RU2152445C1

RU2152445C1 - Plasma treatment apparatus

Info

Publication number: RU2152445C1
Application number: RU99104380A
Authority: RU
Inventors: М.-Э.Х. Исакаев; А.С. Тюфтяев; А.Э. Яблонский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АГНИ-К"
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: equipment for plasma treatment of railway wheels. SUBSTANCE: plasmotron has working gas flow converter whose end surface conforms with that of working part of ridge and rounded-off surface of wheel. Slit-shaped opening of converter in area conjugating with ridge working surface has constant width and in ridge and rounded-off junction area it is made smoothly widened. Slit-shaped opening is extending over converter surface. Such shape of opening allows surface under process to be uniformly heated for producing strengthened surface of railway wheel. EFFECT: increased efficiency and improved quality of railway wheels. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к плазменной обработке изделий, в частности к устройствам для плазменного упрочнения железнодорожных колес. The invention relates to plasma processing of products, in particular to devices for plasma hardening of railway wheels.

Известно устройство для плазменной поверхностной закалки (1) плазмотроном с секционированной межэлектродной вставкой. A device for plasma surface hardening (1) with a plasma torch with a sectioned interelectrode insert.

Недостатком известного устройства является невозможность его использования для упрочнения железнодорожных колес с получением обработанной поверхности, имеющей однородные свойства по износостойкости и контактно-усталостной выносливости. A disadvantage of the known device is the impossibility of its use for hardening railway wheels to obtain a machined surface having uniform properties in terms of wear resistance and contact fatigue endurance.

Известно устройство для закалки широкой полосой, в котором применено переменное магнитное поле для увеличения линейного размера струи в одном направлении. Горение дуги происходит в щели, которой заканчивается выходной электрод и по которой анодное пятно перемещается под действием магнитного поля (2). Устройство может использоваться только для плоских поверхностей, а потому не применимо для упрочнения рабочей поверхности гребня железнодорожного колеса, включая выкружку. A device for hardening with a wide strip is known, in which an alternating magnetic field is applied to increase the linear size of the jet in one direction. Arc burning takes place in a gap with which the output electrode ends and along which the anode spot moves under the influence of a magnetic field (2). The device can be used only for flat surfaces, and therefore it is not applicable for hardening the working surface of the rail wheel flange, including fillet.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству для плазменной обработки является устройство для плазменной обработки изделия, содержащее систему подачи рабочего газа, электроды, один из которых выполнен выходным с внутренним каналом, и щель для выхода рабочего газа. Устройство снабжено преобразователем потока рабочего газа, соединенным с выходным электродом и образующим с ним общий внутренний канал переменного сечения. Торцевая поверхность преобразователя потока рабочего газа выполнена по форме обрабатываемого изделия, а щель выхода рабочего газа образована выходным отверстием преобразователя. The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed device for plasma processing is a device for plasma processing of the product, containing a working gas supply system, electrodes, one of which is made with an outlet with an internal channel, and a slot for the outlet of the working gas. The device is equipped with a working gas flow transducer connected to the output electrode and forming a common internal channel of variable cross section with it. The end surface of the working gas flow transducer is made in the form of the workpiece, and the working gas outlet slit is formed by the outlet of the transducer.

Известное устройство позволяет обрабатывать изделие, имеющее сложную конфигурацию поверхности, однако из-за выходного отверстия преобразователя в виде простой прямоугольной щели трудно получить обработанную поверхность с однородными прочностными свойствами, в частности у гребней железнодорожных колес. The known device allows you to process the product having a complex surface configuration, however, due to the outlet of the transducer in the form of a simple rectangular slit, it is difficult to obtain a treated surface with uniform strength properties, in particular at the crests of railway wheels.

Поэтому целью изобретения является создание устройства плазменной обработки, позволяющее упрочнить рабочую поверхность гребня железнодорожного колеса, включая выкружку, с получением упрочненной поверхности, имеющей однородные свойства по износостойкости и контактно-усталостной выносливости по всей обработанной поверхности. Therefore, the aim of the invention is to provide a plasma treatment device that allows to strengthen the working surface of the rail wheel flange, including the fillet, to obtain a hardened surface having uniform properties in terms of wear resistance and contact fatigue endurance over the entire treated surface.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство для плазменной обработки содержит выходной электрод с внутренним каналом, преобразователь рабочего газа с торцевой поверхностью, выполненной по форме обрабатываемого изделия, и каналом, образующим с упомянутым внутренним каналом электрода внутренний канал и щелевое отверстие. Торцевая поверхность преобразователя в соответствии с настоящим изобретением выполнена по форме рабочей части гребня с выкружкой железнодорожного колеса, причем щелевое отверстие в области, соответствующей рабочей поверхности гребня, выполнено с постоянной шириной, а в области перехода гребня в выкружку и в области выкружки оно выполнено плавно расширяющимся. Щелевое отверстие расположено по образующей поверхности преобразователя. The essence of the invention lies in the fact that the device for plasma processing comprises an output electrode with an internal channel, a working gas converter with an end surface made in the shape of the workpiece, and a channel forming an internal channel and a slot hole with the said internal channel of the electrode. The end surface of the Converter in accordance with the present invention is made in the form of the working part of the ridge with the fillet of the railway wheel, and the slot hole in the region corresponding to the working surface of the ridge is made with a constant width, and in the region of the ridge transition into the fillet and in the fillet region it is made smoothly expanding . The slotted hole is located along the generatrix of the transducer.

В предложенном устройстве для плазменной обработки соотношение размеров ширины щели в зоне гребня и наибольшей ширины щели в зоне выкружки составляет 1,5 - 2, а соотношение высоты канала преобразователя к длине щелевого отверстия также равно 1,5 - 2,5. In the proposed device for plasma processing, the ratio of the dimensions of the width of the slit in the crest zone and the largest width of the slit in the fillet zone is 1.5 - 2, and the ratio of the height of the converter channel to the length of the slot hole is also 1.5 - 2.5.

На фиг. 1. показан общий вид устройства; на фиг. 2 - вид по стрелке А поз.5. In FIG. 1. shows a general view of the device; in FIG. 2 - view along arrow A pos. 5.

Устройство содержит систему подачи рабочего газа 1, изоляторы 2, электроды 3 и 4. Электрод 4 является выходным. Устройство имеет преобразователь 5 потока рабочего газа с торцевой поверхностью 6, выполненной по форме обрабатываемого изделия, т. е. упрочняемого железнодорожного колеса. Поскольку необходимо упрочнять не всю поверхность колеса, а только ее часть, т.е. содержащей рабочую часть гребня 7 и выкружку 8, то торцевая поверхность 6 преобразователя потока выполнена по форме рабочей части гребня с выкружкой железнодорожного колеса. Щелевое отверстие в области, соответствующей рабочей поверхности гребня 7, выполнено с постоянной шириной, а в области перехода гребня 7 в выкружку 8 и в области выкружки 8 - плавно расширяющимся. Щелевое отверстие расположено по образующей поверхности преобразователя 5. The device comprises a working gas supply system 1, insulators 2, electrodes 3 and 4. The electrode 4 is an output. The device has a converter 5 of the flow of working gas with an end surface 6 made in the form of a workpiece, i.e., a hardened railway wheel. Since it is necessary to strengthen not the entire surface of the wheel, but only its part, i.e. containing the working part of the ridge 7 and the fillet 8, the end surface 6 of the flow Converter is made in the form of the working part of the ridge with the fillet of the railway wheel. The slit hole in the region corresponding to the working surface of the ridge 7 is made with a constant width, and in the region of transition of the ridge 7 to the fillet 8 and in the region of the fillet 8 is smoothly expanding. The slot hole is located on the generatrix surface of the transducer 5.

Такая форма выходного отверстия преобразователя 5 позволяет распределить тепловой поток плазменной струи и направить его в зону выкружки 8 железнодорожного колеса. Наиболее оптимальным является соотношение размеров ширины щели в зоне гребня и наибольшей ширины щели в зоне выкружки 1,5 - 2,5, так как при соотношении, меньшем 1,5, ухудшается распределение теплового потока плазменной струи по длине щели, а при соотношении, большем 2,5, возможно захолаживание зоны гребня. This shape of the outlet of the Converter 5 allows you to distribute the heat flux of the plasma jet and direct it into the area of the fillet 8 of the railway wheel. The most optimal is the ratio of the dimensions of the width of the slit in the crest zone and the largest width of the slit in the fillet zone of 1.5 - 2.5, since with a ratio less than 1.5, the distribution of the heat flux of the plasma jet along the length of the slit deteriorates, and with a ratio greater 2.5, it is possible to cool the crest zone.

Наиболее оптимальным в отношении равномерного распределения теплового потока плазменной струи является и соотношение высоты канала преобразователя к длине щелевого отверстия, равное 1,5 - 2,5. The ratio of the height of the transducer channel to the length of the slotted hole equal to 1.5 - 2.5 is most optimal with respect to the uniform distribution of the heat flux of the plasma jet.

Устройство работает следующим образом. Одним из известных способов возбуждается электрическая дуга между электродами 3 и 4. Рабочий газ последовательно проходит через разрядный промежуток, выходной электрод 4 и преобразователь потока 5 и производит нагрев рабочей поверхности обрабатываемого железнодорожного колеса. В процессе обработки преобразователь 5 устанавливают с зазором ~ 2 мм относительно обрабатываемой поверхности. Вследствие относительного перемещения колеса и плазмотрона происходит обработка всего колеса. The device operates as follows. One of the known methods is an electric arc is excited between the electrodes 3 and 4. The working gas sequentially passes through the discharge gap, the output electrode 4 and the flow transducer 5 and produces heating of the working surface of the railway wheel being processed. During processing, the transducer 5 is installed with a gap of ~ 2 mm relative to the surface to be treated. Due to the relative movement of the wheel and the plasma torch, the entire wheel is processed.

Описанная форма выходного щелевого отверстия позволяет равномерно разогреть обрабатываемую поверхность и получить упрочненную поверхность железнодорожного колеса с однородными прочностными свойствами. The described shape of the exit slit hole allows you to evenly heat up the work surface and get a hardened surface of the railway wheels with uniform strength properties.

Литература
1. Лещинский и др. Плазменное поверхностное упрочнение. - Киев, Техника, 1990.Literature
1. Leshchinsky et al. Plasma surface hardening. - Kiev, Technique, 1990.

2. Fox T.Y. and Harry J.E. Surface heat treatment using a plasma torche with a rectangular proceeding conference on electricity for material processing and conservation. - London. 1977, p. 21-23. 2. Fox T.Y. and Harry J.E. Surface heat treatment using a plasma torche with a rectangular proceeding conference on electricity for material processing and conservation. - London. 1977, p. 21-23.

3. Патент РФ N 2069131, кл. В 23 К 10/00, публ. 20.11.96. 3. RF patent N 2069131, cl. B 23K 10/00, publ. 11/20/96.

Claims

1. A device for plasma processing, comprising an input electrode with an internal channel and a working gas flow transducer with an end surface made in the shape of the workpiece and a channel forming a common internal channel and a slit hole with said internal channel of the electrode, characterized in that the end surface the converter is made in the form of the working part of the ridge with the fillet of the railway wheel, and the slot hole in the area corresponding to the working surface of the ridge is made with thawed width, and in the area of transition of the ridge to the fillet and in the fillet area, it is made smoothly expanding.

2. The device for plasma processing according to claim 1, characterized in that the slotted hole is located on the generatrix of the surface of the Converter.

3. The device for plasma processing according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the dimensions of the width of the slit in the crest zone and the largest width of the slit in the fillet zone is 1.5 - 2.5.

4. The device for plasma processing according to claims 1 to 3, characterized in that the ratio of the dimensions of the height of the channel of the Converter to the length of the slotted hole is 1.5 to 2.5.