Способ упрочнения поверхности металлических изделий

 

Изобретение относится к обработке металлов с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее струи жидкости, и может быть использовано в машиностроении при упрочнении поверхности изделий. Цель изобретения - увеличение износостойкости путем формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое изделия. Сущность изобретения заключается втом, что воздействие осуществляется импульсной струей со скоростью истечения жидкости Кт + ОТ/РЖ Сж sin а и частотой следования ИМПУЛЬСОВ 120 -Кпер Кс СГстр Vsin Cf/СжХ х V1 у Sin2 а/Сж 1 / Si где Кт эмпирический коэффициент, например для стали 40ХКТ 1/1,63, безразмерный; (fj - предел текучести обрабатываемого материала;/ - плотность жидкости; Сж - скорость звука в жидкости; а - угол между осью струи и поверхностью изделия; Кпер - коэффициент перекрытия зон упрочнения; dcrp - диаметр струи; S - скорость подачи изделия относительно струи жидкости; Кс - эмпирический коэффициент, учитывающий отличие размера упрочненной зоны от диаметра струи. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 С 21 D 8/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4800939/02 (22) 18.12.89 (46) 30.03.93. Бюл. М 12 (71) Ульяновский политехнический институт (72) В.Ф,Жданов и А,В.Кузнецов (73) А.В.Кузнецов и В.Ф.Жданов (56) Богоявленский К.И., Кондрашов В.М, и Кропотов Г.А. Вестник машиностроения, 1979, М 8, с.66-67.:

Жданов В.Ф. и Кузнецов А.В. Об улучшении эксплуатационных свойств поверхностей сложной формы. В кн. "Разработка и промышленная реализация новых механических и физических методов обработки. M.:

1988, с.310-311 ° (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к обработке металлов с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее струи жидкости, и может быть использовано в машиностроении при упрочнении поверхности изделий. Цель

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к технологии уп рочняющей обработки. . Целью изобретения является увЕличение износостойкости путем формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое изделия, Обработка производится сформированной струей жидкости, т.е. деталь располагается на некотором расстоянии от сопла. В этом случае энергия струи жидкости используетсяя более полно. Так как, в данном случае обрабатываемая деталь не связана жестко с рабочей камерой и струю жидкости можно

„„5U„„1806210 АЗ изобретения — увеличение из носостой ко- сти путем формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое изделия. Сущность изобретения заключается в том, что воздействие осуществляется импульсной струей со скоростью истечения жидкости

Кт+ %/рж Сж sin а и частотой следования имп льсов 120 Кпе Кс dcxp Vsln Q/Сжх х 1 ф sin2Q (-2 1/$. где Кт-эмпирический коэффициент, например для стали

40ХКт = 1/1,63, безразмерный; и, — предел текучести обрабатываемого материала; р,„— плотность жидкости; С вЂ” скорость звука в жидкости; и — угол между осью струи и поверхностью изделия; Knep — коэффициент перекрытия зон упрочнения; dorp — диаметр струи; S — скорость подачи изделия относительно струи жидкости; Кс — эмпирический коэффициент, учитывающий отличие размера упрочненной зоны от диаметра струи. направить в любую зону детали, требующую, ) обработки, Кроме того, при ударе о поверх- ъ ность наступает процесс поперечнсго растекания, жидкость движется со скоростью, в 2-6 раз большей скорости удара, т.е. используя этот эффект, можно упрочнять труднодоступные поверхности, обработка Ы которых другими методами невозможна, например стенки Т-образного паза. При этом режим упрочнения избирается исходя из свойств обрабатываемого материала, Так, скорость импульсной струи жидкости, основной параметр обработки, определяет из следующего соотношения

1806210

Кт %. рж - Сж sin a т20 Knep Kc <1стр X

/2/

:<,, й) /

Сж

55 где Кт — коэффициент, учитывающий изменение термодинамического состояния поверхности в результате действия струи и свойства жидкости; от — предел текучести материала, МПа; рж — плотность жидкости, кг!м ;

Сж — скорость звука в жидкости, м/с; а — угол между осью струи поверхностью детали, град, Данная зависимость основана на следующем, Для того чтобы упрочнить поверхностный слой (ПС) детали, необходимо, чтобы напряжение, действующее в ПС, превышали или были равны пределу текучести материала детали от, т.е. на поверхности детали необходимо создать. давление Р, равное пределу текучести материала. Так как взаимодействие струи жидкости с поверхностью детали можно рассматривать как создание распределенной нагрузки величиной P. Следовательно, данное условие принимает вид

Р)аг Кт, где Кт — коэффициент, учитывающий изменение термодинамического состояния поверхности.

Давление, создаваемое импульсной струей жидкости на поверхность материала .наиболее точно определяется зависимостями основанными на формуле гидроудара

Н, Е.Жуковского:

Р = К2р С Ч sin a, где К2 — коэффициент, учитывающий свойства жидкости.

Окончательно получаем

Кт . o =- рж С„V . .sin a.

Коэффициент Кт зависит от структуры и свойств обрабатываемого материала, а также от свойств рабочей жидкости. Для стали

40Х "(HRC 35-39 ед) кг составляет 1,36.

Обработка деталей струей, имеющей скорость, определяемую по приведенной зависимости, дает наибольшую величину сжимающих остаточных напряжений или позволяет получить требуемый уровень остаточных напряжений с меньшими затратами.

Следующим важным параметром упрочнения является частота следования струй жидкости, т.к. диаметр струи и диаметр зоны действия давления, создаваемого струей, меньше габаритных размеров заготовки, Требуется последовательное нанесение уда ров струй с определенным коэффициентом перекрытия, Предлагается частота следования струй определять исходя из диаметра струй dc ð, коэффициента перекрытия Клер отпечатков, подачи, с которой движется приспособление с деталью относительно устройства для создания струй где f частота следования, Гц;

S — подача, мlмин;

Чн - Ч sin a

Следующая зависимость основана на следующем. При взаимодействии с воэду20 хом после вылета из сопла струя жидкости приобретает сферическую форму в своей головной части, при чем радиус loловной части может превышать диаметр струи, Следовательно, в начальный момент взаимодействие импульсной струи м<идкости с поверхностью детали можно рассматривать, как взаимодействие сферы с плоскостью, в допущении, что жидкость сжимается.

При взаимодействии сферы с плоскостью в начальный момент времени давление действует лишь на маленькой площадке, затем диаметр этой площадки растет с определенной скоростью, причем величина этой

35 скорости в начальный момент времени превышает скорость распространения ударной волны, сформировавшейся в момент первого контакта струи и плоскости. 8 тот момент, когда скорость расширения эоны действия

40 даьления станет равной скорости распространения ударной волны давление резко спадает, т.к, начинается поперечное растекание жидкости, находящейся в струе

7. Следовательно диаметр зоны, в которой действует давление. определяется из условия начала поперечного растекания

dccc= Kc денар С \ Ннн

V.

Сж

2 где бдд-диамет зоны действия давления, мм;

Kc — коэффициент, учитывающий отличие диаметс тловной части струи от диаметра самой струи (Kc = 1-4).

Для того чтобы обрабатывать всю поверхность детали и создать поверхностный слой с одинаковыми свойствами на всем протяжении обрабатываемой поверхности необходимо, чтобы на поверхность нано1806210

10 120 Keep Kc dcxp Vsln а/Сжх

120 Кпе бдд

$ a

Формула изобретения

Способ упрочнения поверхности металлических иэделий, включающий воздействие импульсной струей жидкости, направленной под углом к обрабатываемой поверхности, с заданной скоростью истечения и частотой следования импульсов и подачу изделия относительно струи с переСоставитель А. Орешкина

Техред М,Моргентал Корректор M. Максимишинец

Редактор 3. Ходакова

Заказ 966 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 сился ряд ударов импульсной струей, причем зоны действия давления должны располагаться с определенным коэффициентом перекрытия.

Имея в своем расположении какое-либо устройство перемещения детали относительно сопла и зная его воэможности, напримерр скорость перемещения (S, мм/мин), можно определить режим обработки — частоту следования струй

120 Кпе Кс d Чн / р

S С 1- Ч"

Сж

Авторами проведена экспериментальная проверка заявляемого способа. Обра ботка деталей импульсной струей жидкости с параметрами, рассчитанными по зависимости (1) и (2), позволила увеличить износостойкость обработанных поверхностей на

50-75 . крытием эон упрочнения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения износостойкости путем формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном

5 слое иэделия, воздействие осуществляют струей со скоростью истечения жидкости Кт

%//% Cw sin а и частотой следования им. пульсов где Кт-эмпирический коэффициент, напри15 мер для стали 40Х, Кт = 1/1, 63, безразмерный;

Π— предел текучести обрабатываемого материала МПа; р,„— плотность жидкости, кг/м; з.

С® — скорость звука в жидкости, м/с; а — угол между осью струи и поверхностью изделия, град;

Knep — коэффициент перекрытия зон упрочнения, безразмерный; бстр — диаметр струи, м;

S — скорость подачи изделия относительно струи жидкости, м/мин;

К вЂ” эмпирический коэффициент, учитывающий отличие размера упрочненной эоны

30 отдиаметра струи, например для стали 40Х, Kc= 1:

V — скорость импульсной струи,