CS253430B1

CS253430B1 - Surface hardening of metal parts with rotary symmetrical surfaces

Info

Publication number: CS253430B1
Application number: CS861822A
Authority: CS
Inventors: Jozef Dominik; Frantisek Skuta; Jiri Horyna
Original assignee: Jozef Dominik; Frantisek Skuta; Jiri Horyna
Priority date: 1986-03-15
Filing date: 1986-03-15
Publication date: 1987-11-12
Also published as: CS182286A1

Abstract

Povrchové kalenie rotačně symetrických ploch, najmá oběžných dráh valivých ložísk s čiarovým kontaktom pomocou luče, vysie- laného zdrojom koncentrovanéj energie (laser, elektronový lúč a i.). Podstata riešenia spočívá v tom, že energetický lúč má obdíž- nikový prierez s pomerom stráň a < b a dopadá na spracovávaný povrch tak, že stopa, vzniklá okamžitou expozíciou lúča a povrchu, zviera s površkou, rovnoběžnou s osou súčiastky uhol alfa — 2 až 80°. Spracováva- ná súčiastka zároveň rotuje okolo osi.Surface hardening of rotationally symmetrical surfaces, mostly orbits of rolling bearings with line contact by means of a beam, emitted by a source of concentrated energy (laser, electron beam, etc.). The essence of the solution is that the energy beam has an oblique cross-section with a slope ratio and impinges on the surface to be treated so that the trace formed by the instantaneous exposure of the beam and the surface to the surface, parallel to the axis of the component, is alpha-2 to 80 °. At the same time, the workpiece rotates around the axis.

Description

Vynález sa týká povrchového kalenia funkčných povrchov rotačně symetrických súčiastok, najmá oběžných dráh valivých ložísk s čiarovým kontaktom na zvýšenie ich odolnosti voči opotrebeniu.The invention relates to the surface hardening of the functional surfaces of rotationally symmetrical components, in particular the raceways of roller bearings with line contact, to increase their wear resistance.

Charakter únavového poškodzovania funkčných povrchov súčiastok namáhaných cyklickým kontaktným zaťažovaním, např. obežných dráh valivých ložísk si vyžaduje homogénne vlastnosti po celom povrchu charakterizované vysokou tvrdosťou. V súčasnosti sa to najčastejšie zabezpečuje buď celoobjemovým kalením v atmosférických a solných peciach alebo indukčným povrchovým kalením a popúšťaním na tvrdost cca 60 HRC. Sú známe aj případy aplikácie elektrónového alebo laserového lúča, ktorý pomocou špeciálnej techniky vykonává relativný spirálovitý, oscilačný alebo jednoduchý rotačný pohyb po spracovávanom povrchu.The nature of fatigue deterioration of the functional surfaces of components subjected to cyclic contact loading, eg roller bearings raceways, requires homogeneous properties throughout the surface characterized by high hardness. At present, this is most often ensured either by full-scale hardening in atmospheric and salt furnaces or by induction surface hardening and tempering to a hardness of about 60 HRC. There are also known instances of the application of an electron or laser beam which, by means of a special technique, performs a relative spiral, oscillating or simple rotary movement over the surface to be treated.

Uvedené spósoby tepelného spracovania majú niektoré nevýhody. U pecných agregátov je to vysoká spotřeba energie, potřeba kaliacich médií, nutnosť nadvázného popúšťania a vysoké deformácie. Rovnako u indukčného kalenia je nevyhnutné kaliace médium a vo vačšine prípadov aj popúšťanie. Všetky doposial' známe aplikácie laserového, resp. elektronového lúča na rotačne-symetrické povrchy majú spoločnú nevýhodu v nehomogénnych vlastnostiach spracovávaného· povrchu. Tieto nehomogenity, pre dané případy namáhania súčiastok škodlivé, so pri špirálovitom pohybe lúča prejavujú pravidelným striedaním oblasti o vysokej a nízkej tvrdosti a pri oscilačnom alebo rotačnom pohybe lúča úzkým pásom o nízkej tvrdosti v mieste ukončenia procesu. Tento úzký pás sa z hladiska životnosti súčiastok namáhaných na kontaktnú únavu prejavuje v tej najškodlivejšej podobě, pretože geometricky je stotožnený s kontaktnou plóškou.Said methods of heat treatment have some disadvantages. For furnace aggregates it is high energy consumption, need of hardening media, necessity of subsequent tempering and high deformation. In the case of induction hardening, hardening medium and in most cases tempering are also necessary. All previously known laser and laser applications are known. The electron beam on rotationally symmetrical surfaces has a common disadvantage in the non-homogeneous properties of the treated surface. These inhomogeneities, which are harmful to the stresses of the components in question, exhibit a regular alternation of the high and low hardness regions in the spiral motion of the beam and a narrow, low hardness zone at the end of the process in the oscillating or rotational motion of the beam. This narrow strip, in terms of the service life of components subjected to contact fatigue, manifests itself in the most harmful form because it is geometrically identified with the contact plate.

Uvedené nevýhody súčasného stavu techniky sa odstránia povrchovým kalením pomocou zdroja koncentrovanej energie ako je laser, elektronový lúč a i podlá vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že zvazok lúča, vysielaný od zdroja koncentrovaněji energie, má obdížnikový prierez s pomerom stráň a < b a je usměrněný na povrch rotujúcej súčiastky tak, že stopa vzniklá okamžitou expozíciou povrchu týmto zvázkom zvlera s površkou, rovnoběžnou s osou súčiastky uhol or = 2 až 80°.These disadvantages of the prior art are overcome by surface quenching using a concentrated energy source such as a laser, electron beam, and the present invention, wherein the beam bundle emitted from the more concentrated energy source has a rectangular cross-sectional area and is rectified on the surface of the rotating component, such that the trace resulting from the immediate exposure of the surface to this bundle extends with a surface parallel to the axis of the component, an angle of α = 2 to 80 °.

Výhodou povrchového kalenia laserom podlá vynálezu je to, že oproti konvenčným metodám kalenia sa dosiahne vyšších hodnot tvrdosti, zvýši sa otěruvzdornost a odolnost voči cyklickej kontaktnej únavě. Vzhladom k doposial známým aplikáciam lasera a elektronového lúča na kalenie sa obmedzí existencia makkých miest na spracovávanom povrchu. Ďalšou výhodou je to·, že fokusáciou laserového lúča na střed alebo okraje súčiastky sa dá kaliaci profil prispósobiť rozloženiu Hertzových napatí pri kontaktnom zařazovaní.The advantage of the laser surface hardening according to the invention is that higher hardness values, higher abrasion resistance and resistance to cyclic contact fatigue are achieved compared to conventional hardening methods. Because of the hitherto known laser and electron beam quenching applications, the existence of macroscopic spots on the surface to be treated is limited. Another advantage is that by focusing the laser beam on the center or edges of the component, the hardening profile can be adapted to the distribution of the Hertz stresses during the contact engagement.

Příklad prevedenia povrchového· kalenia podlá vynálezu je uvedený na obr. 1 v axonometrickom vyobrazení a na obr. 2 v podorysnom pohladu.An example of an embodiment of the surface hardening according to the invention is shown in Fig. 1 in an axonometric illustration and in Fig. 2 in a bottom view.

Laserový lúč 1 o potrebnej šírke dopadá na zrkadlo 2 s osou oi a odráža sa na vonkajší povrch krúžku 3, ktorý rotuje okolo osi 02. Přitom stopa s, vzniklá okamžitou expozíciou povrchu krúžku 3 laserovým lúčom 1 zviera s površkou p, rovnoběžnou s osou 02 uhol oř = 45^p.The laser beam 1 of the required width impinges on the mirror 2 with the axis o 1 and is reflected on the outer surface of the ring 3, which rotates about the axis 02. ø angle = 45 ^p .

Povrchové kalenie podlá vynálezu sa dá s výhodou použit napr. u vonkajších a vnútorných krúžkov valčekových, kuželíkových a ihlových ložísk, ďalej hriadelov, valivých teliesok s válcovým alebo kuželovým povrchom a i.The surface hardening according to the invention can be advantageously used, for example, in the outer and inner rings of cylindrical, tapered and needle bearings, as well as shafts, rolling elements with a cylindrical or conical surface and others.

Claims

SUBJECT

Surface hardening of rotationally symmetrical plots, in particular of roller bearings with line contact, by means of a beam emitted by a concentrated energy source, characterized in that the beam (1j of a rectangular cross-section with a ratio of a <= b is directed to the exposed surface) such that the trace (s) formed by the immediate exposure of the beam to the surface of the component (3) is an animal with a surface (pj) parallel to the axis of the component (02) at an angle α of -2 to 80 °;