shown that there are ma ny problems associated with the determination of the process quality and completeness. The creation of ultrasonic equipment for HFMI with electromechanical piezo-ceramic transducers was initiated at the Kurdyumov Institute for Metal Physics of the NAS of Ukraine. Over the years, this equipment has been used both for scholarly research and for processing of various products and structures. However, neither the HFMI equipment and nor HFMI technology has been commercialized so far. Purpose. To create a new ultrasound equipment having a high reliability and a significant operation resource suitable for the use in the operating conditions and to develop tools for evaluating the HFMI process quality regarding welded joints of certain parts and railway-car building products. Materials and Methods. Low-alloy structural steels St3сp and 09G2S. Hardness / microhardness measurements and optical microscopy. Results. A mock-up of ultrasonic equipment has been made. It has has passed comprehensive industrial tests at Kriukov Railway Car Building Works, Public Joint-Stock Company (“KRCBW” PJSC), Kremenchuk, Ukraine. Some deficiencies of the equipment identified during the tests have been eliminated in a new model of the equipment. A method for determining the HFMI process productivity and the duration of treatment of welded joints has been suggested. It is based on simple microhardness measurements. The quality and completeness of the treatment has been additionally checked by visual inspection of a groove formed by impact elements. Conclusions. A new ultrasound equipment has been manufactured, and technological recommendations on choosing treatment regimes for railway carriage trolleys and other products of KRCBW PJSC have been proposed.

Введение. Технология высокочастотной механической проковки (ВМП) зарекомендовала себя как надежный, эффективный и удобный метод для повышения усталостной прочности сварных конструкций, что является одной из актуальных задач машиностроительной отрасли. Проблематика. Опыт эксплуатации оборудования и технологии ВМП, показал, что существует множество проблем, связанных с определением качества и завершенности процесса обработки. В Институте металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины были начаты работы по созданию ультразвукового оборудования для ВМП с электромеханическими преобразователями на пьезокерамике. На протяжении многих лет это оборудование применялось как для научных исследований, так и для обработки различных изделий и конструкций. Однако серийного выпуска оборудования и широкого внедрения технологии ВМП в промышленность не произошло. Цель. Создание нового ультразвукового надежного оборудования со значительным рабочим ресурсом, пригодного для использования в условиях производства, и разработка инструментальных методов оценки качества обработки методом ВМП сварных соединений определенных деталей и изделий вагоностроительной отрасли. Материалы и методы. Низколегированные конструкционные стали Ст3сп и 09Г2С; методы измерения твердости и микротвердости; оптическая микроскопия. Результаты. Изготовлен макет ультразвукового оборудования, который прошел всесторонние испытания на ПАО «Крюковский вагоностроительный завод» (Кременчуг, Украина). Выявленные в процессе испытаний недостатки были устранены в новой модели оборудования. Предложена методика определения производительности и продолжительности обработки сварных соединений методом измерений микротвердости. Качество и завершенность обработки дополнительно определяется визуальным осмотром канавки, которая образуется под действием ударных элементов. Выводы. Изготовлено новое ультразвуковое оборудование и представлены технологические рекомендации по выбору режимов обработки тележек железнодорожных вагонов и других изделий ПАО «КВСЗ».