RU2113338C1

RU2113338C1 - Apparatus for case hardening of complex-profile parts

Info

Publication number: RU2113338C1
Application number: RU96108085A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Алексеенко
Original assignee: Алексеенко Александр Федорович; Казаков Владимир Михайлович
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: case hardening of parts and tools by combination method. SUBSTANCE: deformation hardening of cams by ironing is realized due to microalloying worked surface by means of laser irradiation along working track. In order to perform such operations apparatus includes actuating mechanisms having ram-holders with hardeners. One of said ram-holder has cooling jacket, focusing lens and lightguide connected with laser. Another ram-holder is provided with metering device and vibration hopper for feeding alloying elements onto worked surface through central duct and slit jet of indenter. Third ram-holder is provided with indenter for engaging with surface to be hardened. EFFECT: improved design. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к металлообрабатывающей финишной технологии, в частности к комбинированным методам упрочнения поверхностей деталей с подводом в зону обработки разнородных по своему воздействию энергоносителей. The invention relates to a metalworking finishing technology, in particular to combined methods of hardening the surfaces of parts with the supply to the processing zone of energy carriers heterogeneous in their effect.

Известны устройства и способы для поверхностного комбинированного упрочнения деталей и инструмента (авт. св. СССР N 1174232, кл. B 24 B 1/04; N 1260090, кл. B 21 H 5/02; N 1556882, кл. B 24 B 31/067; N 1620277, кл. B 24 B 1/04 и др.). Существенным технологическим резервом повышения эффективности поверхностного упрочнения является наряду с механическим наклепом, -0 насыщение тонкого поверхностного слоя антифрикционным материалами типа: чистая медь, дисульфид молибдена (MoS₂) и др., которые существенно увеличивают противоизносные свойства поверхностей трения. При этом наиболее эффективным методом в данном направлении упрочняющей технологии является насыщение тонкого поверхностного слоя легирующими элементами в условиях мощных импульсных или непрерывных тепловых нагрузок от лазерного излучения (Миркин Л.И. Известия ВУЗов, серия Черная металлургия, N 2, 1971; Жуков А.Л., Кокора А.Н. Упрочнение чугунных деталей излучением ОКГ, ФХММ, N 1, 1975; Рэди Дж. Действие мощного излучения. М.: Мир, 1974 и др.) Теория и практика упрочнения путем насыщения металлической поверхности легирующими элементами в условиях лазерного излучения в сочетании с механическим силовым выглаживающим воздействием, в случае комбинированной упрочняющей обработки, например, с использованием работы устройства для упрочняющей обработки деталей (авт.св. СССР N 1447648, кл. B 24 B 39/00, 1988), значительно увеличивает эффективность упрочняющей операции. Ввиду того, что на характер формирования упрочненного слоя доминирующее влияние оказывает равномерность и сфокусированность энергии лазерного луча, то упрочнение не осесимметричных деталей типа кулачков распределительно-управляющих механизмов, затылованных поверхностей режущего инструмента в результате дефокусировки (ΔF) луча лазера малоэффективна. Поэтому в качестве прототипа принято устройство (авт. св. СССР N 1447648), снабженное следящей гидрокопировальной системой управления движением исполнительных механизмов (содержащие оправки с упрочнителями) по эквидистанте профиля кулачка в результате чего исключается вышеуказанная дефокусировка.Known devices and methods for combined surface hardening of parts and tools (ed. St. USSR N 1174232, class B 24 B 1/04; N 1260090, class B 21 H 5/02; N 1556882, class B 24 B 31 / 067; N 1620277, CL B 24 B 1/04, etc.). Along with mechanical hardening, -0 saturation of a thin surface layer with antifriction materials of the type: pure copper, molybdenum disulfide (MoS ₂ ), etc., which significantly increase the antiwear properties of friction surfaces, is a significant technological reserve for increasing the surface hardening efficiency. In this case, the most effective method in this direction of strengthening technology is the saturation of a thin surface layer with alloying elements under the conditions of powerful pulsed or continuous thermal loads from laser radiation (Mirkin LI Izvestia VUZov, Ferrous Metallurgy Series, N 2, 1971; A. Zhukov ., Kokora AN Hardening of cast iron parts by radiation from laser, FHMM, N 1, 1975; Radi J. The action of powerful radiation. M .: Mir, 1974 and others) The theory and practice of hardening by saturation of a metal surface with alloying elements in a laser radiation in combination with a mechanical smoothing effect, in the case of combined hardening treatment, for example, using the work of a device for hardening processing of parts (ed. St. USSR N 1447648, class B 24 B 39/00, 1988), significantly increases the efficiency hardening operation. Due to the fact that the uniformity and focusing of the laser beam energy dominates the nature of the formation of the hardened layer, hardening of non-axisymmetric parts such as cams of distribution-control mechanisms, backed surfaces of the cutting tool as a result of defocusing (ΔF) of the laser beam is ineffective. Therefore, as a prototype, a device was adopted (ed. St. USSR N 1447648) equipped with a tracking hydrocopy system for controlling the movement of actuators (containing mandrels with hardeners) on the equidistant cam profile, as a result of which the aforementioned defocusing is eliminated.

Задача изобретения - повышение эффективности упрочняющей обработки кулачков, путем введения микролегирования обрабатываемой поверхности в условиях лазерного излучения по следу обработки. The objective of the invention is to increase the efficiency of hardening processing of the cams, by introducing microalloying of the treated surface in the conditions of laser radiation following the treatment.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для упрочнения сложнопрофильных деталей, преимущественно кулачков распределительно-управляющих механизмов, содержащее основание, кронштейн с направляющими, планшайбы, гидрокопировальные узлы с исполнительными механизмами, каждый из которых включает плунжер - обойму с упрочнителем, плунжер-обойма одного из исполнительных механизмов снабжена объективом с фокусирующей цилиндрической оптикой, соединенным посредством световода с рабочим блоком оптического квантового генератора (ОКГ), а другой снабжена державкой с деформирующим индентором и щелевидным каналом, при этом контактная зона индентора соизмерима с шириной кулачка, а плунжер-обойма объектива соединена с рабочим блоком ОКГ посредством телескопических патрубков и шарово-шарнирной муфты с расположенным внутри одной из полумуфт зеркалом. Предложенное устройство в комплексе с лазерным оборудованием на твердотельном лазере типа: "Квант-16" с активным элементом работающем как в импульсном так и в непрерывных режимах, обеспечивает более высокую эффективность упрочняющей операции кулачков распредвала в результате микролегирования его рабочих поверхностей одним из элементов: Cr, Al, W, Co в зависимости от материала его изготовления (чугун или сталь). The specified technical result is achieved by the fact that in the device for hardening complex parts, mainly cams of distribution-control mechanisms, containing a base, an arm with guides, faceplates, hydrocopy units with actuators, each of which includes a plunger - holder with hardener, one plunger-holder of the actuators is equipped with a lens with a focusing cylindrical optics connected by a fiber to the working unit of the optical quantum g a nerator (OKG), and the other is equipped with a holder with a deforming indenter and a slit-like channel, the contact zone of the indenter is commensurate with the width of the cam, and the plunger-holder of the lens is connected to the working unit of the OKG through telescopic tubes and a ball-joint coupling located inside one of the half-couplings a mirror. The proposed device in combination with laser equipment based on a solid-state laser of the type: "Quantum-16" with an active element operating both in pulsed and continuous modes, provides higher efficiency of the hardening operation of the cam cam as a result of microalloying of its working surfaces with one of the elements: Cr, Al, W, Co, depending on the material of its manufacture (cast iron or steel).

На фиг. 1 представлено устройство (полуконструктивная схема) общий вид; на фиг. 2 - то же, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, разрез Б-Б (увеличен) на фиг. 1. In FIG. 1 shows a device (semi-structural scheme) general view; in FIG. 2 is the same, view A in FIG. one; in FIG. 3 is the same, section BB (enlarged) in FIG. one.

Устройство состоит из основания 1 с кронштейнами 2 и 3 и направляющими скалками 4, которые образуют в сборе базовую корпусную деталь. На направляющих скалках 4 установлены с возможностью перемещения и фиксации планшайбы 5 и 6. The device consists of a base 1 with brackets 2 and 3 and guide rolling pins 4, which form an assembly of the base body part. On the guide rolling pins 4 are installed with the ability to move and fix the faceplate 5 and 6.

Обрабатываемая деталь 7 установлена в центрах и соединена с приводом ее вращения. The workpiece 7 is installed in the centers and connected to the drive of its rotation.

На планшайбе 5 размещены гидрокопировальные механизмы 8, а на планшайбе 6 - исполнительные механизмы 9, каждый из которых состоит; из корпуса 10 гидроцилиндра с крышкой 11; двух штуцеров 12 со шлангами; цапфы 13, выполненной заодно с корпусом 10, посредством которой корпус 10 кинематически связан с радиальным поршнем 14 гидроцилиндра 15, включающего два штуцера 12 со шлангами, подключенными к магистралям 16, 17 (показаны на гидросхеме фиг. 1). On the faceplate 5 there are hydrocopy mechanisms 8, and on the faceplate 6 - actuators 9, each of which consists; from the cylinder body 10 with a cover 11; two fittings 12 with hoses; pin 13, made integral with the housing 10, through which the housing 10 is kinematically connected with the radial piston 14 of the hydraulic cylinder 15, including two fittings 12 with hoses connected to the lines 16, 17 (shown in the hydraulic circuit of Fig. 1).

В корпусе 10 каждого гидроцилиндра размещены плунжер-обоймы 18, 19, 20 (плунжер-обойма 20 аналогична 19, - не показана). Каждая из плунжер-обойм выполнена за одно с поршнем 21. In the housing 10 of each hydraulic cylinder there are plunger clips 18, 19, 20 (plunger holder 20 is similar to 19, not shown). Each of the plunger clips made in one with the piston 21.

Плунжер-обойма 18 содержит: охлаждающую рубашку 22, цилиндрическую оптику 23, вмонтированную в корпус плунжер-обоймы 18 (в дальнейшем называемую "объектив"). При этом световод, соединяющий оптический квантовый генератор 24 (ОКГ) с объективом содержит телескопический патрубок 25, и шарово-шарнирную муфту 26 с зеркалом внутри одной из полумуфт. Кроме указанных элементов 25 и 26 ОКГ включает: активный элемент, отражатель, лампы накачки, зеркала резонатора и световод с объективом и элементами изменения пути лазерного пучка. The plunger-holder 18 contains: a cooling jacket 22, a cylindrical optics 23 mounted in the housing of the plunger-holder 18 (hereinafter referred to as the "lens"). In this case, the optical fiber connecting the optical quantum generator 24 (OCG) to the lens contains a telescopic pipe 25, and a ball-joint coupling 26 with a mirror inside one of the coupling halves. In addition to the indicated elements 25 and 26, the laser includes: an active element, a reflector, pump lamps, resonator mirrors and a fiber with a lens and elements for changing the path of the laser beam.

Плунжер-обойма 19 с поршнем 21 выполняет функцию оправки с упрочнителем 27 с деформирующим наконечником 28 (материал: минералокерамика марок: ЦМ332; ОНТ-20 или ВОК-60) цилиндрической формы в контактной зоне и по ширине, совпадающей с шириной кулачка распредвала 7. По центру плунжер-обоймы 19 и упрочнителя 27 выполнен центральный канал, который переходит в щелевидное сопло, а с противоположного торца канал плунжер-обоймы 19 (державки) соединен посредством штуцера 29 и шланга с дозатором 30 и вибробункером 31, заполненным одним из легирующих элементов (Cr, Al, W, Co и др.) в виде порошка. The plunger-holder 19 with the piston 21 performs the function of a mandrel with a hardener 27 with a deforming tip 28 (material: mineral-ceramic grades: TsM332; ONT-20 or VOK-60) of a cylindrical shape in the contact zone and in width that matches the width of the cam cam 7. a central channel is made to the center of the plunger holder 19 and hardener 27, which passes into a slit-like nozzle, and from the opposite end the channel of the plunger holder 19 (holder) is connected via a fitting 29 and a hose with a dispenser 30 and a vibratory hopper 31 filled with one of the alloying elements (Cr , Al, W, Co, etc.) in the form of a powder.

Плунжер-обойма 20 с поршнем 21 также представляет собой державку с упрочнителем 32 и деформирующим наконечником 33 (материал: минералокерамика). The plunger-holder 20 with the piston 21 is also a holder with a hardener 32 and a deforming tip 33 (material: mineral-ceramic).

Основание 1 устройства закреплено на раме 34, в нижней части которой размещен маслоблок с мотор-насосом с гидроарматурой и пуско-регулирующей распределительной электро-гидроаппаратурой. Остальные узлы и детали соответствуют прототипу. The base 1 of the device is mounted on a frame 34, in the lower part of which there is an oil block with a motor pump with hydraulic fittings and a start-and-control distribution electro-hydraulic equipment. The remaining components and parts correspond to the prototype.

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемую деталь 7 закрепляют в центрах и посредством поводка соединяют с приводом вращения. Включают в работу систему охлаждения объектива 18, оптический квантовый генератор 24; устанавливают в зависимости от материала упрочняемой детали и легирующего элемента мощность теплового излучения лазерного пучка. Включают в работу вибробункер 31 с дозатором 30 и настраивают их на подачу порошка легирующего элемента в рабочую зону деформации с соответствующей настройкой усилия (P_н) на наконечники 28 и 32 (усилие выбирается исходя из пробных проходов и экспресс-анализа качества обработанной поверхности. В остальном настройка и обработка детали 7 аналогична прототипу.The device operates as follows. The workpiece 7 is fixed in the centers and connected to the rotation drive by a leash. Turn on the cooling system of the lens 18, the optical quantum generator 24; depending on the material of the hardened part and the alloying element, the thermal radiation power of the laser beam is set. The vibro-hopper 31 with the dispenser 30 is turned on and tuned to supply the alloying element powder to the deformation working zone with the appropriate force setting (P _n ) for the tips 28 and 32 (the force is selected based on test passes and express analysis of the quality of the treated surface. setting and processing of part 7 is similar to the prototype.

Предложенное устройство в комплексе с лазерным оборудованием обеспечивает более высокую эффективность упрочняющей обработки сложнопрофильных поверхностей типа кулачков распределительных валов и затылованных поверхностей металлорежущего инструмента, что в целом повышает их противоизностные свойства в работе с контртелом. The proposed device in combination with laser equipment provides higher efficiency of hardening of complex-profile surfaces such as camshafts and backed surfaces of metal-cutting tools, which generally increases their anti-life properties in working with the counterbody.

Claims

1. Device for hardening complex parts, mainly cams of distribution and control mechanisms, containing brackets placed on the base with guides bearing mounted on them with the ability to adjust the movement of the faceplate, hydrocopied units and actuators placed on the faceplate, including plunger clips with hardeners, characterized the fact that it is equipped with an optical quantum generator located in a plunger holder of one of the versions equipped with a cooling jacket mechanisms with cylindrical optics for controlling the laser beam, including a focusing lens and a fiber connecting the lens with a quantum generator, as well as a dispenser and a vibro-hopper for supplying alloying elements to the surface to be treated, connected to another actuator made with a longitudinal central channel passing into the slot nozzle located obliquely to the longitudinal axis of the channel, while indentors are installed in actuators unconnected with the quantum generator action with the treated surface.

2. The device according to claim 1, characterized in that the contact zone of the indenter with the surface being machined is commensurate with the width of the cam.

3. The device according to claim 1, characterized in that the optical fiber connecting the quantum generator to the optical lens of the plunger holder is made in the form of telescopically mounted nozzles and a ball-joint coupling consisting of two coupling halves, in one of which a mirror is placed.