Способ термомеханической обработки поверхности деталей и устройство для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLLHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

SU„„1 92121 (50 4 С 21 D 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4042229/31-02 (22) 24.03.86 (46) 30.04.88. Бвл.М- 16 (71 ) Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения (72) Г.Е.Надольный, tO.И.Алексеев, П.И.Мельник и С.И.Гриценко (53) 621 ° 785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 68605, кл. С 21 D 8/00, С 21 D 1/74, С 21 П 7/06, 1976.

Авторское свидетельство СССР

%823440, кл. С 21 Р 8/00, 1979. (54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРА-"

БОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к термоме» ханической обработке металлов и может быть использовано для получения изделий с высоким уровнем физикомеханических свойств. Цель — ловышение твердости упрочняемого слоя, увеличение производительности и снижение энергоемкости. Корпус 1 устрой:ства устанавливается на обрабатывае1392121 мую деталь 9 и прижимается к ней, В камеру сгорания 7 через клапан 11 подается сжатый воздух, который перемещает поршень 3 вверх до фиксации его фиксатором 2. Ватем сжатый воздух подается через клапан 6 в буфер ную камеру 4 и после освобождения фиксатора 2 воздействует на поршень, заставляя его резко двигаться вниз.

При этом происходит закрытие выхлопного отверстия Я, сжатие воздуха в камере сгорания 7 и впрыск топлива форсункой 12, связанной с поршнем 3 посредством блока автоматического

2 детали и прижимается к ней внешним источником силы. Производится запуск устройства, при работе которого происходит одновременное воздействие на обрабатываемую поверхность детали деформирующего усилия в виде динамической (ударных) нагрузки со стороны поршня предлагаемого устройства и высокой температуры в замкнутом объ-!

О еме, ограниченном внутренней полостью устройства и обрабатываемой поверхностью детали. При этом обрабатываемая поверхность детали нагревается до температуры полной или частичной аустенизации (А-„А >). Нагрев происходит с одновременным адсорбированием продуктов сгорания, возникающих при работе предлагаемого устройства, что увеличивает глубину упрочняемого

2О,слоя и твердость поверхности.

Устройство для термомеханической обработки деталей работает следующим образом, Корпус 1 устройства устанавливает,я на обрабатываемую деталь 9 и прижимается к ней внешним источником силы. В камеру 7 сгорания через обратный клапан ll подается сжатый воз" дух. В результате повышения давления в камере 7 сгорания поршень 3 перемещаетсФ вверх, перекрывает выхлопные отверстия 5 и занимает такое положение, при котором фиксатор 2, взаимодействуя с нижней торцовой час гью

3 поршня, препятствует его движению

Изобретение относится к термомеха-, нической обработке металлов и может быть использовано для получения изделий с высоким уровнем физико-меха".: нических свойств.

Целью изобретения является повыше-. ние твердости упрочняемого,слоя, увеличение производительности и снижение энергоемкости процесса.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.

Устройство для термомеханической обработки деталей содержит корпус 1 с фиксатором 2. Внутри корпуса вмонтирован поршень 3, разделяющий внутреннюю полость корпуса на буферную камеру 4 с выхлопными отверстиями 5 обратным клапаном 6 и камеру 7 сгора1 ния с выхлопными отверстиями 8, образованную между днищем поршня и обрабатываемой поверхностью детали 9.

В торце корпуса со стороны камеры сгорания выполнен паз, в котором установлена уплотняющая пластина 10, а в боковых отверстиях лорпуса вмонтированы обратный клапан 11 и форсун" ка 12, связанная с поршнем посредст.-. вом блока 13 автоматического управления.

Способ термомеханической обработки деталей осуществляется следующим образом.

Предлагаемое устройство для термомеханической обработки устанавливается на обрабатываемлю поверхность управления 13. Движение поршня вниз заканчивается его ударом по обрабатываемой детали 9 и самовоспламенением топлива, в результате сгорания которого происходит повышение давления и температуры в камере сгорания. Отработанные газы, воздействуя на днище поршня, и кинематическая энергия отскока перемещают поршень вверх, .давление воздуха в буферной камере

4 резко увеличивается и цикл повторя ется уже без участия обратных клапанов 6,11 и фиксатора 2, 1 з,п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1392! 21 вниз. Камера сгорания при том по средством выхлопного nòâåðñòèÿ 8 соединена с атмосферой. В это время сжатый воздух через обратный клапан

6 подается в буферную камеру 4 до

5 полного ее заполнения. Эатем, воздействуя на фиксатор (перемещая его влево), освобождают поршень от зацепления. В результате этого поршень резко!0 движется вниз под действием силы собственного веса и давления сжатого воздуха со стороны буферной камеры.

При движении поршня вниз происходит закрытие выхлопного отверстия 8, .сжа- 15 ,тие воздуха в камере 7 сгорания и впрыск топлива форсункой 12, связанной с поршнем 3 посредством блока

13 автоматического управления. Движение поршня 3 заканчивается его ударом по обрабатываемой детали 9 и самовоспламенением топлива. В результате сгорания происходит повышение давления и температуры в камере сгорания. Отработанные газы, воздействуя 25 на днище поршня, и кинематическая энергия отскока перемещают поршень вверх, давление воздуха в буферной камере 4 резко увеличивается и цикл повторяется уже без участия обратных 30 клапанов 6, 11 и фиксатора 2.

Таким образом, термомеханическая обработка осуществляется путем нанесения ударов поршня 3 по обрабатываемой поверхности детали 9 при одновременном нагреве этой поверхности за счет температуры сгорания топлива.

Процесс уплотнения происходит в замкнутом объеме, ограниченном корпусом

1, днищем поршня 3 и обрабатываемой > поверхностью детали 9.

Регулирование величины и частоты приложения деформирующего усилия, возникающего при ударе поршня по об» рабатываемой поверхности детали, про- 45 изводится путем изменения количества подаваемого топлива к форсунке 12 блоком 13 автоматического регулирования.

Способ-прототип и гредлагаемый способ опробованы при упрочнении следующих материалов: сталь 45, сталь 50 Г, ОХ18Н10Т, ОХ!7Н2. ст .ав

ВТI, ВТ6.

Площадь упрочняемой поверхности

p,i

Пок,.:затели процесса ТМО приведены в табл.1, результаты сравнительных испытаний упрочняемых образцов после

ТМ0 спОсобом-прототипом и предлагаемым способом (через 24 ч ) — в табл.2.

Из табл., следует, что энергоемкость в предлагаемом с; особе ло сравнению со способом-прототипом уменьшается в 2,5 раза, так как в предлагаемом способе нагрев детали происходит в результате непосредственного контакта с нагревательным элементом (камерой сгорания топливновоэдуиной смеси), а в способе-прототипе — через промежуточный элемент (дробь). !1ри такой передаче тепловой энергии часть ее теряется. Кроме того, в способе-прототипе привод нагревательного элемента и деформирующего элемента (подачи дроби к упрочняемой поверхности) выполнен раздельно. В предлагаемом способе один и тот же энергоноситель (топливовоздушная смесь) используется как для нагрева детали, так и для перемещения поршня-бойка, что также снижает энергоемкость процесса ТМО.

Производительность процесса. TMO в предлагаемом способе увеличивается в 3,3 раза. Это обусловлено тем, что в предлагаемом способе промежуточный элемент отсутствует и нагрев производится непосредственно энергоносителем, температура в камере сгорания предлагаемого устройства для

ТМО значительно выше температуры нагретой дроби при ее ударе об уплотняемую поверхность.

Из табл.2 следует, что при упрочнении ряда материалов (сталь 45, сталь 50) предлагаемый способ ТМО дает значителъное повышение твердости по сравнению с прототипом. А для ряда материалов (0XI8HIOT, ОХ17Н2, BTI, ВТ2) прототип вообще не дает эффекта упрочнения, предлагаемый же способ ТМО позволяет достичь эффекта упрочнения.

Это происходит потому, что инертные газы (способ-прототип) нейтральны к упрочняемому материалу, а среда продуктов сгорания является активной, что приводит к адсорбции отдельных атомов. Это обеспечивает фиксирование состояния деформированной поверхности (заклинивание плоскостей скольжения, дислокацией), и за счет этого сохраняется напряженное состояние в поверхностном слое. Поэтому поверх121 продуктов сгорания топливовоздушной смеси за счет выделяющейся при этом энергии.

2. Устройство для термомеханической обработки поверхности деталей, содержащее нагревательный и деформи-. рующий элементы, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения твердости упрочняемого слоя, увеличения производительности и снижения энергоемкости обработки, деформирующий элемент выполнен в виде поршня, установленного в корпусе и разделяющего внутреннюю полость на буферную камеру, расположенную в подпоршневой части корпуса, и камеру сгорания с форсункой, связанной с поршнем посредством блока автоматического управления.

Т а блица 1

Параметры и показатели процессов TMO

Способ типу п

750

750

1 200

Температура в камере сгорания предлагаемого устройства для TMO, С

2500

150

l 2

Таблица 2

Материал

Твердость, НВ

Исходная лосле наклепа на воздухе в аргоне предлагаемым способом !

Сталь 45 190

Сталь 50 Г 250

295

295

350

340

340

420

l l 5

1l 5

230

ВТ6

120

l20

230 с> 1392 ностное упрочнение предлагаемым способом применимо для сталей Ферритного и аустенитного класса титановых сплавов и др,, которые не восприни" мают закалку и поэтому не могут

5 быть упрочнены известными способами.

Формула изобретения

1. Способ термомеханнческой.обраотки поверхности деталей, включаюий нагрев и деформацию, совмещенные

Во времени и проводимые в изолирован ном объеме в газовой среде, о т л иЧ а ю шийся тем, что, с целью повышения твердости упрочняемого слоя, увеличения производительности

И снижения энергоемкости процесса, нагрев и деформацию проводят в среде

Требуемая температура нагрева детали, ОС

Температура. на.грева дроби, С

Удельная энергоемкость процесса

TNO кДж

Количество инертного газа, необходимое для ТМО одной детали, м

Продолжительность ТМО одной детали (включая время на нагрев и подачу дроби), мин по прото редлагаемый

1392! 21

Продолжение табл.2

Твердость, НВ

Материал после наклепа воздухе

0Х1 8Н! ОТ 1 85

ОХ17Н2 290

190

l 90

365

300,300

385

Составитель В.Китайский

Редактор Т,Лазоренко Техред М. Ходанич Корректор О.Кравцова

Заказ 1870/31 Тираж 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного..комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4