Способ упрочнения поверхности металлических изделий

 

Использование: обработка металлов давлением, отделочная обработка поверхностей . Сущность изобретения: при упрочнении обрабатываемых изделий инструменту сообщают ультразвуковые колебания и охлаждают его рабочую поверхность путем подачи снаружи хладагента до температуры 285-275 К. Изделие перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, содержащей порошкообразные медьсодержащие вещества. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849182/27 (22) 10;07,90 (46) 23.08.92, Бюл. ¹ 31 (71) Минский радиотехнический институт . (72) M.Ä.Òÿâëoâñêèé и M.Н,Лось (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 947200, кл. С 21 D 1/14, 1980. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для поверхностного упрбчйения крупногабаритных изделий и отделоч ной обработки поверхностей, Известен способ упрочнения металлических изделий, по которому стальной или твердосплавный шарик, служащий обрабатывающим инструментом и связанный с концентратом ультразвукового преобразователя, ударяет по поверхности обрабатываемого изделия с частотой 18-24 кГц и одновременно вдавливается в поверхность с постоянной статической нагрузкой 50-300

Н, По данному способу ультразвуковое упрочнение ведут на воздухе при нормальных температурах.

Недостаток этого способа состоит в том, что при обработке на воздухе на поверхности изделий образуются толстые окисные пленки, которые под воздействием ультразвуковых колебаний инструмента разрушаются. Вследствие этого в момент контакта инструмента и изделия происходит схватывание их ювенильных поверхностей и образование мостиков сварки, которые

„„. Ж „„1756125 А1 (s1>s В 24 В 39/00, С 21 0 1/04

2 (57) Использование: обработка металлов давлением, отделочная обработка поверхностей. Сущность изобретения: при упрочнении обрабатываемых изделий инструменту сообщают ультразвуковые колебания и охлаждают его грабочую поверхность путем подачи снаружи хлэдагента до температуры 285-275 К. Изделие перед упрочнением IloKpblBBoT слоем граничной смазки, содержащей порошкообразные медьсодержащие вещества, 1 ил, периодически разрушаются в момент отрыва ультразвукового инструмента. Это ведет Я к снижению качества упрочняемотго слоя.

Известен также способ ультразвуковой обработки поверхности металлических изделий в вакууме с одновременным охлаждением обрабатывающего йнструмента и изделия до температуры в пределах от 273

К до порога хладоломкотсти обрабатываемого материала.

Недостаток известного способа заключается в длительности подготовительных (Л операций перед упрочгнейием в связи с не- 0 обходимостью проведения работы в вэкуу- ъ ма,Кроме того, ведение ультразвуковой обработки в условиях вакуума также уве- ал личивает длительность процесса упрочнения поверхности изделий. Охлаждение всего объема крупногабаритных изделий в в вакууме увеличивает расход хладагента и создает большие трудности в откачке крупногабаритных вакуумных камер.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ упрочнения металлических изделий инструментом, на который накладывают ультразвуковые ко3 1756125 4 лебания, а изделие охлаждают от 273 до 4 К, В данном способе изделие перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, в которую вводят порошкообразное медьсодержащее вещество.

Недостаток этого способа состоит в том, что охлаждение крупногабаритных изделий от 273 до 4 К увеличивает длительность технологического процесса отделочно-упрочняющей обработки, так как требуется много времени для охлаждения крупногабаритных изделий до необходимой температуры. Кроме того, а некоторых случаях при охлаждении изделий от 273 до 4 К происходит в процессе упрочйения под действием ультразвуковых колебаний разруше. ние на поверхности изделий замерзшей смазки, что приводит к схватыванию изделия с обрабатывающим инструментом и ухудшению качества поверхностйого слоя.

Целью изобретения является повыше ние йроизводительностй процесса и качества поверхностного слоя.

Поставленная цель достигается тем, что в способе упрочнения поверхностей металлических изделий инструментом, на который на клады вают у л ь т развуковые колебания, а изделия перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, в которую введено порошкообра" íîå-медьсодержащее вещество, — в процессе упрочнения охлаждают рабочую поверхность обрабаты -вающего инструмента до температуры 285275 К.

При охлаждении рабочей поверхности инструмента ниже температуры 275 К не происходитсущественного повйшенйя производительйости и качества поверхностно- . го слоя изделий, а расход хладагента значительно повышается. Вследствие этого экономически нецелесообразно охлаждать рабочую поверхность инструмента нйже

275 К.

При охлаждении рабочей поверхности инструмента выше 285 К происходитуменьшение" изйосостойкости инструмента, что приводит к ухудшению качества поверхностного слоя изделий.

Таким образом, при упрочнении повер хности крупногабаритных металлических изделий наиболее целесообразным является охлаждение рабочей поверхности инст румента до температуры 285 — 275 К.

При охлаждении рабочей поверхности инструмента в йроцесса упрочнения температура смазки в зоне деформации не превышает допустимой величины и на поверхности инструмента в результате хемосорбционных процессов образуется тонкая пленка меди. Наличие пленки меди уменьшает коэффициент трения, число случае непосредственного контакта поверхности инструмента и изделий, понижает температуру в зоне деформации и, следовательно, уменьшает износ ультразвукового инструмента.

Таким образом, охлаждение рабочей части обрабатывающего инструмента позволяет повысить производительность процесса за счет исключения длительного охлаждения до необходимой температуры крупногабаритных изделий по сравнению с ультразвуковой обработкой в известном

10 способе.

15 Без охлаждения рабочей поверхности инструмента производительность процесса упрочнения с использованием явления избирательного переноса будет низкой, так зоне деформации, При увеличении скорости обработки без охлаждения рабочей поверхности инструмента температура взоне контакта ультразвукового инструмента с изделием может превысить433-453 К, чтополностью исклкиит явление избирательного переноса в зоне деформации;- ., Охлаждение рабочей поверхности обрабатывающего инструмента позволяет также повысить качество поверхностного слоя из25

30 делий вследствие повышения износостойкости инструмента и уменьшения схватывания его поверхности с обрабатываемым изделием.

Кроме того, по сравнению с известным

35 способом предлагаемый способ позволяет существенно снизить расход хладагента, так как требуется незначительное количество хладагента только для охлаждения небольшой массы рабочей поверхности инструмента, 40

В предлагаемом способе скорость обработки изделий будет зависеть только от температуры. рабочей поверхности инструмента, так как вследствие большой

45 массы и хорошей теплопроводности крупногабаритных металлических изделий температура на их поверхности будет незначительно зависеть от скорости обработки и всегда будет значительно меньше

50 температуры на рабочей поверхности инструмента.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет выполнять процесс упрочнения с использованием явления избирательного

55 переноса, что имеет важное значение для повышения производительности и качества упрочненного поверхностного слоя изделий

На чертеже приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа. как в этом случае накладываются на смазку

20 ограничения по допустимой температуре в

1756125

10

25

40

50

Устройство состоит из магнитострикционного преобразователя 1, концентратора ультразвуковых колебаний 2, гайки-сепаратора 3, обрабатывающего инструмента 4, вращающегося центра 5 и патрона 6 токарного станка, в котором установлено крупногабаритное изделие 7. Для охлаждения рабочей поверхности инструмента 4 служит трубка 8, которая соединена гибким шлангом с сосудом Дьюара или с вихревым холодильником (на чертеже не показано).

Пример 1, Крупногабаритное изделйе

7 иэ стали 45, например, вал автомобиля, закрепляют с одной стороны в патроне 6 токарного станка, а с другой поджимают вращающимся центром 5. После этого изделие 7 обезжиривают и покрывают тонким слоем металлоплакирующей,смазки ЦИАТИМ-201 с 5 по массе порошка меди. 3атем прижимают к иэделию 7 обрабатывающий инструмент 4 с силой N, равной 180 Н.

Включают ультразвуковой генератор (на чертеже не показан) и подают ультразвуковые колебания частотой 22 кГц и амплитудой 10 мкм на. стальной шарик 4, Одновременно с подачей ультразвуковых колебаний охлаждают рабочую поверхность шарика 4 через трубку 8 парами жидкого азота до температуры 285 К. Затем включают привод вращения станка и устанавливают скорость обработки изделия 2,5 м/с с одновременной продольной подачей обрабатывающего инструмента — стальйого шарйка 4 в пределах 0,1 мм/об, Охлаждение рабочей поверхности обрабатывающего инструмента уменьшает температуру в зоне контакта обрабатывающегo инструмента с обрабатываемым материалом, что позволяет создать условия для реализации избирательного переноса в процессе упрочнения и повысить скорость обработки. В этом случае в процессеупрочнения на рабочей поверхности инструмента образуется тонкая пленка меди толщиной

1-2 мкм. Наличие тонкой пленки меди на рабочей поверхности инструмента уменьшает коэффициент трения, число случаев непосредственного контакта поверхности инструмента и детали, понижает температуру в зоне деформации и, следовательно, уменьшает износ ультразвукового инструмент, Охлаждение рабочей поверхности обрабатывающего инструмента позволяет также повысить качество поверхностного слоя изделий вследствие уменьшения схватьгвания в зоне деформации. поверхностей изделия и инструмента.

После упрочняющей обработки шероховатость поверхности изделия уменьшилась на 3 класса по сравнению с исходной и одновременно повысились физико-механические свойства поверхностного слоя: твердость и прочность, сжимающие остаточные напряжения.

Пример 2. Крупногабаритное изделие иэ стали 40Х, например, шток гидравлического ситштампа, закрепляют его с одной стороны в патроне 6 токарного станка, а с другой поджимают вращающимся центром, Затем изделие 7 обезжиривают и покрывают тонким слоем металлоплакирующей смазки ЦИАТИМ-201 с 107; по массе парошка меди. К изделию 7 прижимают обрабатывающий инструмент с силой N, равной 200

H. Рабочую поверхность обрабатывающего инструмента 4 через трубку 8 охлаждают холодным воздухом от вихревого холодильника до температуры 275 К, Режим упрочнения иэделия из стали 40Х аналогичен режиму, приведенйому в примере 1. Упрочняющая обработка изделия позволила уменьшить шероховатость поверхности на 4 класса по сравнению с исходной и повысить физико-механические свойства поверхностного слоя.

Использование предлагаемого способа упрочнения поверхности крупногабаритных.металлических изделий обеспечивает по сравнению с существующими способами повышения производительности в среднем в 8 — 10 раз за счет исключения длительного охлаждения до необходимой температуры крупногабаритных металлических изделий, повышение износостойкости обрабатывающего инструмента за счет создания на рабочей поверхности инструмента в процессе обработки тонкого слоя меди, обладающего низким пределом текучести и сопротивлением сдвигу по сравнению с материалом обрабатывающего инструмента: повышение качества упрочненных изделий эа счет уменьшения схватывания ювенильных поверхностей инструмента и изделия в процессе обработки иэделий и повышения стойкости обрабатывающего инструмента значительное улучшение условий активного контроля, что исключает вероятность брака при отделочно-упрочняющей обработке; сокращение расхода хладагента в 50-100 раэ за счет охлаждения только рабочей поверхности обрабатывающего инструмента и исключения охлаждения обрабатываемого изделия.

Формула изобретения о

Способ упрочнения поверхности металлических изделий, при котором инструменту

1756125

Составитель M.Òÿâëoâñêèé

Техред M.Ìoðãå òàë . Корректор H.Ñëîáoäÿíèí /

Редактор А.Бер

Заказ 3051 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 сообщают ультразвуковые колебания, а в процессе обработки охлаждают путем подачи хладагента на его рабочую поверхность, при этом изделие перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, 5 содержащей порошкообразные медьсодержащие вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения скорости выглаживания и повышения качества за счет снижения контактной температуры и уменьшения силы трения; рабочую поверхность инструмента охлаждают до температуры

285-275О К.