Способ термического упрочнения стальных изделий и устройство для его осуществления

 

Использование изобретение относится к машиностроению и может быть мспользо вано для термической обработки режущего инструмента, в частности рамных пил Цель изобретения - повышение качества упрочнения за счет более равномерного нагрева зубьев по всей их ширине Сущность способ включает поочередный нагрев зубьев движущегося инструмента 5 плазменной струей, плазмотрона 4. Новым является то, что движение инструмента Ь имеет шаговый характер, а плазмотрону сообщают возвратно-поступательные перемещения в поперечном направлении относительно плоскости инстоумента 5 При этом значение тока подаваемого

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 О 1/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

lO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTMHM

ПРИ ГКНТ СССР

ОЛИСАИИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4798874/02 (22) 06.03.90 (46) 15.11.92.Бюл. N 42 (71) Центр научно-технического творчества молодежи "Внедрение" (72) ВЛ.Токмаков (56) Авторское свидетельство СССР

М 460310, кл. С 21 0 9/00, 1973.

Кондратович Е.П., Зайцев В,Т., Баркапов В.А. — Деревообрабатывающая промышленность, 1988, N7,,с.9-10. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕHMR CTA bHl lX ИЗДЕЛИЙ И YCTPONCTHO ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

И9) Я,3 (II) 1 7754 80 А 1 (57) Использование: изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для термической обработки режущего инструмента, D частности рамных пил, Цель изобретения — повышение качества упрочнения за счет более равномерного нагрева зубьев по всей их ширине, ; способ включает поочередный нагрев зубьев движущегося инструмента 5 плазменной струей, плазмотрона 4. Новым является то, что движение инструмента 5 имеет шаговый характер, а плазмотрону сообщают возвратно — поступательные перемещения в поперечном направлении относительно плоскости инструмента 5. При этом значение тока, подаваемого

1775480

40

45 на плазмотрон 4, скорость продвижения плазмотрона 4 над инструментом 5 и расстояние от сопла 11 плазмотрона 4 до конца зуба, имеют определенные пределы величины. Устройство включает приспособления для зажатия и продвижения инструмента 5, плазмотрона 4 с соплом 11. Новым является

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для термической обработки режущего инструмента, в частности дереворежущих пил.

Известен способ, а также устройство для закалки зубьев пил электроконтактным нагревом. Недостатком этого способа и устройства является то, что закалка происходит по всему сечению зуба, что повышает

его хрупкость, Известны способ и устройство для закалки зубчатых изделий в электромагнитном поле индуктора, Недостаток этого способа и устройства — сложность оборудования и невозможность местного упрочнения режущих кромок зуба, Наиболее близким по технической сущности предлагаемому решению является способ плазменного упрочнения пилообразного режущего инструмента и устройство для его осуществления. Способ заключается в скоростном нагреве вершин зубьев высокотемпературной плазмой с последующим самоохлаждением их за счет отвода тепла вглубь металла. Устройство, реализующее этот способ, содержит приспособление для зажатия и перемещения вперед и назад пилообразного режущего инструмента, в частности, рамных пил. Плазмотрон в этом устройстве установлен неподвижно. Пила перемещается относительно плазмотрона вдоль своей продольной плоскости.

Недостатком иавестного способа является неравномерность нагрева по всей ширине режущей кромки зубьев при перемещении плазменной струи вдоль закаляемого инструмента из-за флуктуаций плазменной струи.

Кроме того, левая и правая кромки зуба при этом упрочняются в неодинаковой степени.

Степень закалки середины и краев вершины зуба различна, особенно заметно это различие при плазменной обработке пил толщиной более 4 мм и пил с разводом зубьев(в данном случае неравномерность распределения твердости по ширине кромки может достигать 40 $). то, что устройство снабжено механизмом возвратно — поступательного движения плазмотрона 4 и шагового перемещения инструмента 5. Сопло 11 плазмотрона 4 снабжено электромагнитом для жесткой фиксации плазменной струи в одном положении, 2 с. и, ф-лы, 3 табл., 3 ил.

Целью предполагаемого изобретения является повышение качества упрочнения за счет более равномерного и оптимального нагрева зубьев по всей их ширине.

Поставленная цель достигается тем, что в способе плазменного упрочнения пилообразного режущего инструмента, включающем поочередный нагрев зубьев продвигающегося пилообразного инструмента плазменной струей, согласно изобретению, плазмотрону сообщают возвратно-поступательные перемещения в поперечном относительно плоскости инструмента направлении, а движению пилообразного инструмента придают однонаправленный шаговый характер, причем по-. перечное движение плазмотрона производят в момент каждой остановки пилообразного инструмента, над вершиной его зуба, со скоростью 5 — 30 мм в секунду, при этом ток на плазмотрон подают в пределах 80-350 А, а расстояние между соплом плазмотрона и вершиной обрабатываемого зуба выдерживают в пределах 2-10 мм.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для плазменного упрочнения пилообразного режущего инструмента, включающее приспособления для зажатия инструмента и продвижения его в продольном направлении, плазмотрон, имеющий плазменное сопло с установленным внутри него катодом, систему электро-, газо-и водоснабжения плазмотрона, согласно изобретению, снабжено механизмом возвратно-поступательного перемещения плазмотрона, а п риспособление для продвижения пилообразного инструмента имеет шаговый механизм, при этом.плазмотрон снабжен электромагнитом, установленным внутри сопла, концентрично его выходному отверстию, для создания направленного вдоль продольной плоскости инструмента электрического магнитного поля, действующего на участок между торцом катода и выходным срезом сопла.

Пример. Были проведены опытные плазменные закалки режущих кромок зубьев рамных пил из стали 9ХФ, Опытная уста1775480 новка на основе заточного станка типа

ТЧПР— 2 и плазмотрона ГН-5. Питание плаэмотрона от преобразователя ПС-500. Плазмообразующий газ-аргон.

Результаты закалок приведены в табл. 1 — 3.

Из приведенных в табл. 1, 2 и 3 результатов видно, что предложенный режим упрочнения является наиболее оптимальным.

На фиг. 1 изображено устройство для плазменного упрочнения, вид сверху; на фиг. 2— сопло плазмотрона с электромагнитом, вид сбоку, разрез; на фиг. 3 — расположение электромагнита на сопле плазмотрона, вид снизу.

Устройство имеет основание 1, на котором закреплены станины 2 и 3. На направляющей станине 2 расположен плазмотрон

4 с воэможностью перемещения вдоль нее.

На станине 3 крепится обрабатываемый инструмент 5 зубьями кверху, Станина 3 может свободно перемещаться вдоль основания 1 на всю длину инструмента 5. С плазмотроном 4 через редуктор сообщен электродвигатель 6. На основании 1 укреплен электродвигатель 7, приводящий в движение кулисный шаговый механизм 8, штырь 9 которого зацепляется зубом 17 пилообразного инструмента 5. Электродвигатели.6 и 7 электромеханически связаны между собой, Плазмотрон 4 подключен к системе 10 электро —, газо — и водоснабжения.

Плазмотрон 4 имеет сопло 11 (см. 2, 3), . с внутренним отверстием, включающим конический участок 12 и выходное цилиндрическое отверстие 13. В области конического участка 12 расположен торец катода 14.

Внутрь выходного конца сопла 12 вделан электромагнит 15 таким образом, что ан расположен вокруг отверстия 13, для создания электромагнитного поля на участке междуторцом катода 14 и выходным срезом сопла 11, или, другими словами, на уровне цилиндрического отверстия 13, Вырывающаяся из сопла 11 плазменная струя 16 может иметь ширину, больше ширины зуба 17.

Устройство работает следующим образом.

Включается электродвигатель 7, кулисный шаговый механизм 8 прокручивается и штырь 9, зацепляясь за зуб 17 инструмента

5, проталкивает последний на один шаг, равный длине основания зуба 17. Зуб 1.7 при этом останавливается точно под линией следования сопла 11 плазмотрона 4. После остановки двигателя 7, через электромеханическую связь включается электродвигатель 6, и работающий плазмотрон 4 продвигается по направляющей станине 2 над инструментом 5, закаляя его зуб 17.

После остановки двигателя 6 включается электродвигатель 7 и инструмент 5 продвигается вперед еще на один шаг, подставляя следующий зуб 17 для обработки, Далее включается электродвигатель 6 и плазмотрон 4, возвращаясь в исходное положение, вновь проходит над инструментом 5, закаляя его следующий зуб 17. Таким образом проходит обработку весь пилообразный инструмент 5.

При этом ток на плазмотрон 4 подается в пределах 80-350 А, скорость движения плаэмотрона 4 над инструментом 5 состав5

10 ляет 5 — 30 мм/с, а расстояние между соплом

11 и плазмотрона 4 и вершиной зуба 17 устанавливается D пределах 2 — 10.

Электромагнит 15 создает электрическое магнитное поле, направленное вдоль продольной плоскости инструмента 5, Плазменная струя 16 под действием электромагнитного поля приобретает вид, показанный на фиг. 3, с расширением вниз от среза сопла. При воздействии электромагнитного поля флуктуации плазменной струи прекращаются и она жестко фиксируется в одном положении, что увеличивает равномерность нагрева зубьев и повышает качество закалки инструмента.

30 Предгагаемый способ плазменного упрочнения пилообразного режущего инструмента и устройство для его осуществления позволяет, по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями, превысить качество упрочняемой поверхности и увеличить тем самым срок службы режущих инструментов.

Формула изобретения

1. Способ термического упрочненил

40 стальных изделий, преимущественно пилообразного режущего инструмента, включающий перемещение инструмента заданным образом, нагрев зубьев инструмента плазменной струей от плазмотрона с заданной силой тока и расстоянием между соплом плазмотрона и вершиной обрабатываемого зуба, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества изделий путем равномерной закалки зубьев, перемещение инструмента осуществляют с остановками, плазмотрону сообщают возвратно-поступательное движение в поперечном относи.елька плоскости инструмента направлении, при этом попереч55 ное движение плазмотрона осуществляется в момент остановки инструмента над вершинами его зуба со скоростью 5-30 мм/с, силу тока задают величиной 80 — 350 А, а расстояние между соплом и вершиной зуба поддерживают равным 2 — 10 мм, 1775480

Таблица 1

Скорость поперечного перемещения плазма /

Максимальная твердость вершины з ба,МПа

Глубина закаленной зоны, мм

Примечание

4,0

6500

1,2

5,0

15,0

30,0

8500

1,0

0,7

0.3

32,0

8500

0,2

Таблица 2

Глубина закаленной зоны, мм

Максимальная твердость вершины зуба Mila

Примечание плазмотрона до вершины зуба, мм мер

8000

1,0

0,9

0,85

0,7

0,3

2,0

6,0

10,0

6800

11,0

6700

0,2

Таблица 3

Ток плазмотрона,А

ПриМ8Р

Глубина закаленНОЙ ЗОНЫ, ММ

Максимальная твердость вершины з ба,МПа

Примечание

6500

0,2

8500

350

0,3

0,7

1,0

1,2

370

8500

2. Устройство для термического упрочнения стальных иэделий, преимущественно пилообразного режущего инструмента, содержащее приспособление для зажатия и движения в продольном направлении инструмента, плазмотрон, выполненный в виде сопла с установленным внутри катодом. систему электрогазоводоснабжения плазмотГ! ри- Расстояние от сопла! рона, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества изделий путем равномерной закалки зубьев, устройство снабжено механизмом возвратно-поступательного

5 перемещения плазмотрона, внутри сопла концентрично его выходному отверстию электромагнитом, а приспособление для движенля инструмента — шаговым механизмом.

Слишком большая глубина, проявляется хрупкость

Допустимо.

Хорошее значение

Предельно малая глубина закалки

Недостаточная гл бина закалки

Наблюдается частичное оплавление режущих кромок

Хорошее значение

Хорошее значение

Предельно допостимые значение

Недостаточная гл бина закалки

Недостаточная глубина глубина закалки

Допустимо

Хорошее значение

Допустимое значение, мах. гл.за к.

Слишком большая глубина, оплавление кромокз ба

1775480

Составитель А.Орешкина

Техред М.Моргентал Корректор Л.Лукач

Редактор А.Бер

Заказ 4022 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