Способ упрочнения деталей типа тел вращения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5Н 4 С 21 D 1/06 1/09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ударника.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3790238/22-02 (22) 27.07.84 (46) 07.06.86. Бюл. Ф 21 (72) Е.Ш.Статников, B.Ë.Ñåíþêîâ, Т.Г.Кравцов и Н.Ф.Рь1жов (53) 621.785.79(088.8) (56) Исследования по упрочнению деталей машин. — M..: Машиностроение, 1977, кн. IJJ, с. 151-157.

Технология судостроения, 1975, У 1, с. 70-74. (54) (57) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

ТИПА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ, включающий силовую ударную обработку поверхности при помощи набора ударников, находящихся в прямом контакте с обрабатываемой поверхностью и ультразвуковым

„„SU„„1235932 A 1 преобразователем и перемещаемых параллельно оси вращения детали, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения циклической долговечности и качества поверхности, производят последующую финишную ударную обработку при помощи дополнительных ударников, колеблющихся в зазоре между преобразователем и поверхностью детали и смещенных относительно основных ударников на расстояние х > 4пГ-Т где х — минимальное расстояние до крайнего дополнительного ударника;

D — диаметр упрочняемой детали;

E — глубина отпечатки основного

Ф 123

Изобретение относится к упрочнению поверхности при помощи виброобработки и может быть использовано для повышения циклической долговечкости новых .деталей, а также деталей, восстановленных методом электродуго. вой наплавки: валов, пальцев, штырей и других деталей типа тел вращения.

Цель изобретения — повышение циклической долговечности и качества.

На фиг. изображена схема упрочнения вала с использованием ультразвукового ударного инструмента, содержащего пять рядов ударников; на фиг. 2 — один из вариантов расположе ния ударников, причем обеспечивается перекрытие отпечатков рядов нри перемещении инструмента в направлении, параллельном оси вращения детали (M — диаметра ударника), направление перемещения показано стрелкой; на фиг. 3 — схема с указанием величин, использованных при выводе соотношения, позволяющего определить минимальное расстояние между центральным и периферийными рядами ударников, исходя иэ диаметра упрочняемой детали и глубины отпечатков, где D диаметр детали (D = 2R), g — глубина отпечатков, оставляемых ударника— ми основного ряда, x — минимальное расстояние между основным и периферийными рядами, обеспечивающее отсутствие прямого одновременного кон— такта ударников периферийного ряда с выходным торцом ультразвукового преобразователя и упрочняемой поверхностью.

Ультразвуковой ударный инструмент, содержащий пять рядов ударников, включает упрочняемую деталь 1, выходной торец 2 ультразвукового преобразователя, основной ряд 3 ударников и периферийные ряды 4 ударников (ударники показаны схематично).

Сущность изобретения состоит в том, что часть ударников располагают в ряд, который ориентируют в плоскости„ проходящей через ось вращения детали. Остальные ударники, которые также могут быть расположены рядами, смещают на различные расстояния относительно этого основного ряда в направлении касательной к обрабатываемой поверхности, проведенной перпендикулярно оси вращения детали.

Расстояния от центрального ряда выбираются такими, чтобы отпечатки соседних ударников или ряцов при пе5932 2 ремещении преобразователя в направлении, параллельном оси вращения детали, перекрывались. Минимальное расстояние между основным рядом и край5 ним (периферийным) ударником или ря,цом ударников, диаметр упрочняемой ,цетали и глубину отпечатков, опредеЬ ляемую требуемои амплитудой ультразвуковых перемещений на выходе преобразователи, свнзывают соотнес аннам х> -ЯЕ -E, где х — минимальное расстояние между основным рядом ударников и крайним ударником или рядом !

5 ударников;

D — диаметр упрочняемой детали; — глубина отпечатка ударника основного ряда.

При указанном расположении основной ряд ударников во время обработки находится в прямом одновременном контакте с выходным торцом ультразвукового преобразователя с одной стороны и обрабатываемой поверхностью с другой стороны. Производимая им обработка упрочняет материал изделия на максимально возможную глубину. Такая обработка сопровождается обраэо занием отпечатков, глубина которых

3О 1зелика и определяе1 ся амплитудой ультразвуковых колебаний преобразователя и прочностью обрабатываемого материала„ Упрочненный таким образом участок поверхности, перемещаясь по окружности в процессе вращения детали, подвергается последовательно обработке каждым следующим рядом удар— ников и достигает периферийного ряда. Перемещение по окружности сопровождается увеличением расстояния от

40 рассматриваемого участка до плоскости выходного торца преобразователя.

Если. расстояние между осевым и периферийными рядами удовлетворяет приведенному условию, ударники пери4$ ферийнсго ряда не могут находиться в прямом одновременном контакте с ультразвуковым преобразователем и прочняемой поверхностью. В этом случае импульс силы, передаваемый выходным торцом преобразователя ударнику, трансформируется последним в перемещение по инерции в направлении к по верхности изцелия. Соударение с поверхностью при отсутствии прямого контакта преобразователь — ударник изделие сспровождается ее микропластической обработкой. Интенсивность пластического деформирования (ГД) 3 12359 в этом случае ниже, чем при прямой контактной обработке. Снижение интенсивности ПД определяется, в основном, длиной пути, проделанного ударником под действием инерции. Расположение рядов ударников может быть симметричным по отношению к основному ряду. Это позволяет реализовать обработку вне зависимости от направления вращения детали. to

Описанная ультразвуковая бомбардировка изделия и обеспечиваемая ею микропластическая обработка его поверхности гарантируют получение сжимающих остаточных напряжений поверхностного слоя и в 5-10 раз уменьшают неровности на обработанной поверхности

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет вести ультразвуковую ударную обработку при высоких амплитудах ультразвуковых перемещений на выходе преобразователя, достигая большой глубины упрочнения, и сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое изделия при шероховатости обработанной поверхности не более К (20 — 40). В конечном итоге применение предлагаемого изобретения обеспечивает повышение циклической долговечности изделий при сокращении времени и упрощении технологии их изготовления.

Пример. Упрочняют вал из стали 20 диаметром АОО мм, восстанов35 ленный наплавкой коррозионно-стойкой сталью марки 08Х20Н9С2БТЮ. Необходимая глубина упрочненного слоя обеспечивается амплитудой колебаний на выходе ультразвукового преобразова- @ теля, равной 20 мкм. Упрочнение на указанной амплитуде приводит к образованию на поверхности изделия (сталь 08Х20Н9С2БТЮ) отпечатков глубиной 100 мкм.

Вариант I. В соответствии с рекомендованным соотношением находят минимальное расстояние между основHbM и крайним (периферийным) рядами ударников х = D E б а = б 32 х

Ъ

50 х 10 э (м).

Для инструмента с симметричным расположением относительно основного расположения рядов минимальное расстояние между двумя периферийными рядами (2х) составляет около 12,6 мм, 32 4

С точки зрения конструктивного исполнения этому случаю соответствует набор, содержащий семь рядов ударников диаметром 2,0-2,5 мм.

Упрочнение наплавленного вала при указанной высокой амплитуде перемещений на выходе ультразвукового преобразователя (20 мкм) набором ударников, размещенных по предлагаемому способу, при расстоянии между периферийными рядами не менее 12,6 мкм позволяет повысить циклическую проч( ность до уровня, соответствующего

100-120Х циклической прочности основного металла. Чистота упрочненной поверхности не хуже R 20.

Вариант II. Обработку производят на том же режиме, набор содержит три ряда ударников, расстояние между крайними рядами 5,5 мм (отличается от рекомендованного более, чем в два раза). Циклическая прочность повышает ся до уровня, соответствующего 807. циклической прочности основного металла. Чистота поверхности К (80-100)

Вариант III. Снижаем амплитуду перемещения на выходе ультраэвукового преобразователя до уровня 8 мкм, обеспечивающего при использовании набора с одним (основным) рядом ударников получение поверхности с чистотой R 20. Производим обработку набором, содержащим один ряд ударников.

Циклическая прочность повышается до уровня, соответствующего 60Х циклической прочности основного металла.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения определяется повышением циклической долговечности деталей, подвергающихся упрочнению после наплавки и продлением срока их безремонтной эксплуатации, упрощением технологии изготовления деталей, подвергающихся упрочнению с целью повышения их циклической долговечности и сокращением продолжительности изготовления деталей, подвергающихся упрочне.

Использование изобретения на ремонтных предприятиях поможет решить проблему обеспечения ресурса при восстановлении наплавкой деталей, эксплуатируемых в условиях знакопеременных циклических нагрузок и коррозионных сред.

1235932

Составитель A.Êóëåìèí

Техред Л.Олейник

Корректор В. Бутяга

Редактор И.Дербак

Подписное

Заказ 3062/24

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 асио/ной ряд

Тираж 552

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5