Способ закалки пружинных клемм и установка для его осуществления



Способ закалки пружинных клемм и установка для его осуществления
Способ закалки пружинных клемм и установка для его осуществления
Способ закалки пружинных клемм и установка для его осуществления

 

C21D1/62 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)
C21D1/18 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2459877:

Иванов Александр Вячеславович (RU)
Федин Владимир Михайлович (RU)
Борц Алексей Игоревич (RU)
Дьяков Александр Васильевич (RU)
Гучков Александр Кириллович (RU)
Прокофьев Андрей Дмитриевич (RU)
Ронжина Юлия Вадимовна (RU)
Мишунин Вячеслав Михайлович (RU)
Хатунцев Владимир Иванович (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и термической обработки. Для повышения качества и производительности процесса закалки клемм при их массовом производстве нагретую до температуры аустенизации пружинную клемму быстро охлаждают в струйном потоке закалочной жидкости в интервале температур перлитного и мартенситного превращений до 80-120°С. В зависимости от конфигурации и размеров изделия скорость струйного потока устанавливают в диапазоне 5-15 м/с, удельный расход регулируют в диапазоне 20-60 см3/(см2·с) с обеспечением скорости охлаждения детали 100-600°С/с, а температуру закалочной жидкости поддерживают в пределах 30-60°С. Установка для закалки клемм содержит насос высокого давления, накопительный бак, стабилизатор температуры, фильтр и охлаждающую камеру, в которой установлены спрейер, склиз и транспортер. На выходе спрейера установлена заслонка, соединенная с приводом, обеспечивающим открывание и закрывание заслонки по времени и ее вибрацию в закрытом положении. Внутреннее пространство спрейера повторяет конфигурацию пружинной клеммы с минимальным зазором, а транспортер обеспечивает окончательное охлаждение пружинных клемм в неподвижной закалочной, жидкости и выгрузку из охлаждающей камеры. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при закалке пружинных клемм рельсовых скреплений и их аналогов.

Известен способ струйной закалки изделий (А.с. №1576575, БИ №25, 1990 г.) с целью повышения качества закалки путем снижения скорости охлаждения по мере понижения температуры изделия и предотвращения за счет этого появления закалочных трещин. Способ включает подачу чередующихся струй воды и воздуха на неподвижное изделие с бесступенчатым регулированием скорости охлаждения при последовательном снижении продолжительностей подачи воды и воздуха в каждом цикле от 5-3 до 1-0,1 по мере охлаждения стали. Суммарная длительность каждого цикла обработки водой и воздухом равна 2-10 с.

Недостатком данного способа является низкая производительность, поскольку медленная стадия охлаждения выполняется на неподвижном изделии, находящемся в камере охлаждения, и занимает сравнительно долгое время. Кроме того, способ не позволяет бесступенчато регулировать скорость охлаждения изделий с небольшим расчетным сечением 10-20 мм, поскольку время, необходимое для переключения подачи воды и воздуха в цикле, становится сопоставимым по величине с суммарным временем закалки.

Известна «Установка для закалки изделий в двух средах», содержащая закалочный бак с наклонной перегородкой, устройство для перемещения изделий в баке, выполненное в виде размещенных с обеих сторон перегородки кольцевого транспортера и Г-образного рычага с захватом (А.с. №783352, кл. C21D 1/63, Бойко КС, RU, 30.11.80 г.).

Недостатком установки является неравномерность охлаждения поверхности изделия, так как изделие движется вдоль стенки кольцевого транспортера и неодинаково омывается потоком воды. Кроме того, конструкция не гарантирует быстрого удаления образующейся на поверхности изделия паровой рубашки, также влияющей на скорость охлаждения и качество закалки. Медленное охлаждение осуществляется в масле, которое снижает пожаробезопасность и экологичность технологического процесса.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ для термопластического упрочнения деталей и установка для его осуществления (Патент РФ №2258086, кл. C21D 9/00, C21D 1/62, автор Круцило ВГ, RU, 2005 г.). Детали нагревают свыше 600°С, после чего выполняют быстрое охлаждение жидкостью под давлением 8-10 атм в процессе свободного падения детали в кольцевом спрейере. После быстрого охлаждения осуществляется охлаждение в спокойной охлаждающей жидкости. Установка, реализующая этот способ, содержит охлаждающую камеру, соединенную с емкостью, заполненную охлаждающей жидкостью, механизм загрузки и выгрузки деталей, системы фильтрации, охлаждения и контроля охлаждающей жидкости с обеспечением замкнутого цикла. Охлаждающая камера выполнена в виде кольцевого спрейера с углом наклона струй от 0 до 45°.

Недостатками данного способа являются: ограничение температуры нагрева изделия до температуры фазовых превращений, что создает условия только теплового воздействия на создание сжимающих напряжений без упрочнения структуры изделия за счет фазовых превращений; ограничение возможности регулирования скорости и времени быстрого охлаждения. Недостатком установки являются ограниченные технологические возможности, не позволяющие осуществлять термопластическое упрочнение деталей с широким регулированием режимов. В стадии быстрого охлаждения время упрочнения определяется свободным падением упрочняемой детали в струйном потоке спрейера и может быть незначительно увеличено за счет его высоты. При охлаждении в спокойной жидкости детали располагаются в контейнере закалочного бака друг на друге внавал. Охлаждение поверхности деталей происходит неравномерно, что негативно сказывается на качестве термообработки.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение качества и производительности операции закалки пружинных клемм при их массовом производстве.

Технический результат достигается тем, что нагретую до температуры аустенизации пружинную клемму, быстро охлаждают в струйном потоке закалочной жидкости в интервале температур перлитного и мартенситного превращений до 80-120°С. В зависимости от конфигурации и размеров изделия скорость струйного потока устанавливается в диапазоне 5-15 м/с, удельный расход регулируется в диапазоне 20-60 см3/(см2·с) с обеспечением скорости охлаждения детали в интервале 100-600°С/с, а температура закалочной жидкости поддерживается в пределах 30-60°С.

Установка для закалки пружинных клемм включает насос высокого давления, накопительный бак, стабилизатор температуры, фильтр и охлаждающую камеру, в которой установлены спрейер, склиз и транспортер. На выходе спрейера установлена заслонка, соединенная с приводом, обеспечивающим открывание и закрывание заслонки по времени и ее вибрацию в закрытом положении. Внутреннее пространство спрейера повторяет конфигурацию пружинной клеммы с минимальным зазором, а транспортер обеспечивает окончательное охлаждение пружинных клемм в неподвижной закалочной жидкости и выгрузку из охлаждающей камеры.

Данная технология закалочного охлаждения клемм быстродвижущимся потоком закалочной жидкости в интервале температур перлитного и мартенситного превращений обеспечивает одинаковую скорость отвода тепла со всей поверхности пружинной клеммы и соответственно равномерную скорость охлаждения по сечению изделия. В поверхностном слое пружинных клемм образуются равномерные сжимающие напряжения в диапазоне 300-800 МПа в зависимости от применяемой марки стали. Указанные факторы обеспечивают получение требуемой микроструктуры стали и препятствуют образованию закалочных трещин. За счет выбора оптимальных режимов охлаждения предлагаемый способ позволяет повысить качество закалки пружинных клемм различной конфигурации, изготовленных из пружинных сталей разных марок. Время закалочного охлаждения составляет 5-7 с, что особенно важно при массовом производстве пружинных клемм. Поддержание в способе температуры закалочной жидкости в диапазоне 30-60°С, скорости потока закалочной жидкости 5-15 м/с и удельного расхода 20-60 см3/(см2·с) позволяет получить высокие скорости охлаждения изделия от 100 до 600°С/с при избыточном давлении в закалочном устройстве 0,5-1,5 атм и сравнительно простом охлаждении закалочной жидкости - с помощью воздушных калориферов.

Достоинством предлагаемой конструкции установки является равномерность охлаждения поверхности пружинной клеммы в месте контакта с заслонкой. Минимальный зазор в размере 3-15 мм между внутренней поверхностью спрейера и пружинной клеммой обеспечивает стабильность положения клеммы относительно струйного потока и, соответственно, высокую повторяемость процесса охлаждения от изделия к изделию.

Предлагаемый способ может быть реализован на установке, приведенной на фиг.1.

Установка содержит (см. Фиг.1) насос высокого давления 1, накопительный бак 2, стабилизатор температуры 3, фильтр 4, охлаждающую камеру 5, в состав которой входят плоский спрейер 6, заслонка 7, привод заслонки 8, склиз 9, транспортер 10, поддон 11. Внешний вид клеммы 12 приведен на фиг.2. На фиг.3 показано расположение отверстий 13 в боковых поверхностях спрейера 6.

Насос высокого давления 1 совместно с фильтром 4 и устройством стабилизации температуры закалочной жидкости 3 обеспечивают подачу очищенной от окалины и стабильной по температуре закалочной жидкости в спрейер 6. В боковых стенках спрейера 6 выполнены отверстия 13 диаметром ⌀1-4 мм, с шагом 1,5-5 мм, с углом наклона струй от 0 до 45°. Отверстия 13 располагаются по контуру пружинной клеммы 12. Внутреннее пространство спрейера 6 повторяет габаритную конфигурацию пружинной клеммы 12 с минимальным зазором 3-15 мм. Привод заслонки 8 обеспечивает открывание, закрывание заслонки 7 по времени и ее вибрацию в закрытом положении. Транспортер 10 осуществляет окончательное охлаждение пружинных клемм в неподвижной закалочной жидкости и выгрузку из охлаждающей камеры 5. Поддон 11 обеспечивает сбор переливающейся закалочной жидкости и подачу ее в фильтр 4.

Установка для закалки пружинных клемм рельсовых скреплений работает следующим образом. Разогретая до температуры 900°С пружинная клемма 12 попадает в плоский спрейер 6, в котором через отверстия подается закалочная жидкость из накопительного бака 2 насосом высокого давления 1. Температура охлаждающей жидкости поддерживается с помощью стабилизатора 3 равной 30-60°С, а давление в спрейере 6 - в пределах 0,5-1,5 атм, в зависимости от конфигурации и размеров пружинной клеммы 12. В спрейере 6 пружинная клемма 12 поддерживается снизу заслонкой 7, которая с помощью привода 8 одновременно вибрирует с частотой 5-20 Гц, тем самым, исключая постоянный контакт пружинной клеммы 12 с заслонкой 7. Время нахождения пружинной клеммы в спрейере устанавливается заранее приводом 8 в зависимости от ее конфигурации и размеров. После закалочного охлаждения пружинная клемма 12 поступает по склизу 9 на транспортер 10. Транспортер 10 перемещает пружинную клемму в неподвижной закалочной жидкости для окончательного охлаждения и выгружает клемму на операцию отпуска.

Предлагаемая конструкция установки обеспечивает реализацию способа закалки пружинных клемм в процессе их быстрого охлаждения в струйном потоке закалочной жидкости с требуемыми параметрами потока и в течение заранее заданного времени в зависимости от конфигурации и размеров пружинных клемм.

Пример. Предлагаемые способ и устройство реализованы в составе технологической линии по производству пружинных клемм рельсовых скреплений АРС-4 и ЖБР-65 на производственном предприятии ООО «Сфера 21» г.Воронеж.

Пружинная клемма рельсового скрепления ЖБР (Фиг.3), изготовленная из стального проката ⌀ 17 мм марки 60С2А, весом 940 г, нагретая до температуры 900°С, подается в плоский спрейер закалочной установки. Охлаждающий поток температурой 40°С формируется отверстиями спрейера диаметром 2,2 мм с шагом 4 мм, расположенными напротив контура клеммы (Фиг.3). Давление нагнетательного насоса поддерживается равным 4-5 атм, что обеспечивает удельный расход закалочной жидкости 40-45 см3/(см2·с) при давлении в спрейере 0,8-1,2 атм. Скорость охлаждения клеммы составляет 100-150°С/с. Время закалочного охлаждения составляет 5-7 с. Клемма удерживается в спрейере заслонкой, которая вибрирует с частотой 10 Гц и исключает постоянный контакт с заслонкой. После открытия заслонки изделие по склизу попадает на транспортер, лента которого движется со скоростью 20 мм/с. На транспортере располагаются 4 клеммы одновременно. Температура клемм, вышедших из охлаждающей камеры, составляет 44-46°С. Производительность закалочной установки 6 шт./мин. Указанные режимы подбирались на основе анализа макроструктуры клемм и микроструктуры образцов, вырезанных из закаленной клеммы. Экспериментальные исследования показывают, что при поддержании указанных режимов закалки обеспечиваются получение микроструктуры стали в соответствии с нормативной документацией и отсутствие закалочных трещин.

1. Способ закалки пружинных клемм рельсовых скреплений, включающий нагрев пружинной клеммы до температуры аустенизации и быстрое охлаждение в струйном потоке закалочной жидкости, отличающийся тем, что быстрое охлаждение осуществляют в интервале температур перлитного и мартенситного превращений, причем в зависимости от конфигурации и размеров изделия скорость струйного потока закалочной жидкости устанавливают в диапазоне 5-15 м/с, удельный расход регулируют в диапазоне 20-60 см3/(см2·с), с обеспечением скорости охлаждения детали в интервале 100-600°С/с, при этом температуру закалочной жидкости поддерживают в пределах 30-60°С.

2. Установка для закалки пружинных клемм рельсовых скреплений, содержащая насос высокого давления, накопительный бак, стабилизатор температуры, фильтр и охлаждающую камеру, в которой установлены спрейер, склиз и транспортер, отличающаяся тем, что на выходе спрейера установлена заслонка, соединенная с приводом, обеспечивающим открывание и закрывание заслонки по времени и ее вибрацию в закрытом положении, при этом внутреннее пространство спрейера повторяет габаритную конфигурацию пружинной клеммы с минимальным зазором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сборочному производству автомобилестроения. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности восстановлению упругих свойств пружин. .

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано в области машиностроения, в частности в устройствах для изготовления деталей подвесок транспортных средств.
Изобретение относится к области термомеханической обработки. .
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к восстановлению упругих свойств пружин. .

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к изготовлению пружинной стали. .

Изобретение относится к ремонтному производству, в частности к способам восстановления упругих свойств силовых пружин сжатия. .
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении многожильных пружин с заданными характеристиками. .
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных пружин из стали горячей навивкой. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении рессорных пружин грузовых вагонов из сталей пониженной и регламентированной прокаливаемости, которые также могут найти применение в тракторной и автомобильной промышленности.

Изобретение относится к термообработке стали, в частности к отжигу рулонных полос в колпаковых печах, и может быть использовано при производстве холоднокатаной стали для штамповки деталей сложной конфигурации.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в технологии термообработки холоднокатаных полос из низкоуглеродистых сталей, используемых в автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области упрочняющей обработки твердых сплавов инструментального назначения. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к электромеханической обработке деталей. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к электромеханической обработке деталей. .
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению сложных профилей проката в потоке непрерывных среднесортных станов. .
Изобретение относится к способам восстановления и упрочнения металлических внутренних поверхностей отверстий деталей. .
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для реализации процессов термической обработки деталей, к поверхности которых предъявляются особые требования.

Изобретение относится к способам плазменной обработки и может быть использовано для упрочнения локомотивных и вагонных колес из углеродистой марганцовистой стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для финишной термической обработки, совмещенной с правкой растяжением, труб прутков и профилей, в частности, из коррозионно-стойких сталей.

Изобретение относится к термообработке стали, в частности к отжигу рулонных полос в колпаковых печах, и может быть использовано при производстве холоднокатаной стали для штамповки деталей сложной конфигурации.
Наверх