Способ эрозионно-лучевого упрочнения поверхностей металлических деталей и устройство для его использования

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для упрочнения поверхностей металлических деталей, например пар трения. Способ эрозионно-лучевого упрочнения поверхности металлической детали включает одновременное электроэрозионное нанесение с помощью электрода-инструмента на поверхность детали гранул износостойкого сплава, нанесение микропорошка вязкого материала слоем, толщина которого не превышает размеров упомянутых гранул, и оплавление микропорошка путем лучевого нагрева. Положение осей перемещаемых электрода-инструмента и луча совмещают в зоне оплавления микропорошка, в которой измеряют температуру окончания оплавления, причем количество подаваемого микропорошка регулируют давлением подающего его газа, формирующего лучевой нагрев, а излишки микропорошка направляют в сборник микропорошка. Устройство содержит корпус, выполненный с возможностью перемещения и имеющий узлы поворота для настройки осей установленных на нем сопла для подачи микропорошка в зону упрочнения, электрода-инструмента для электроэрозионного упрочнения и дифференциального датчика измерения температуры в зоне оплавления микропорошка, и регулятор для измерения скорости перемещения корпуса с соплом, электродом-инструментом и дифференциальным датчиком, причем электрод-инструмент подключен к генератору импульсов, а к соплу подключен источник лучевой энергии, при этом на выходе из зоны упрочнения детали под углом к вектору подачи микропорошка с возможностью поворота установлен отражатель, обеспечивающий перемещение излишнего микропорошка в сборник для его подачи в зону упрочнения через датчик расхода микропорошка регулятора давления газа в сопле. Отражатель выполнен из вязкого материала и углублен в сборник микропорошка для исключения потерь микропорошка. Техническим результатом является повышение износостойкости поверхностей металлических деталей, снижение трудоемкости и энергозатрат процесса упрочнения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для эрозионно-лучевого упрочнения поверхностей металлических деталей, например пар трения.

Известен по книге [2, с. 25] способ электроэрозионного нанесения износостойкого твердого сплава. К недостаткам способа относится большая шероховатость поверхности (до 200 мкм), необходимость последующих трудоемких чистовых операций, что снижает толщину износостойкого слоя, требует дополнительных затрат на чистовую обработку.

Известен по книге [3, с. 80-81] способ плазменного напыления тонких слоев высокой твердости со сплошностью 80-90% с предварительным подогревом заготовки. К недостаткам способа относится необходимость трудоемкого предварительного удаления с поверхности неровностей, определяющих уровень упрочнения, устранение несплошности покрытия, излишние затраты на удаление неровностей и предварительный подогрев заготовки.

Известен способ по книге [1, с. 346-351], включающий электроэрозионное нанесение электродом-инструментом на поверхность детали гранул износостойкого сплава, с использованием микропорошка, при лучевом нагреве и оплавлении слоя порошка [1, с. 351]. При этом размеры микропорошка используют от 40 до 160 мкм.

К недостаткам способа относится [1, с. 346] увеличение шероховатости поверхности покрытия за счет крупных частиц порошка, что требует трудоемкого снижения неровностей, сложной трудоемкой и энергоемкой подготовки поверхности под покрытие [1, с. 350], образование [1, с. 350] валиков высотой до 3,2 мм, что снижает износостойкость упрочненного слоя.

Известна установка по книге [1, с. 352], включающая корпус, электрод-инструмент, сопло для подачи в зону упрочнения микропорошка, изготавливаемую деталь, источник лучевой энергии, сборник микропорошка.

К недостаткам устройства относится неконтролируемая подача порошка, вызывающая появление участков с неравномерным слоем упрочнения, потери дорогостоящего порошка, сдуваемого потоком плазмообразующего газа, ограничения по твердости и износостойкости рекомендуемых присадок, отсутствие возможности контролируемого механического выравнивания слоя порошка с сохранением на упрочняемой поверхности вершин гранул износостойкого покрытия, наносимого электроэрозионным упрочнением, высокие затраты энергии на разогрев и оплавление порошка, наносимого в холодном виде на поверхность детали.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение износостойкости поверхностей металлических деталей, снижение трудоемкости и энергозатрат процесса упрочнения.

Данный технический результат достигается с помощью способа эрозионно-лучевого упрочнения поверхности металлической детали, включающего одновременное электроэрозионное нанесение с помощью электрода-инструмента на поверхность детали гранул износостойкого сплава, нанесение микропорошка вязкого материала слоем, толщина которого не превышает размеров упомянутых гранул, и оплавление микропорошка путем лучевого нагрева. При этом положение осей перемещаемых электрода-инструмента и луча совмещают в зоне оплавления микропорошка, в которой измеряют температуру окончания оплавления, причем количество подаваемого микропорошка регулируют давлением подающего его газа, формирующего лучевой нагрев, а излишки микропорошка направляют в сборник микропорошка.

Устройство для эрозионно-лучевого упрочнения поверхности металлической детали содержит корпус, выполненный с возможностью перемещения и имеющий узлы поворота для настройки осей установленных на нем сопла для подачи микропорошка в зону упрочнения, электрода-инструмента для электроэрозионного упрочнения и дифференциального датчика измерения температуры в зоне оплавления микропорошка, и регулятор для измерения скорости перемещения корпуса с соплом, электродом-инструментом и дифференциальным датчиком. Причем электрод-инструмент подключен к генератору импульсов, а к соплу подключен источник лучевой энергии. При этом на выходе из зоны упрочнения детали под углом к вектору подачи микропорошка с возможностью поворота установлен отражатель, обеспечивающий перемещение излишнего микропорошка в сборник для его подачи в зону упрочнения через датчик расхода микропорошка регулятора давления газа в сопле, причем отражатель выполнен из вязкого материала и углублен в сборник микропорошка для исключения потерь микропорошка.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 и 2 приведены пояснения к предлагаемым способу и устройству. На фиг. 1 показана схема выполнения упрочнения и элементы устройства для использования способа. На фиг. 2 показано положение осей сопла, электрода-инструмента и дифференцированного датчика температуры при получении упрочненного износостойкого поверхностного слоя металлической детали.

На корпусе 1 (фиг. 1) установлено сопло 2 для подачи газа 3 под давлением Pr, электрод-инструмент 4 из износостойкого материала, дифференциальный датчик 5 измерения температуры в зоне упрочнения металлической детали 6. Сопло 2, электрод-инструмент 4, дифференциальный датчик 5 имеют в корпусе 1 узлы поворота 7, 8, 9 для настройки осей сопла 2, электрода-инструмента 4 и дифференциального датчика 5 на упрочняемой поверхности металлической детали 6. К электроду-инструменту 4 и металлической детали 6 подключен электроэрозионный генератор импульсов 10. К соплу 2 и металлической детали 6 подключен источник лучевой энергии 11 (например, технологический лазер). При электроэрозионном упрочнении формируются гранулы 12 (фиг. 2), которые покрывают на высоту гранул 12 слоем микропорошка 13, после чего образуется оплавленный поверхностный слой 14. Для одновременного действия всех этапов упрочнения необходимо настраивать устройство так, чтобы оси 15 сопла 2, 16 электрода-инструмента 4 и ось 17 дифференциального датчика 5 совместились в точке оплавления микропорошка 13 на поверхности металлической детали 6. Скорость перемещения корпуса 1 с соплом, электродом-инструментом 4 и дифференциальным датчиком 5 изменяется регулятором 18.

Микропорошок 13 после прохождения над металлической деталью 6 ударяется в отражатель 19 (фиг. 1) и под углом α перемещается в сборник 20 микропорошка 13, который проходит через датчик 21 расхода микропорошка регулятора 22 давления газа в сопле 2 и поступает в зону упрочнения металлической детали 6.

Способ осуществляют следующим образом.

Подбирают твердый износостойкий материал (например, твердый сплав) для электрода-инструмента 4, подбирают состав газа (например, аргона) и устанавливают размеры гранул 12 при рекомендуемых режимах электроэрозионного упрочнения (см. например, книгу М.Э. Бутовского «Нанесение покрытий и упрочнение материалов концентрированными потоками энергии», часть 1. Электроэрозионное упрочнение: техника и технология. М.: ИКФ «Каталог», 1998-340 с.). Выбирают марку и размер микропорошка 13 (например, никель, имеющий высокую вязкость). При выборе микропорошка 13 следует выбирать его величину, меньшую по сравнению с толщиной слоя 14. Сочетание твердых гранул и вязких микропорошков обеспечивает минимальные коэффициенты трения деталей и повышает их износостойкость. После этого настраивают датчик 21 и регулятор 22 на давление газа Pr (3), при котором микропорошок 13 полностью заполняет пространство между гранулами 12, но не закрывает их (фиг 2). Настраивают положение осей 15 сопла 2, 16 электрода-инструмента 4 и 17 датчика 5 путем поворота этих деталей относительно осей 7, 8, 9 (фиг. 2). Включают регулятор 18 перемещения корпуса 1 с соплом 2, электродом-инструментом 4 (Vэ) и дифференциальным датчиком 5. Подключают генератор импульсов 10 для электроэрозионного упрочнения и источник лучевой энергии 11. По мере необходимости корректируют показания датчиков 5, 21.

Поворачивают отражатель 19 в положение, при котором угол α обеспечивает перемещение всего излишнего микропорошка 13 в сборник микропорошка 20, для чего углубляют нижнюю часть отражателя 19 в сборник микропорошка 20 до исключения инерционного выноса микропорошка 13 из сборника микропорошка 20.

Наличие одновременного нагрева гранул 12 микропорошка 13 обеспечивает минимальные затраты энергии на процесс без существенного охлаждения слоя в период его образования, исключает необходимость подогрева детали перед воздействием луча, а исключение перестановки детали 6 снижает время обработки.

Пример осуществления способа.

Необходимо упрочнить направляющую станка из стали 45 с получением твердости по Виккерсу не ниже 4000 и с шероховатостью поверхности не более Ra=1,25 мкм. Толщина покрытия из твердого сплава ВК6 до 100 мкм. В качестве микропорошка выбран никель Н4 с микрочастицами размером 10 мкм. Установка включает электроэрозионное упрочнение на ЭИЛ-25, источник лучевой энергии, дискретный датчик.

Скорость перемещения корпуса при упрочнении - 5 мм/с, скорость подачи порошка - 0,2 г/с. После обработки получена поверхность с шероховатостью 1,2-1,1 мкм, твердостью по Виккерсу 4500-5000.

Исследование покрытия на установке для измерения трения показало, что износостойкость покрытия возросла на порядок по сравнению с закалкой, трудоемкость операции снизилась в 1,5-2,0 раза, а затраты энергии на подогрев заготовки - в 8-10 раз.

Используемая литература

1. «Наукоемкие технологии в машиностроении» / Под ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2012, 528 с.

2. «Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов». В 2 Т., Т. 1/Под ред. В.П. Смоленцева. М.: Высшая школа, 1983-247 с.

3. «Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов». В 2 Т., Т. 2/Под ред. В.П. Смоленцева. М.: Высшая школа, 1983-208 с.

1. Способ эрозионно-лучевого упрочнения поверхности металлической детали, включающий одновременное электроэрозионное нанесение с помощью электрода-инструмента на поверхность детали гранул износостойкого сплава, нанесение микропорошка вязкого материала слоем, толщина которого не превышает размеров упомянутых гранул, и оплавление микропорошка путем лучевого нагрева, при этом положение осей перемещаемых электрода-инструмента и луча совмещают в зоне оплавления микропорошка, в которой измеряют температуру окончания оплавления, причем количество подаваемого микропорошка регулируют давлением подающего его газа, формирующего лучевой нагрев, а излишки микропорошка направляют в сборник микропорошка.

2. Устройство для эрозионно-лучевого упрочнения поверхности металлической детали, содержащее корпус, выполненный с возможностью перемещения и имеющий узлы поворота для настройки осей установленных на нем сопла для подачи микропорошка в зону упрочнения, электрода-инструмента для электроэрозионного упрочнения и дифференциального датчика измерения температуры в зоне оплавления микропорошка, и регулятор для измерения скорости перемещения корпуса с упомянутыми соплом, электродом-инструментом и дифференциальным датчиком, причем электрод-инструмент подключен к генератору импульсов, а к соплу подключен источник лучевой энергии, при этом на выходе из зоны упрочнения детали под углом к вектору подачи микропорошка с возможностью поворота установлен отражатель, обеспечивающий перемещение излишнего микропорошка в сборник для его подачи в зону упрочнения через датчик расхода микропорошка регулятора давления газа в сопле, причем отражатель выполнен из вязкого материала и углублен в сборник микропорошка для исключения потерь микропорошка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига или легирования полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к системе печати для формирования трехмерного объекта (варианты) и способу формирования трехмерного объекта. Лазерный источник света генерирует когерентный пучок видимого света посредством стимулированного рамановского рассеяния.

Изобретение относится к области обработки материалов лазерным лучом, а именно к лазерной оптической головке. Лазерная оптическая головка содержит наружный неподвижный корпус (1) и внутренний подвижный корпус (3) с соплом (4).

Изобретение относится к способу лазерного упрочнения полой металлической заготовки. Посредством локального переплава, механической и химической обработкой подготавливают заготовку необходимых размеров в диапазоне (длина×радиус×толщина) от 100×10×2 мм до 1000×1000×12 мм из перлитных, бейнитных или мартенситных закаливающихся сталей марок 30ХГСА, 35ХГСА и пр.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть применимо для производства труб с использованием технологии лазерной сварки. Способ подготовки стыка кромок трубной заготовки под лазерную сварку включает подготовку разделки кромок листа, сборку трубной заготовки, размещение между кромками присадочного металлического материала в качестве вставки.

Изобретение относится к лазерному плазмотрону для осаждения композитных алмазных покрытий и может быть использовано в машиностроении, в химической и электронной промышленности, в атомной энергетике.

Изобретение относится к способам сварки продольных швов труб большого диаметра, применяемых преимущественно для строительства магистральных нефтепроводов и газопроводов, а также водоканалов и тепловых сетей.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки. Формируют сварочную ванну одновременно электрической дугой и лазерным лучом путем расплавления металла присадочного материала в защитной среде, состоящей из инертного и активного компонентов.

Изобретение относится к способу двухлучевой лазерной сварки алюминиевых сплавов и конструкционных сталей и может найти применение в различных отраслях машиностроения, в частности при сварке изделий в камере сварки с инертным газом.

Изобретение относится к способу и оборудованию для наплавки металлической детали (202) турбореактивного двигателя летательного аппарата, содержащей множество подлежащих наплавке металлических частей (203, 204).

Изобретение относится к способу восстановления частично удаленного упрочненного ионным азотированием слоя стальной детали. Проводят электроэрозионное легирование графитовым электродом (ЦЭЭЛ) с энергией разряда, при которой зона термического влияния при легировании не превышает толщины остатка поверхностного слоя стальной детали, упрочненного упомянутым ионным азотированием.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при нанесении искусственной шероховатости на поверхности деталей, используемых в аэрокосмической отрасли, в частности на прямых участках каналов охлаждения теплонагруженной детали - оболочки, входящей в состав камеры сгорания ракетного двигателя.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и ионному азотированию поверхностей стальных деталей.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки внутренних поверхностей каналов детали. Обеспечивают вибрацию с частотой 20-30 Гц корпуса контейнера, содержащего токопроводящие стальные шарики для возвратно-поступательного движения последней через каналы детали.

Изобретение относится к комбинированным методам разделения металлов. Способ включает струйную обработку с использованием свободного абразива и анодное растворение припуска, при этом в качестве абразива используют нетокопроводящие абразивные гранулы, на которые наращивают слой льда из электролита толщиной не менее высоты выступания граней абразива, при этом абразивные гранулы со слоем льда из электролита подают на разделяемый материал, подключенный к положительному полюсу источника тока, водяной струей через смесительную камеру, которая подключена к отрицательному полюсу источника тока.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при стабилизации геометрии деталей за счет выравнивания остаточных напряжений в их поверхностном слое, в том числе при сложной форме участка обработки.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении резьбы на деталях, работающих при знакопеременных нагрузках и в условиях абразивной среды.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления и упрочнения инструмента для чистовой обработки осесимметричных деталей, например мелкомодульных твердосплавных долбяков.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении резьбы на деталях, работающих при знакопеременных нагрузках и в условиях абразивной среды.

Изобретение относится к области восстановления деталей и ремонта агрегатов машин и может быть использовано на ремонтно-технических предприятиях при восстановлении интегральных рулевых механизмов с гидроусилителем руля.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению порошка титана, и может быть использовано в авиа- и ракетостроении, в кораблестроении.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для упрочнения поверхностей металлических деталей, например пар трения. Способ эрозионно-лучевого упрочнения поверхности металлической детали включает одновременное электроэрозионное нанесение с помощью электрода-инструмента на поверхность детали гранул износостойкого сплава, нанесение микропорошка вязкого материала слоем, толщина которого не превышает размеров упомянутых гранул, и оплавление микропорошка путем лучевого нагрева. Положение осей перемещаемых электрода-инструмента и луча совмещают в зоне оплавления микропорошка, в которой измеряют температуру окончания оплавления, причем количество подаваемого микропорошка регулируют давлением подающего его газа, формирующего лучевой нагрев, а излишки микропорошка направляют в сборник микропорошка. Устройство содержит корпус, выполненный с возможностью перемещения и имеющий узлы поворота для настройки осей установленных на нем сопла для подачи микропорошка в зону упрочнения, электрода-инструмента для электроэрозионного упрочнения и дифференциального датчика измерения температуры в зоне оплавления микропорошка, и регулятор для измерения скорости перемещения корпуса с соплом, электродом-инструментом и дифференциальным датчиком, причем электрод-инструмент подключен к генератору импульсов, а к соплу подключен источник лучевой энергии, при этом на выходе из зоны упрочнения детали под углом к вектору подачи микропорошка с возможностью поворота установлен отражатель, обеспечивающий перемещение излишнего микропорошка в сборник для его подачи в зону упрочнения через датчик расхода микропорошка регулятора давления газа в сопле. Отражатель выполнен из вязкого материала и углублен в сборник микропорошка для исключения потерь микропорошка. Техническим результатом является повышение износостойкости поверхностей металлических деталей, снижение трудоемкости и энергозатрат процесса упрочнения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Наверх