Способ обработки деталей

 

Способ может быть использован во всех отраслях промышленного производства для увеличения прочности деталей и расширения диапазонов условий их эксплуатации. Детали размещают в устройстве для генерации потоков высокотемпературной плазмы. Создают газовую среду и импульсные потоки высокотемпературной плазмы и облучают детали. Обработку производят за несколько этапов, по крайней мере за два. На каждом этапе облучение ведут с одинаковой и/или различной плотностью энергии потоков высокотемпературной плазмы и одинаковым и/или различным ее составом. Способ позволяет в зависимости от характера воздействия, материала, рода и формы обрабатываемой детали модифицированием структурного и фазового состава ее поверхностного слоя изменить шероховатость ее поверхности, ее микротвердость, заплавить микротрещины и царапины, повысить коррозионную устойчивость, усталостную долговечность и т. п. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области обработки металлических и металлокерамических деталей, а именно путем воздействия на их поверхность импульсными потоками высокотемпературной плазмы и может быть использовано во всех отраслях промышленного производства для увеличения времени жизни деталей и расширения диапазонов условий их эксплуатации.

Известен способ плазмоимпульсной обработки металлических цилиндрических деталей, заключающийся в размещении деталей в центре полости изоляционного корпуса, в торцах которого герметично установлены электроды с прямым и обратным тоководами, вакуумирование объема полости с последующим напуском рабочего газа и инициацию высоковольтного пробоя между электродами по поверхности корпуса (Патент РФ N 1672919, кл. H 05 H 1/10, 1988 г.) Известен способ обработки деталей, например режущего инструмента, включающий установку деталей в рабочей камере высокотемпературной плазмы, создание газовой среды, создание импульсных потоков высокотемпературной плазмы и обработку ими деталей путем облучения, причем газоразрядную плазму сжимают собственным магнитным полем. (Патент РФ N 1662130, кл. C 23 C 14/32, 1989 г.) В известных способах происходит модифицирование структурного и фазового состояний поверхностных слоев материала, из которого изготовлена обрабатываемая деталь.

Однако в этих способах не полностью использованы возможности установок для импульсной высокотемпературной плазменной обработки, т. к. облучение проводят в одной газовой среде и с одним режимом плотности энергии импульсных потоков высокотемпературной плазмы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ обработки деталей путем облучения ее генерируемым устройством потоком высокотемпературной плазмы. (см. SU N 1622409 A1, кл. C 21 D 1/06, 23/01/1991 г. Недостатком известного способа является невозможность зачастую удовлетворить противоположные требования к режимам, необходимым для получения желательных свойств обрабатываемой поверхности детали.

Техническая задача предлагаемого способа обработки деталей заключается в расширении возможностей обработки деталей в одном и том же устройстве для генерации потоков высокотемпературной плазмы, но в изменяемых режимах.

Технический результат в предлагаемом решении достигается созданием способа обработки деталей путем облучения генерируемым устройством потоком высокотемпературной плазмы, в котором согласно изобретению деталь устанавливают в устройстве для генерации потоком высокотемпературной плазмы, создают газовую среду и обработку ведут импульсными потоками высокотемпературной плазмы за несколько этапов, по крайней мере за два, причем на каждом этапе облучение ведут с одинаковой и/или различной плотностью энергии потоков высокотемпературной плазмы и одинаковым и/или различным ее составом.

Изобретение характеризуется также тем, что в предлагаемом способе обработки деталей каждый этап облучения деталей ведут по многоступенчатому режиму, по - крайней мере, по двухступенчатому, с различной плотностью энергии потоков высокотемпературной плазмы и одинаковым и/или различным ее составом.

Использование многоступенчатого облучения с различной плотностью энергии потоков высокотемпературной плазмы и одинаковым и/или различным ее составом обеспечивает улучшение чистоты поверхности, ее шероховатости, износостойкости, устойчивости антикоррозионной и к развитию микротрещин, а также интенсификации процесса.

Проведение финишного этапа облучения в среде рабочего газа, позволяющего получать детали с заданными свойствами, обеспечивает проведение имплантации ионов газа в поверхностный слой материала обрабатываемой детали; таким образом производят, например, азотирование деталей или получают металлокерамику на их поверхности.

Изобретение характеризуется также тем, что детали облучают различными количеством импульсных потоков высокотемпературной плазмы и дозами облучения.

Количество используемых импульсных потоков и их энергию определяют в зависимости от рода обрабатываемого материала и от необходимой степени глубины проплавления обрабатываемых деталей для сглаживания микрорельефа, залечивания дефектов (пор, микротрещин).

Изобретение характеризуется тем, что детали облучают импульсными потоками высокотемпературной плазмы переменными мощностью и длительностью.

Это, например, позволяет проводить подготовку поверхности материала, склонного к образованию микротрещин при облучении его с высокой мощностью облучения.

В предлагаемом способе обработки деталей в зависимости от характера воздействия, рода и формы обрабатываемой детали можно упрочнением или разупрочнением изменить шероховатость поверхности, ее микротвердость, заплавить микротрещины и царапины, повысить коррозионную устойчивость, усталостную долговечность и т.п.

Процессы упрочнения или разупрочнения в предлагаемом способе обработки поверхностей деталей осуществляют в разных режимах операций, проводимых по предлагаемой технологии.

Сущность предлагаемого способа обработки деталей поясняется нижеследующим описанием его выполнения на примере обработки вырубного штампа.

Обработку можно производить за несколько этапов, причем на каждом этапе облучение ведут с одинаковой и/или различной плотностью энергии потоков высокотемпературной плазмы и одинаковым и/или различным ее составом.

Способ обработки деталей проводят в три этапа (этап предварительной очистки, основной этап и финишный этап).

Этап предварительной очистки проводят за одну или несколько операций облучения в щадящем режиме в среде инертного газа.

На этом этапе активно удаляют с поверхности и из приповерхностного слоя детали газы и, главное, удаляют пленки различных окислов, которые ухудшают результаты основного процесса упрочнения (экранировка парами загрязнений, имплантация нежелательных элементов этих паров в поверхность и т.п.).

Последовательность операций при выполнении способа одинакова на всех этапах.

Вырубной штамп (деталь) устанавливают в корпусе устройства для генерации потоков высокотемпературной плазмы, вакуумируют корпус, создают газовую среду путем заполнения корпуса аргоном и создают импульсные потоки высокотемпературной плазмы с плотностью мощности 0,1 МВт/см² и упрочняют ими деталь, путем облучения 2 импульсами длительностью по 20 микросекунд каждый.

Облучение детали на каждом этапе можно проводить, по крайней мере, по двухступенчатому режиму с различной плотностью энергии потоков высокотемпературной плазмы и различным ее составом.

Поэтому в зависимости от требований, которые необходимы для предварительно обработанной детали, ее могут повторно облучить, но в другой газовой среде, например азоте, одним импульсным потоком высокотемпературной плазмы с плотностью мощности 0,2 МВт/см² длительностью 10 микросекунд.

Эта повторная операция предварительно очищенной поверхности детали проводится, когда желательна имплантация в приповерхностные слои определенных легирующих элементов или когда поверхностный слой имеет такие дефекты, как микротрещины, поры или кратеры.

Затем приступают к выполнению основного этапа упрочнения.

Облучение деталей проводят по двухступенчатому режиму с наращиванием плотности мощности импульсных потоков высокотемпературной плазмы и в гелиевой рабочей среде.

Первый режим облучения: Плотность мощности потока - 0,1 МВт/см² Количество импульсов - 4 Время облучения - 10 микросекунд Второй режим облучения: Плотность мощности потока - 0,5 МВт/см² Количество импульсов - 5
Время облучения - 15 микросекунд
Далее приступают к выполнению третьего финишного этапа. Облучение проводят в двухступенчатом режиме с изменением газовой рабочей среды (в первом режиме используют гелиевую среду, а во втором - азотную) при плотности мощности импульсных потоков высокотемпературной плазмы 0,5 МВт/см², при времени облучения 25 микросекунд.

Применение такой комплексной многоэтапной обработки детали с одновременным многоступенчатым режимом облучения на каждом этапе позволило повысить в несколько раз время жизни штампа (количество вырубленных заготовок) по сравнению со временем их жизни при применяющейся ранее одноэтапной обработке плазмой.

Формула изобретения

1. Способ обработки деталей путем облучения генерируемым устройством потоком высокотемпературной плазмы, отличающийся тем, что деталь устанавливают в устройстве для генерации потоков высокотемпературной плазмы, создают газовую среду и обработку ведут импульсными потоками высокотемпературной плазмы за несколько этапов, по крайней мере за два, причем на каждом этапе облучение ведут с одинаковой и/или различной плотностью энергии потоков высокотемпературной плазмы и одинаковым и/или различным ее составом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый этап облучения деталей ведут по многоступенчатому режиму, по крайней мере по двухступенчатому, с различной плотностью энергии потоков высокотемпературной плазмы и одинаковым и/или различным ее составом.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что финишний этап обработки проводят в среде рабочего газа, позволяющего получать детали с заданными свойствами.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что детали облучают различным количеством импульсных потоков высокотемпературной плазмы.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что детали облучают импульсными потоками высокотемпературной плазмы переменными по мощности и длительности.