Способ обработки металлических изделий

 

Изобретение относится к обработке металлических изделий концентрированными источниками энергии, конкретно электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен. Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем обработки изделий с различной формой рабочих поверхностей. Изобретение заключается в том, что нагрев рабочих поверхностей осуществляют электронным лучом, сканируемым в плоскости под углом к направлению движения поверхности изделия β=ARCTG B(B/TGΑ-V/F)<SP POS="POST">-1</SP> и с амплитудой сканирования C=B/SINβ, где B - ширина следа электронного луча на поверхности изделия

α - угол следа луча к направлению движения поверхности изделия

V - скорость движения поверхности

F - частота сканирования. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТНЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51)5 С 21 D 1 09 й,а:-,.

ilk! tь l1"..

Б -1БЛ:1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4443740/23-02 (22) 20,06,88 (46) 07. 03. 90. Бюл. ¹ 9 (72) Л. П. Фоминский (53) 621.785.79(088.8) (56) Васильев А.А.,Александрова Н.М., Лонгин Г.И. Электронно-термическая обработка сталей и сплавов.

Электронная обработка материалов, 1981, № 4, с. 36 — 38.

Авторское свидетельство СССР № 1328114, кл. В 23 К 15/00, 1987. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к обработке металлических изделий концентриро,ванными источниками энергии, конкретно электронным лучом, и может быть

Изобретение относится к обработке, металлических изделий концентрированными источниками энергии, конкретно электронным лучам, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей путем об.работки изделий с различной формой работ поверхностей.

На фиг.. 1 схематически показан след оплавления плоской поверхности при электронно-лучевой обработке ее по известному способу, когда пучок сканируют прямолинейно по пилообразному закону в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения поверхности изделия; на фиг. 2 — то же, после электронно-лучевой обработки

2 использовано в машиностроении при изготовлении шестерен. Цель изобретения — расширение технологических возможностей путем обработки изделий с различной формой рабочих. поверхностей. Изобретение заключается в том, что нагрев рабочих поверхностей осуществляют электронным лучом, сканируемым в плоскости под углом к направлению движения поверхности

1 изделия P =arctgb(b/tgeC-v/f) и с амплитудой сканирования C=b/sin|i, где b — ширина следа электронного луча на поверхности изделия; о(— угол следа луча к направлению движения поверхности изделия; v — скорость движения поверхности; f — - час. тота сканирования. 4 ил.,поверхности по предлагаемому способу при нанесении параллельных друг другу периодически повторяющихся от1резков наплавочных валиков строго перпендикулярно направлению перемещения обрабатываемой поверхности изделия; на фиг. 3 — то же, при нанесении периодически повторяющихся параллельных друг другу отрезков следа электронно-лучевой обработки, расположенных под. заданным углом с6 к на.правлению перемещения изделия под электронным пучком и при шаге сканирования t, меньшем длины проекции отрезка следа электронно-лучевой обработки на это направление; на фиг.4— облучение электронным пучком по предлагаемому способу эвольвентной поверхности зубьев шестерни при поверх—

1548217 L (50 ностной термообработке их электронным пучком.

На фиг. 1 — 3 жирной линией показаны отрезки следа электронно-лучеI 5 вой обработки, пунктиром - направление сканирования электронного пучка, стрелками на этих линиях - направление перемещения фокуса электронного пучка по поверхности изделия в процессе обработки, а стрелкой над фигурой — направление перемещения поверхности изделия.

Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу электронно-лучевой обработки поверхности изделий, перемещаемых со скоростью ч поперек электронного ручка, сканируемого в одной плоскости с частотой

f при периодическом изменении во времени угла отклонения электронного .пучка по пилообразному закону с нулевой длительностью заднего фронта, плоскрсть сканирования электронного пучка располагают под yr oM P к направлению перемещения поверхности изделия, определяемом выражением

Ь v -1 (3 =arctgb (- — — -)

tg oL

1 при амплитуде сканирования пучка

c=b/sin(, где Ь вЂ” требуемая ширина полосы следа электронно-лучевой обработки на поверхности изделия, М— угол между следом луча и направлением движения рабочей поверхности из- 35 делия.

При перемещении поверхности изделия поперек электронного пучка со скоростью v и частоте сканирования пучка и шаг расположения отрезков 40 следа электронно-лучевой обработки на поверхности изделия определяется формулой =ч/f, а амплитуда сканирования пучка равна длине отрезка пунктирной линии и составляет с=Ъ/

/з пP (фиг. 3) °

Из схемы (фиг. 3) видно, что

tgP=b/(А-t) =.b/(- — — -) v

gaga f или

b v— -- <

=arctgb (— - — -) tgoL f

Осуществление сканирования элект55 ронного пучка в плоскости, расположенной под углом (5 к направлению перемещения поверхности изделия поперек пучка, обеспечивает получение следа электронно-лучевой обработки, периодически повторяющиеся параллель ные друг другу отрезки которого расйоложены под требуемым (задаваемым) углом о4 к направлению перемещения поверхности изделия, Это и обеспечивает достижение цели изобретения, поскольку изменением угла Р можно в широких пределах изменять угол оь независимо от величин ч и f

Пример 1, Осуществляют наплавку на поверхность бруса из стали 45 износостойкого покрытия. Брус имеет квадратное сечение 40х40 мм.

Покрытие должно состоять из периодически повторяющихся параллельных друг другу отрезков наплавочных валиков, имеющих ширину 5 мм, длину 40 мм и расположенных с заданным шагом t=10 мм строго перпендикулярно рабочей хромо ке бруса (о =90 ). Наплавку осуществляют порошком износостойкого материала ПГСП-4. Для этого на защищенную поверхность (грань) бруса насыпают слой наплавочного порошка и выравнивают его до толщины t мм. Затем брус с порошком перемещают на тележке со скоростью v=70 мм/с в направлении вдоль длины бруса под электронным ускорителем, генерирующим пучок электр ронов с энергией 1 мЭВ при.мощности в пучке 40 кВт. Пучок выводят из ускорителя в воздух в направлении сверху вниз и сканируют с частотой

= /t=7 Гц. Сканирование осуществляют с помощью поперечного магнитного поля, создаваемого известным электромагнитом. На обмотку электромагнита подают электрический ток, периодически (с частотой 7 Гц) изменяющийся во времени по пилообразному закону с нулевой длительностью заднего фронта и линейным нарастанием переднеro фронта. При этом пучок сканирует между полюсами электромагнита, отклоняясь по прямой линии по линейному закону на угол, величина которого пропорциональна силе тока электромагнита.

Поворачивая электромагнит вокруг оси пучка, предварительно выставляют плоскость сканирования пучка под углом P =-, 76 (фиг. 2) к направлению перемещения тележки под ускорителем, величину угла Р вычисляя по формуле

Ь ч-"

f =arctgb(— —. — -) =-76 .

tguL f

Дистанцию облучения 1 (расстояние от выпускного устройства ускорителя

1548217 до облучаемой поверхности изделия) выбирают такой, при которой диаметр пятна оплавления (равный диаметру пучка, постепенно расширяющегося с увеличением 1) становится равным требуемой ширине наплавочного валика (в данном случае ширина наплавочного валика 5 мм, а величина 1=80 мм).

Кроме того, предварительно выставляют путем изменения силы тока электромагнита амплитуду сканирования пучка на, поверхности изделия, равной величине с=Ь/s in(=41, 2 мм, В результате облучения бруса с порошком при указанных режимах на об лученной поверхности грани бруса ос.таются периодически повторяющиеся с шагом 10 мм параллельные друг другу наплавочные валики, имеющие шири-. ну 5 мм и расположенные строго пер= пендикулярно к боковой грани бруса (фиг. 2)., После наплавки с поверхности бруса стряхивают остатки неоплавленного порошка, оставшиеся в зазорах

j между отрезками наплавочных валиков .

Пример 2. Осуществляют оплавление электронным пучком прямоугольного (50х300 мм) участка плоской поверхности детали из алюминиевого спласплава Д16Т для упрочнения поверхности за счет "залечивания" микротрещин, оставшихся после механической обра ботки детали. Для предотвращения. окисления поверхности оплавление осуществляют в вакуумной камере, присоединенной к ускорителю, описанному в примере 1. Деталь в вакуумной камере перемещают горизонтально со скоростью v=70 мм/с на тележке. Дистанцию облучения 1 берут равной 110 мм, при этом диаметр пятна оплавления равен 10 мм. Шаг сканирования t берут для..обеспечения сплошности слоя оплавления равным 8 мм (меньше диа-. метра пятна оплавления). Для этого сканирование электронного пучка осуществляют с частотой Г=ч/t=8,8 Гц.

Отрезки следов оплавления необходимо располагать строго перпендикулярно направлению перемещения иэделия для получения суммарного пятна оплавления строго прямоугольной формы. Для этого плоскость сканирования пучка выставляют под углом =-80 55 к нао правлению перемещения изделия, величину углами вычисляя по формуле

Ъ ч-г о

$ arctgb.(-.—, — -) =-80 55

,ЙЯФ, Амплитуду сканирования пучка берут равной величине с=Ь/sin =50,6ìì.

Оплавив участок поверхности длиной

300 мм, выключают ускоритель. В результате на поверхности иэделия остается строго прямоугольный участок оплавления, имеющий размеры 50х300 мм, Пример 3. С помощью установI ки, описанной в примере 1, осуществляют поверхностную закалку электронным пучком в воздухе зубьев прямозубой шестерни (цилиндрического зубчатого колеса) из стали 45, причем шес« теряя имеет диаметр 310 мм, ширину

30 мм и модуль зуба í-5 (фиг.4).

Шестерню располагают под ускорителем так, чтобы электронный пучок, направленный вертикально, падал только на

20 одну боковую (эвольвентную) поверхность ее зуба. Шестерню непрерывно вращают вокруг ее оси со скоростью

10 об/мин. При этом скорость ее зубьев составляет v=157 мм/c. Uar скани25 рования пучка делают равным шагу зубьев шестерни (15,7 мм). Для этого. частоту сканирования берут равной й=ч/t-=10 Гц. Для обеспечения перемещения пучка точно по боковой по30 верхности зуба при непрерывном вращении шестерни плоскость сканирования о пучка выставляют под углом P =-62,5 к плоскости вращения шестерни, величину угла Р. вычисляя по формуле о

35 (=агссдЬ (— — — -) =-62,5

tgoL

Амплитуду сканирования пучка делают равной величине с=Ъ/sing=33,9 мм.

Схема облучения и вид следа электрон40 но-лучевой обработки в проекции сверху (фиг. 2) совпадают со схемой облучения по примеру 1. В результате облучения поверхность металла зуба шес-.; терни нагревается до 900 С, а затем

4 быстро охлаждается за счет отвода тепла в металл шестерни. При этом происходит поверхностная закалка зу-, Ъ бьев шестерни, ведущая к перекристаллизации их металла (с образованием

50 мартенситной структуры) на глубину е1 мм. Износостойкость поверхности ,зубьев, определенная с помощью машины Шкоды-Савина возрастает в Э раза

1 по сравнению с необработанной.

55 Пример 4. С помощью установ кй, описанной в примере t, осуществ пяют поверхностную закалку зубьев ко» созубой шестерки из стали 45, причем, 1пестерня имеет диаметр 304,5 мм, ши1548217 рину 40 мм, модуль зуба 1,75 и угол наклона зубьев к плоскости вращения о ф=75 (фиг. 4) . Шестерню непрерывно вращают вокруг ее оси со скоростью

v=78,5 мм/с..Шаг сканирования пучка

5 электронов делают равным шагу зубьев шестерни (5,5 мм). Для этого частотусканирования берут равной f /t= 14 26 Гц. Для обеспечения перемещеj . °

10 ния фокуса пучка точно по боковой поверхности зуба при непрерывном вращении шестерни плоскость сканирования

1 0 У пучка выставляют. под углом /3=82 35 к плоскости вращения шестерни, величину угла (вычисляя по формуле

Ь ч-<

) =arctgb(— -. — -) =82 35

tgk f

АмпЛитуду сканирования пучка берут равной величине с=Ъ/sinP=40,4 мм.

1 . Схема облучения и вид следа электрон..но--лучевой обработки в проекции сверху показаны на. фиг. 3. В результате облучения происходит поверхностная ,;закалка металла зубьев шестерни, ве- 25 дущая .к образованию мартенситной структуры на глубину 1 мм и возрас-. танию износостойкости в 2 — 3 раза.

Технологические воэможности предлагаемого способа по сравнению с известным расширяются за счет обеспечения. возможности расположения периодически повторяющихся отрезков следа электронно-лучевой обработки на поверхности.изделия под любым заданным 35 углом к направлению перемещения поверхности изделия поперек электронного пучка, а также за счет обеспечения возможности электронно-лучевой 40 обработки поверхности зубьев как прямозубых, так и косозубых зубчатых колес.

Формула изобре тения, Способ обработки металлических изделий, включающий нагрев рабочей поверхности изделия, движущейся с заданной скоростью, электронным пучком, сканируемым в плоскости под заданным углом к направлению движения рабочей поверхности изделия и с фиксированной частотой сканирования, при периодическом изменении во времени угла отклонения пучка по пилообразному закону .с нулевой длительностью заднего. фронта цикла и с заданной амплитудой сканирования, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обработки изделий с различной формой рабочих поверхностей, плоскость сканирования располагают к направлению движения рабочей поверхности под углом(3 =arctgb(b/tg4|; (-v/f), а амплитуду сканирования задают равной с=Ь/sing, где Ь вЂ” ширина следа электронного пуска на рабочей поверхности изделия, мм; ,М - угол между следом луча и направлением -движения рабочей поверхности изделия, град;

v †. скорость движения рабочей поверхности, мм; — частота сканирования, Гц.

1548217

1548217

Составитель А,Кулемин

Редактор И.Дербак Техред Л.Олийнык Корректор М.Кучерявая

Заказ 113 Тирах 508 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям .и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.. Ухгород, ул. Гагарина, 101