PL240972B1

PL240972B1 - Narzędzie do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu i sposób kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu

Info

Publication number: PL240972B1
Application number: PL423967A
Authority: PL
Inventors: Jan Burek; Ihor Hurey
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2022-07-04
Also published as: PL423967A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu podczas wysokoprędkościowego tarcia powierzchni narzędzia po powierzchni obrabianej (5) przedmiotu prowadzi się z jednoczesnym doprowadzaniem płynu technologicznego do strefy obróbki. W pierwszym etapie narzędzie z rowkami poprzecznymi (4) prowadzi się po powierzchni obrabianej (5) przedmiotu tak, że powierzchnia narzędzia styka się z powierzchnią obrabianą (5) przedmiotu, a następnie, w drugim etapie, w miejscu występowania na narzędziu rowka poprzecznego (4) przerywa się styk narzędzia z powierzchnią obrabianą (5), po czym etapy powtarza się. Zgłoszenie obejmuje też narzędzie do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu, które ma postać tarczy (2) z otworem bazowym (3) w postaci stożka Morse'a. Na powierzchni obwodowej tarczy (2) umieszczone są rowki poprzeczne (4). Szerokość rowka poprzecznego (4) jest większa od szerokości strefy (c) styku narzędzia z powierzchnią obrabianą (5) przedmiotu. Ilość rowków poprzecznych (4) jest równa stosunkowi długości obwodu tarczy (2) do iloczynu szerokości rowka poprzecznego (4) i współczynnika 10÷20.

Description

PL 240 972 BI

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu i sposób kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu, które stosowane są zwłaszcza do wzmacniania powierzchni ze stali i żeliwa.

Z publikacji Babej Ju. I. pt.: „Podstawy fizyczne wzmacniania impulsowego stali i żeliwa”, Kijów, Naukowa Dumka, 1988, znane jest kształtowanie nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotów w procesie intensywnej termoplastycznej deformacji podczas wysokroprędkościowego tarcia narzędzia po powierzchni obrabianej. Podczas wysokoprędkościowego tarcia w strefie styku narzędziepowierzchnia obrabiana i następnego wysokoprędkościowego chłodzenia warstwy wierzchniej zachodzi nagrzewanie warstwy wierzchniej przedmiotu do temperatur powyżej punktu przemian fazowych.

Z opisu wzoru użytkowego UA 42155 U znane jest natomiast narzędzie do formowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu, które to narzędzie ma postać tarczy stalowej z gładką powierzchnią roboczą. Narzędzie wykonane jest ze stopu tytanu albo ze stali nierdzewnej. Posiada ono otwór bazowy w postaci stożka Morse’a. W tarczy wykonane są otwory, w których zamontowane są trzpienie zwrócone do wewnątrz kołnierzami, przy czym trzpienie wykonane są ze stali o twardości 52-55 HRC. Ilość trzpieni jest równa stosunkowi obwodu tarczy do iloczynu średnicy trzpienia i współczynnika 3+5:

π-D n =-------(34-5/iZ gdzie: D - średnica zewnętrzna tarczy;

d - średnica trzpienia.

To znane narzędzie ma jednak skomplikowaną budowę i jest mało wydajne. Podczas prowadzenia wzmacniania powierzchni tym narzędziem istnieje ciągły styk roboczej powierzchni tego narzędzia z powierzchnią obrabianą, a w punkcie tego styku powstaje źródło energii cieplnej.

Celem wynalazku było opracowanie nowego sposobu kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej powierzchni warstwy wierzchniej przedmiotu i narzędzia do jego realizacji.

Narzędzie do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu mające postać tarczy, wykonanej ze stopu tytanu albo ze stali nierdzewnej, z gładką powierzchnią roboczą oraz z otworem bazowym o kształcie stożka Morse’a, trapezowym w przekroju wzdłużnym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na powierzchni obwodowej tarczy ma rowki poprzeczne w stosunku do długości jego powierzchni roboczej, które w przekroju poprzecznym są V-kształtne, a ich ilość zależy wprost proporcjonalnie od iloczynu liczby π i średnicy zewnętrznej tarczy oraz odwrotnie proporcjonalnie od szerokości rowka poprzecznego i współczynnika 10+20.

Korzystnie szerokość rowka poprzecznego jest większa od szerokości strefy styku narzędzia.

Sposób kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu podczas wysokoprędkościowego tarcia powierzchni narzędzia do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu po powierzchni obrabianej przedmiotu z jednoczesnym doprowadzaniem płynu technologicznego do strefy obróbki, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie narzędzie z rowkami poprzecznymi w stosunku do długości jego powierzchni roboczej, zamocowane do wrzeciona szlifierki, prowadzi się po powierzchni obrabianej przedmiotu z prędkością od 60 do 80 m/s i stosuje się docisk powierzchni roboczej narzędzia do powierzchni obrabianej przedmiotu o sile od 300 do 1200 N tak, że powierzchnia robocza narzędzia styka się z powierzchnią obrabianą przedmiotu, a następnie, w drugim etapie, w miejscu występowania na narzędziu rowka poprzecznego przerywa się styk narzędzia z powierzchnią obrabianą, po czym etapy powtarza się.

Stosowanie nowego sposobu kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu i nowego narzędzia do stosowania tego sposobu, umożliwia impulsowanie strumienia energii cieplnej w strefie styku narzędzia z powierzchnią obrabianą. Dzięki temu, że w strefie tej działają impulsy energii cieplnej uderzeniowego odkształcenia plastycznego, uzyskuje się zwiększenie grubości utwardzonej warstwy wierzchniej, polepszenie parametrów jakości powierzchni obrabianej oraz zwiększenie wytrzymałości na zużycie utwardzonych powierzchni przedmiotów. Zastosowanie narzędzia z naciętymi rowkami poprzecznymi na jego części roboczej, podczas wzmacniania tarciowego w strefie styku narzędzia z powierzchnią obrabianą powoduje powstawanie dodatkowych naprężeń uderzeniowych. Podczas przemieszczania rowka w strefie styku narzędzia z powierzchnią obrabianą, styk pomiędzy

PL 240 972 BI nimi jest przerywany między kolejnymi częściami gładkimi, przez co powstaje uderzeniowe odkształcenie warstwy wierzchniej. Taka konstrukcja powierzchni roboczej umożliwia wielokrotne powtarzanie procesu odkształcenia warstwy wierzchniej, co pozwala otrzymać wysoki stopień odkształcenia. W warstwie wierzchniej kształtuje się nanokrystaliczna warstwa biała z polepszonymi właściwościami fizyko-mechanicznymi. Podczas stosowania sposobu według wynalazku uzyskuje się zmniejszenie mocy zużywanej w procesie obróbki.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia narzędzie do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu z naciętymi rowkami poprzecznymi na powierzchni obwodowej tarczy w widoku z przodu, fig. 2 - rowek poprzeczny w widoku powiększonym, fig. 3 - to samo narzędzie w widoku z boku z wyrwaniem na otwór bazowy, natomiast fig. 4 - to samo narzędzie przylegające do przedmiotu w widoku z przodu.

Narzędzie 1 do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu, będące przedmiotem wynalazku, w przykładzie wykonania na fig. 1, ma postać tarczy 2 z otworem bazowym 3 w postaci stożka Morse’a, mającym, w przekroju wzdłużnym, kształt trapezu i wykonane jest ze stopu tytanu albo ze stali nierdzewnej. Na powierzchni obwodowej tarczy 2 są rowki poprzeczne 4 w stosunku do jej długości powierzchni roboczej, których ilość jest określona z zależności:

xD n = ------:— (104-20)·/ gdzie: D - średnica zewnętrzna tarczy;

I - szerokość rowka poprzecznego, przy czym I = (10 + 20) c, gdzie c - szerokość strefy styku narzędzia z powierzchnią obrabianą.

Szerokość styku narzędzia z powierzchnią obrabianą wyznaczana jest ze wzoru:

F przy czym b gdzie: Ei, E2 - moduł sprężystości materiału obrabianego i narzędzia;

b - szerokość powierzchni roboczych narzędzi;

R - promień narzędzia;

F - siła nacisku narzędzia do powierzchni obrabianej.

Szerokość rowka poprzecznego 4 na powierzchni roboczej narzędzia 1 jest większa od szerokości styku narzędzia 1 z powierzchnią obrabianą 5 przedmiotu. Rowek poprzeczny 4 jest w przekroju poprzecznym V-kształtny.

Podczas realizacji sposobu kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu według wynalazku, w przykładzie realizacji narzędzie 1 mocuje się bezpośrednio na stożku wrzeciona szlifierki i prowadzi się tarcie powierzchni roboczej narzędzia 1 po powierzchni obrabianej 5, przedmiotu wykonanego ze stali i żeliwa, z prędkością 60-80 m/s. W pierwszym etapie narzędzie 1 z rowkami poprzecznymi 4 prowadzi się po powierzchni obrabianej 5 przedmiotu tak, że powierzchnia robocza narzędzia 1 styka się z powierzchnią obrabianą 5 przedmiotu. W drugim etapie, w miejscu występowania na narzędziu rowka poprzecznego 4, przerywa się styk narzędzia 1 z powierzchnią obrabianą 5 przedmiotu. W strefie styku narzędzia 1 z powierzchnią obrabianą 5 przedmiotu obserwuje się lokalne nagrzewanie warstwy wierzchniej przedmiotu do temperatury 900-1200 K. Do strefy obróbki doprowadza się płyn technologiczny, który odprowadza ciepło od powierzchni obrabianej 5 przedmiotu. Podczas przemieszczania części gładkiej roboczej narzędzia 1 po powierzchni obrabianej 5 przedmiotu, strefę styku narzędzia 1 z powierzchnią obrabianą 5 przedmiotu obciąża się siłą 300-1200 N, z którą naciska się narzędzie 1 do powierzchni obrabianej 5 przedmiotu. Podczas przemieszczania rowka poprzecznego 4 po powierzchni obrabianej 5 przedmiotu obrabianego strefę styku narzędzia 1 z powierzchnią obrabianą 5 przedmiotu obciąża się siłą równą zero. Podczas wchodzenia w styk kolejnego elementu gładkiego powierzchni roboczej narzędzia 1 z powierzchnią obrabianą 5 przedmiotu, powstają uderzeniowe naprężenia, które powodują zwiększenie odkształceń plastycznych w warstwie wierzchniej przedmiotu. Rowki poprzeczne 4 ułatwiają również doprowadzenie płynu technologicznego do strefy styku i polepszają parametry jakości powierzchni obrabianej 5 przedmiotu.

Claims

PL 240 972 BI Stosowanie sposobu kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu i narzędzia do stosowania tego sposobu pozwala na uzyskanie warstwy wierzchniej o większej grubości i mniejszej chropowatości w porównaniu z warstwami otrzymanymi znanymi sposobami oraz z zastosowaniem znanych narzędzi. Typ narzędzia Twardość, GPa Grubość warstwy, pm Chropowatość powierzchni Ra, pm Z gładką powierzclmią 10,0 280 2,2 Z trzpieniami 11,5 310 1,2 Z rowkami poprzecznymi 11,5 350 0,8

1. Narzędzie do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu mające postać tarczy wykonanej ze stopu tytanu albo ze stali nierdzewnej, z gładką powierzchnią roboczą oraz z otworem bazowym o kształcie stożka Morse’a, trapezowym w przekroju wzdłużnym, znamienne tym, że na powierzchni obwodowej tarczy (2) ma rowki poprzeczne (4) w stosunku do długości jego powierzchni roboczej, które w przekroju poprzecznym są V-kształtne, a ich ilość zależy wprost proporcjonalnie od iloczynu liczby π i średnicy zewnętrznej tarczy (2) oraz odwrotnie proporcjonalnie od szerokości rowka poprzecznego (4) i współczynnika 10 + 20.

1 - narzędzie

2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że szerokość rowka poprzecznego (4) jest większa od szerokości strefy styku narzędzia (1)

2 - tarcza

3 - otwór bazowy

4 - rowki poprzecze

5 - powierzchnia obrabiana

Wykaz oznaczeń

I - szerokość rowka c - szerokość strefy styku

F - siła

D - średnica zewnętrzna b - szerokość powierzchni roboczej

R - promień

Zastrzeżenia patentowe

3. Sposób kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu podczas wysokoprędkościowego tarcia powierzchni narzędzia do kształtowania nanokrystalicznej utwardzonej warstwy wierzchniej przedmiotu określonego w zastrz. 1 po powierzchni obrabianej przedmiotu z jednoczesnym doprowadzaniem płynu technologicznego do strefy obróbki, znamienny tym, że w pierwszym etapie narzędzie (1) z rowkami poprzecznymi (4) w stosunku do długości jego powierzchni roboczej, zamocowane do wrzeciona szlifierki, prowadzi się po powierzchni obrabianej (5) przedmiotu z prędkością od 60 do 80 m/s i stosuje się docisk powierzchni roboczej narzędzia (1) do powierzchni obrabianej (5) przedmiotu o sile od 300 do 1200 N tak, że powierzchnia robocza narzędzia (1) styka się z powierzchnią obrabianą (5) przedmiotu, a następnie, w drugim etapie, w miejscu występowania na narzędziu rowka poprzecznego (4) przerywa się styk narzędzia z powierzchnią obrabianą (5), po czym etap powtarza się.