Pierwszenstwo: Opublikowano: 5.1.1972 64245 KI. 18 c, 9/32 MKP C 21 d, 9/32 Wspóltwórcy wynalazku: Józef Porowski, Cezary Kopczynski Wlasciciel patentu: Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa (Polska) Sposób indukcyjnego hartowania sruby pociagowej i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób hartowania sru¬ by pociagowej i urzadzenie do stosowania tego sposobu w zakresie indukcyjnego hartowania powierzchniowego, w celu zwiekszenia wytrzymalosci eksploatacyjnej po¬ wierzchni roboczych gwintu o dowolnym ksztalcie.Sruby pociagowe, a zwlaszcza sruby kulkowe, stoso¬ wane miedzy innymi w nowoczesnych obrabiarkach pre¬ cyzyjnych pracuja w warunkach analogicznych do wa¬ runków pracy biezni lozysk, a zwlaszcza biezni lozysk tocznych, w zwiazku z czym wymaga sie, aby po¬ wierzchnie plaszczyzn roboczych mialy wysoka twar¬ dosc i wykazywaly male zuzycie.W zakresie technologii powierzchniowego hartowania indukcyjnego dazy sie do dopasowania ksztaltu nagrze¬ wajacych wzbudników do ksztaltu powierzchni harto¬ wanego przedmiotu w celu unikniecia wplywu, jaki ma zmiana odleglosci miedzy powierzchnia nagrzewana i wzbudnikiem na intensywnosc nagrzewania. Z tego samego wzgledu konieczne jest zapewnienie aby ww odleglosc nie zmieniala sie w czasie hartowania.Dopasowanie powierzchni wzbudnika do powierzchni hartowanej napotyka w praktyce na duze trudnosci, gdyz jest ono najczesciej zwiazane z koniecznoscia stosowa¬ nia malych szczelin miedzy wzbudnikiem i powierzch¬ nia nagrzewana. W przypadku malych szczelin dotrzy¬ manie obowiazujacego warunku niezmiennosci szczeli¬ ny podczas hartowania uzaleznione jest nie tylko od roz¬ wiazania mechanizmów podajacych ale równiez od zmian wymiarów jakim podlegaja przedmioty obrabiane w czasie ich nagrzewania i chlodzenia. 15 20 25 30 Znany jest sposób hartowania indukcyjnego srub po¬ legajacy na postepowym nagrzewaniu powierzchni rowka gwintu sruby przy ograniczeniu strefy grzania do nie¬ wielkiego odcinka obwodu przy czym nagrzewanie za¬ chodzi magnetycznym polem zewnetrznym wzbudnika pod powierzchnia cieczy chlodzacej, w której sruba jest zanurzona.Sruba przesuwa sie ruchem obrotowo-postepowym, zgodnie ze skokiem gwintu sruby, a otaczajacy ja osro¬ dek chlodzacy chlodzi nagrzana powierzchnie gwintu.Sposób taki jest niekorzystny ze wzgledów energetycz¬ nych. Wymaga on stosowania duzych gestosci mocy grzewczej, ze wzgledu na silne odbieranie ciepla z kaz¬ dej strony nagrzewanej strefy, a nie tylko tam, gdzie chlodzenie jest niezbedne ze wzgledów technologicznych, to znaczy na stronie, po której strefa nagrzana podlega przemianie martenzytycznej. Poza tym jak wiadomo grzanie polem zewnetrznym wzbudnika przebiega ze sto¬ sunkowo niska sprawnoscia elektryczna nagrzewania, co równiez powoduje koniecznosc pokrycia dodatkowych strat.Znany jest równiez sposób plomieniowego hartowania srubowych elementów — slimaków. I w tym przypadku zastosowano, podobnie jak w sposobie opisanym uprzed¬ nio, wymuszony ruch srubowy slimaka. Nagrzewanie za¬ chodzi równiez na malym wycinku obwodu dwoma pal¬ nikami skierowanymi na dwie scianki tej samej nitki gwintu. Sposób ten jest dostosowany do hartowania ele¬ mentów o stosunkowo duzych gabarytach i nie zapewnia zahartowania dna rowka gwintu. €42453 64245 4 Celem wynalazku jest uzyskanie sposobu hartowania oraz urzadzenia do hartowania, które zapewnia równo¬ miernie rozlozona warstwe zahartowana wylacznie na powierzchni roboczej sruby przy minimalnych odksztal¬ ceniach hartowniczych oraz maksymalnej sprawnosci i wydajnosci procesu.Hartowanie postepowe sruby, wedlug wynalazku, od¬ bywa sie w oparciu o podobnie skoordynowany ruch obrotowo-postepowy, jak w opisanych wyzej przykla¬ dach, natomiast rózni sie sposobem nagrzewania i chlo¬ dzenia hartowanej strefy. Podczas hartowania sruba na¬ pedzana dowolnym znanym sposobem, na przyklad za pomoca silnika wolnoobrotowego, przesuwa sie wzgle¬ dem wzbudnika i natryskiwacza ruchem srubowym tak, jakby wkrecala sie w nieruchoma nakretke.Dla zwiekszenia dokladnosci ustawienia wzbudnika i niezmiennosci szczeliny miedzy wzbudnikiem i po¬ wierzchnia sruby przewidziano dodatkowo kompensacje niewielkich zmian wymiarów sruby spowodowanych wplywem rozszerzalnosci cieplnej i przemian struktural¬ nych. Kompensacje uzyskano przez zamocowanie pola¬ czonych sztywno ze soba wzbudnika i natryskiwacza na uchylnym uchwycie. Uchwyt moze wykonywac niewiel¬ kie ruchy w kierunku trzech osi przestrzennego ukladu wspólrzednych. Uchylny uchwyt jest zablokowany pod¬ czas wprowadzania sruby do wzbudnika, a nastepnie po rozblokowaniu uchwyt jest prowadzony bezluzowo po powierzchni sruby za pomoca wspornika opartego bli¬ sko wzbudnika na powierzchni gwintu. Przed wyjeciem sruby ze wzbudnika uchwyt zostaje powtórnie zabloko¬ wany, co uniemozliwia zmiane polozenia uchwytu po wyprowadzeniu sruby.W sposobie wedlug wynalazku srube nagrzewa sie w obszarze rowka gwintu, w przyblizeniu wzdluz jednego zwoju sruby. Umozliwia to zastosowanie do nagrzewa¬ nia, wewnetrznego pola magnetycznego wzbudnika. Wy¬ dluzenie strefy nagrzewanej poprawia sprawnosc oraz zwieksza wydajnosc hartowania. Wybrana dlugosc na¬ grzewanego rowka, równa w przyblizeniu jednemu zwo¬ jowi sruby, zapewnia optymalne warunki nagrzewania.W przypadku zmniejszenia tej dlugosci zmniejsza sie sprawnosc nagrzewania, natomiast zwiekszenie dlugosci strefy grzanej powoduje, ze na pewnej dlugosci nitka gwintu jest nagrzewana obustronnie. W nastepstwie ta¬ kiego obustronnego nagrzewania uzyskuje sie niekorzy¬ stne podwyzszenie temperatury i przegrzanie nitki gwin¬ tu na wskros.W zastosowanym sposobie hartowania sprawnosc zwieksza sie nie tylko ze wzgledu na uzycie pola wew¬ netrznego wzbudnika do nagrzewania sruby, ale równiez przez zastosowanie chlodzenia natryskowego skierowa¬ nego na rowek gwintu sasiedni wzgledem rowka nagrze¬ wanego, lezacy za rowkiem nagrzewanym, a wiec tylko tam, gdzie chlodzenie jest niezbedne ze wzgledów tech¬ nologicznych. Chlodzenie zapewnia prawidlowy przebieg przemiany martenzytycznej w strefie uprzednio nagrza¬ nej oraz zabezpiecza przed odpuszczeniem warstwy za¬ hartowanej przez cieplo przenikajace od strefy nagrzanej pod wzbudnikiem. Natomiast rowek gwintu sasiedni wzgledem rowka nagrzewanego ale lezacy przed wzbud¬ nikiem pozostaje nie chlodzony, co zmniejsza straty ciepla.Wzbudnik wedlug wynalazku do stosowania sposobu nagrzewania rowka gwintu wzdluz jednego zwoju sruby ma ksztalt rozcietego pierscienia srubowego, do którego konców sa zamocowane przewody doprowadzajace prad wielkiej czestotliwosci. Ma on srednice wewnetrzna mniejsza od srednicy zewnetrznej sruby, a nieco wieksza od srednicy rdzenia sruby. Krawedz grzewcza wzbudnika jest dopasowana ksztaltem do powierzchni rowka gwin¬ tu, dzieki czemu unika sie przegrzewania wierzcholków gwintu i zapewnia równomierny rozklad warstwy zahar¬ towanej na powierzchni rowka gwintu. Przewody dopro¬ wadzajace prad oraz pierscien wzbudnika sa chlodzone przeplywajaca w nich woda. Bezposrednio za wzbudni¬ kiem wzdluz jednego obwodu rowka gwintu umieszczo¬ no natryskiwacz zalewajacy ten rowek ciecza chlodzaca.Urzadzenie wedlug wynalazku jest zilustrowane na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urza¬ dzenie z hartowana sruba pociagowa, a fig. 2 — sche¬ matyczny obraz zahartowanej warstwy powierzchniowej.Urzadzenie sklada sie z polaczonych ze soba sztywno w dowolny znany sposób wzbudnika 1, natryskiwacza 2 i elementu wsporczego 3, przy czym wzbudnik 1 i na¬ tryskiwacz 2 sa ustawione kolejno po sobie w odleglosci równej skokowi linii srubowej obrabianej cieplnie sru¬ by 4 z tym ze poczatek natryskiwacza 2 jest ustawiony bezposrednio za koncem wzbudnika 1.Wzbudnik 1 jest wykonany w postaci zwoju pierscie¬ nia srubowego, rozcietego w poprzek dla przymocowa¬ nia zaczepów pradowych, o ksztalcie zblizonym do za¬ rysu gwintu i o srednicy wewnetrznej mniejszej od srednicy zewnetrznej sruby 4, przy czym skok jego linii srubowej jest równy w przyblizeniu skokowi obrabianej cieplnie sruby.Natryskiwacz 2 umieszczony o jeden skok linii sru¬ bowej za wzbudnikiem 1 jest wykonany w postaci albo ciaglego pierscienia srubowego, wewnatrz pustego, za¬ opatrzonego w otwory i5 albo tez w postaci pewnej licz¬ by oddzielnych, polaczonych wspólnym przewodem na- tryskiwaczy, których wyloty musza znajdowac sie na li¬ nii srubowej o skoku równym w przyblizeniu skokowi gwintu sruby 4, z tym jednak, aby liczba ich zapewniala ciagly strumien cieczy chlodzacej na chlodzonym obwo¬ dzie sruby. Poczatek pierscienia chlodzacego lub pierw¬ szy natryskiwacz musza byc tak umocowane, aby chlo¬ dzenie nastepowalo bezposrednio za koncem strefy grzania wzbudnika 1.Element wsporczy 3 przeznaczony do prowadzenia uchwytu urzadzenia po gwincie sruby sklada sie z przy¬ najmniej jednego, a korzystnie dwóch elementów wspor- czych, wykonanych najkorzystniej w postaci kólek obro¬ towych zamocowanych w dowolny znany sposób i opar¬ tych na powierzchni hartowanego gwintu sruby, których powierzchnia toczna jest dopasowana do zarysu gwintu sruby 4, dla umozliwienia utrzymywania podczas eks¬ ploatacji urzadzenia koniecznej przy obróbce niezmien¬ nosci szczelin pomiedzy zarysem gwintu a wzbudni¬ kiem 1 i natryskiwaczem 2.Urzadzenie zamocowane uchylnie na podawarce w sposób zapewniajacy latwa eksploatacje, polaczone jest elektrycznie z generatorem pradu wielkiej czestotliwosci oraz z doplywem wody chlodzacej wzbudnik i doplywem cieczy chlodzacej hartowana srube.Dla przeprowadzenia hartowania wedlug wynalazku wkreca sie srube 4 w otwór utworzony przez srubowy pierscien wzbudnika, tak, aby element wsporczy 3 oparl sie na powierzchni gwintu. Rozblokowuje sie wahliwy uchwyt wzbudnika. Nastepnie wlacza sie przeplywy wo¬ dy i cieczy chlodzacej. Po ustawieniu w przekladni pred- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 64245 6 kosci obrotowej, najkorzystniejszej dla danej srednicy sruby 4 i wymaganej grubosci warstwy zahartowanej wlacza sie prad wielkiej czestotliwosci do wzbudnika 1 i naped zespolu poruszajacego elementy podajace poda- warki. Kazdy punkt gwintu sruby po zatoczeniu kata objetego wzbudnikiem w obszarze grzania wzbudnika 1 wchodzi w obszar chlodzenia. Element wsporczy 3 swo¬ ja obwodowa powierzchnia obiegowa reguluje podczas hartowania odstepy miedzy powierzchnia wzbudnika 1 i natryskiwacza 2 a powierzchnia gwintu sruby 4.Sruba po przejsciu obróbki w urzadzeniu wedlug wy¬ nalazku posiada równomiernie rozlozona warstwe za¬ hartowana, pokazana schematycznie na fig. 2, przy czym czesc czolowa gwintu, jako nie pracujaca moze byc nie zahartowana. PL