RU2339704C1 - Method of combined magnetic-impulse processing of surfaces of tools and machine parts - Google Patents
Method of combined magnetic-impulse processing of surfaces of tools and machine parts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339704C1 RU2339704C1 RU2007105490/02A RU2007105490A RU2339704C1 RU 2339704 C1 RU2339704 C1 RU 2339704C1 RU 2007105490/02 A RU2007105490/02 A RU 2007105490/02A RU 2007105490 A RU2007105490 A RU 2007105490A RU 2339704 C1 RU2339704 C1 RU 2339704C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- processing
- tools
- machine parts
- field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно служит для повышения твердости и износостойкости рабочих поверхностей различных инструментов и деталей машин.The invention relates to the field of engineering, namely, it serves to increase the hardness and wear resistance of the working surfaces of various tools and machine parts.
Известно, что износостойкость материалов зависит от многих факторов: от природы материала, формы поверхности, состояния кристаллической структуры, способов термической и других видов обработки.It is known that the wear resistance of materials depends on many factors: the nature of the material, surface shape, state of the crystalline structure, methods of thermal and other types of processing.
Существует много способов повышения износостойкости металлов путем изменения внутренней структуры материала, химического состава и состояния поверхностного слоя, намагниченности и их комбинаций. К ним относятся: механическое упрочнение, закалка, химико-термическая обработка, нанесение износостойких покрытий, магнитно-абразивная и магнитно-импульсная обработка. Во всех перечисленных способах увеличивается твердость у обрабатываемых поверхностей изделий, что значительно влияет на износостойкость.There are many ways to increase the wear resistance of metals by changing the internal structure of the material, the chemical composition and state of the surface layer, magnetization, and combinations thereof. These include: mechanical hardening, hardening, chemical-thermal treatment, the application of wear-resistant coatings, magnetic abrasive and magnetic pulse treatment. In all these methods, the hardness of the processed surfaces of the products increases, which significantly affects the wear resistance.
Рассмотренные способы обработки имеют ряд недостатков. При механическом упрочнении, закалке, химико-термической обработке, нанесении износостойких покрытий и магнитно-абразивной обработке возможны изменения формы и микрорельефа обрабатываемой поверхности, кроме этого отмечается сложность и дороговизна технологического процесса нанесения покрытий, при закалке возможно коробление изделий и образование микротрещин, что приводит к дополнительной механической обработке перед применением.The considered processing methods have a number of disadvantages. During mechanical hardening, hardening, chemical-thermal treatment, application of wear-resistant coatings and magnetic abrasive processing, changes in the shape and microrelief of the processed surface are possible, in addition, the complexity and high cost of the coating process are noted, during hardening, warpage of products and the formation of microcracks are possible, which leads to additional machining before use.
В последнее время находит широкое применение магнитно-импульсная обработка (МИО) инструментов и деталей машин для повышения их износостойкости. Применение МИО позволяет уменьшить остаточные и усталостные напряжения в структуре материала, изменить физические и механические свойства. Применение МИО значительно уменьшает избыточную энергию материала, связанную с концентрацией внутренних и поверхностных напряжений, что приводит к повышению твердости и износостойкости поверхности, не меняя формы обрабатываемой поверхности. Основным преимуществами МИО, по сравнению с вышеназванными способами, являются: неизменность формы поверхности после обработки, высокая производительность, простота и легкость автоматизации технологического процесса.Recently, magnetic pulse processing (MIO) of tools and machine parts is widely used to increase their wear resistance. The use of MIO allows to reduce residual and fatigue stresses in the structure of the material, to change the physical and mechanical properties. The use of MIO significantly reduces the excess energy of the material associated with the concentration of internal and surface stresses, which leads to an increase in the hardness and wear resistance of the surface, without changing the shape of the processed surface. The main advantages of MIO, in comparison with the above methods, are: the invariability of the surface shape after processing, high productivity, simplicity and ease of automation of the process.
Известны способы МИО при напряженностях до 2000 кА/м и времени длительности одного импульса в пределах 0,1-10 с, при этом число циклов обработки достигает 10 и более. Для многих инструментальных сталей было показано, что максимальная стойкость инструмента достигается при оптимальной напряженности МИО 300-800 кА/м и длительности импульса 0,5-1,5 с [1].Known methods MIO with voltages up to 2000 kA / m and a time duration of one pulse in the range of 0.1-10 s, while the number of processing cycles reaches 10 or more. For many tool steels, it was shown that the maximum tool life is achieved with an optimal MIO strength of 300-800 kA / m and a pulse duration of 0.5-1.5 s [1].
Существует способ обработки инструмента, включающий воздействие импульсным магнитным полем напряженностью от 800 до 2000 кА/м и частотой 700-800 Гц (соответствует длительности импульса 0,0013-0,0014 с) в течение 3/4-5/4 π периода частоты [2].There is a method of processing a tool, including exposure to a pulsed magnetic field with a strength of 800 to 2000 kA / m and a frequency of 700-800 Hz (corresponding to a pulse duration of 0.0013-0.0014 s) for a 3 / 4-5 / 4 π frequency period [ 2].
Известен способ повышения износостойкости режущих инструментов за счет формирования в режущей части магнитострикционных напряжений сжатия с помощью магнитного поля, отличающийся тем, что величину напряженности магнитного поля устанавливают выше состояния магнитного насыщения инструментального материала, вектор магнитострикционных напряжений сжатия ориентируют нормально плоскости распространения трещин, соответствующих виду деформации режущей части инструмента, а воздействие магнитного поля проводят непрерывно, при этом величину напряженности магнитного поля при упрочнении инструмента из углеродистых сталей устанавливают в пределах 1100-1300 кА/м, из легированных - 1400-1600 кА/м, из быстрорежущих - 1700-1800 кА/м [3].There is a method of increasing the wear resistance of cutting tools due to the formation of magnetostrictive compressive stresses in the cutting part using a magnetic field, characterized in that the magnitude of the magnetic field strength is set above the state of magnetic saturation of the tool material, the magnetostrictive compressive stress vector is oriented normally to the crack propagation plane corresponding to the type of cutting deformation parts of the tool, and the effect of the magnetic field is carried out continuously, while well, the magnetic field strength during hardening of a tool made of carbon steels is set in the range of 1100-1300 kA / m, from alloyed - 1400-1600 kA / m, from high-speed - 1700-1800 kA / m [3].
Основными недостатками вышеуказанных способов МИО являются: необходимость многократной обработки и длительное время прохождения импульса для достижения желаемого результата повышения износостойкости. Это в первую очередь связано с тем, что для эффективного воздействия импульсного магнитного поля необходим предварительный нагрев обрабатываемой поверхности. В вышеуказанных случаях нагрев изделия достигается многократным циклом обработки и значительным временем одного импульса, достигающим нескольких секунд.The main disadvantages of the above MIO methods are: the need for multiple processing and a long pulse transit time to achieve the desired result of increasing wear resistance. This is primarily due to the fact that for the effective action of a pulsed magnetic field, preliminary heating of the treated surface is necessary. In the above cases, the heating of the product is achieved by a multiple processing cycle and a significant time of one pulse, reaching several seconds.
Наиболее близким способом к заявляемому является способ повышения износостойкости металлорежущего инструмента из инструментальных сталей путем магнитно-импульсной обработки с предварительным нагревом, включающий предварительный нагрев инструмента токами высокой частоты от 400 до 500°С и воздействие на инструмент одним импульсом магнитного поля высокой напряженности [4 - прототип].The closest way to the claimed is a method of increasing the wear resistance of a metal-cutting tool made of tool steels by magnetic pulse processing with pre-heating, including pre-heating the tool with high-frequency currents from 400 to 500 ° C and exposure to the tool with one pulse of a high magnetic field [4 - prototype ].
Недостатком прототипа является неопределенность характеристик магнитного импульса, что не позволяет гарантировать повышения срока службы изделий, увеличения производительности и снижения себестоимости обработки.The disadvantage of the prototype is the uncertainty of the characteristics of the magnetic pulse, which does not guarantee an increase in the service life of products, increase productivity and reduce the cost of processing.
В заявляемом способе обработка ведется в области, близкой к области сильных магнитных полей [5], при этом используется интервал импульсных полей высокой напряженности от 1000 кА/м до 8000 кА/м при времени одного импульса в пределах от 10-3 до 10-6 с, что позволяет использовать генераторы импульсных токов малых энергий с запасаемой энергией до 10 кДж.In the inventive method, the processing is carried out in a region close to the region of strong magnetic fields [5], using the interval of high-intensity pulsed fields from 1000 kA / m to 8000 kA / m with a single pulse in the range from 10 -3 to 10 -6 s, which allows the use of generators of pulsed currents of low energies with stored energy up to 10 kJ.
Процесс обработки поверхностей инструментов и деталей машин заключается в следующем: обрабатываемую поверхность предварительно нагревают до температуры, близкой точке Кюри, токами высокой частоты и затем воздействуют магнитно-импульсным полем высокой напряженности.The process of surface treatment of tools and machine parts is as follows: the surface to be treated is preheated to a temperature close to the Curie point with high-frequency currents and then exposed to a high-intensity magnetic-pulse field.
Известно, что ферромагнитные свойства металлов зависят от температуры и описываются законом Кюри. Выше, так называемой точки Кюри, магнитная восприимчивость резко уменьшается, и ферромагнетики становятся парамагнетиками. Поэтому магнитную обработку металлов необходимо вести при температурах близких, но не превышающих точки Кюри.It is known that the ferromagnetic properties of metals depend on temperature and are described by the Curie law. Above the so-called Curie point, the magnetic susceptibility decreases sharply, and ferromagnets become paramagnets. Therefore, magnetic treatment of metals must be carried out at temperatures close to but not exceeding the Curie point.
Применение импульсов напряженностью менее 1000 кА/м не рекомендуется из-за незначительного воздействия при одном импульсе на физические и механические свойства поверхности металла, в таких случаях для повышения эффекта часто требуется многократное воздействие МИО.The use of pulses with a strength of less than 1000 kA / m is not recommended due to the insignificant effect of a single pulse on the physical and mechanical properties of the metal surface, in such cases, to increase the effect, repeated exposure to MIO is often required.
С увеличением напряженности магнитного поля время обработки можно уменьшить и повышается эффект уменьшения избыточной энергии материала, однако при увеличении напряженности магнитного поля наблюдается максимум твердости поверхности металла, а затем твердость немного снижается. Оптимальные значения напряженности находят экспериментально для каждого металла. Например, зависимость твердости стали 65Г по Виккерсу HV от напряженности магнитно-импульсного поля Н при длительности импульса 7·10-4 с и температуре нагрева 500°С приведена на фиг.1. Для стали 65Г, которая применяется для режущих инструментов, оптимальной напряженностью магнитного поля является 1430 кА/м.With an increase in the magnetic field strength, the processing time can be reduced and the effect of reducing the excess energy of the material increases, however, with an increase in the magnetic field strength, a maximum of the hardness of the metal surface is observed, and then the hardness decreases slightly. The optimal values of tension are found experimentally for each metal. For example, the dependence of the Vickers HV hardness of steel 65G on the intensity of the magnetic pulse field H at a pulse duration of 7 · 10 -4 s and a heating temperature of 500 ° C is shown in figure 1. For steel 65G, which is used for cutting tools, the optimal magnetic field strength is 1430 kA / m.
Применение напряженностей магнитного поля более 8000 кА/м требует дорогостоящего оборудования, значительно усложняются условия эксплуатации и возрастают меры безопасности при эксплуатации таких установок.The use of magnetic fields of more than 8000 kA / m requires expensive equipment, the operating conditions are significantly complicated and safety measures are increased during the operation of such installations.
Обрабатывались спиральные сверла диаметром 4,4 мм из стали Р6М5 при температуре нагрева 500°С, напряженности магнитного поля 1200 кА/м и времени воздействия 7·10-4 с. При этом износостойкость составила 163% по сравнению с необработанными магнитным полем.Spiral drills with a diameter of 4.4 mm were machined from P6M5 steel at a heating temperature of 500 ° C, a magnetic field of 1200 kA / m and an exposure time of 7 · 10 -4 s. The wear resistance was 163% compared with untreated magnetic field.
Обрабатывались золотники гидрозапорной аппаратуры шахтного оборудования из стали 95Х18 при температуре нагрева 500°С, напряженности магнитного поля 1400 кА/м и времени воздействия 7·10-4 с. При этом износостойкость составила 132% по сравнению с необработанными магнитным полем.The spools of the hydraulic locking equipment of mine equipment made of steel 95X18 were processed at a heating temperature of 500 ° C, magnetic field strength of 1400 kA / m and exposure time of 7 · 10 -4 s. Moreover, the wear resistance was 132% compared with untreated magnetic field.
Обрабатывались плоские ножи для резки соломы, применяемые в зерноуборочных комбайнах, из стали 65Г при температуре нагрева 500°С, напряженности магнитного поля 1430 кА/м и времени воздействия 7·10-4 с. При этом износостойкость составила 195% по сравнению с необработанными магнитным полем.Flat knives for cutting straw, used in combine harvesters, from 65G steel at a heating temperature of 500 ° C, magnetic field strength of 1430 kA / m and exposure time of 7 · 10 -4 s were processed . Moreover, the wear resistance was 195% compared with untreated magnetic field.
Полученные технические результаты представлены на фиг.2.The obtained technical results are presented in figure 2.
Предложенные режимы обработки позволяют получать максимальный эффект повышения твердости и износостойкости при однократном воздействии МИО на компактном оборудовании, что приведет к повышению срока службы режущих инструментов и деталей машин в 1,5-2 раза, к значительному увеличению производительности и уменьшению себестоимости обработки.The proposed processing modes allow to obtain the maximum effect of increasing hardness and wear resistance with a single exposure to MIO on compact equipment, which will lead to an increase in the service life of cutting tools and machine parts by 1.5-2 times, to a significant increase in productivity and a reduction in the cost of processing.
Для инструментов и деталей больших габаритов, значительной длины и сложной формы предлагаемый способ позволяет пошагово обрабатывать поверхности таких деталей с целью повышения твердости и износостойкости. Таким образом, можно обрабатывать изделия практически бесконечной длины (фиг.3).For tools and parts of large dimensions, considerable length and complex shape, the proposed method allows you to stepwise process the surfaces of such parts in order to increase hardness and wear resistance. Thus, it is possible to process products of almost infinite length (figure 3).
Предлагаемый способ позволяет для режущих инструментов получать так называемый эффект «самозатачивания» при МИО одной из режущих поверхностей. После обработки сопрягаемые режущие поверхности имеют разную твердость, более значительный износ одной из поверхностей по сравнению с другой позволяет поддерживать угол заточки а постоянным в процессе эксплуатации (фиг.3).The proposed method allows for cutting tools to obtain the so-called effect of "self-sharpening" when MIO one of the cutting surfaces. After processing, the mating cutting surfaces have different hardness, more significant wear of one of the surfaces compared to the other allows you to maintain the angle of sharpening and constant during operation (figure 3).
Предлагаемый способ является более эффективным по сравнению с известными и обеспечивает значительное повышение срока службы деталей и инструмента. Способ апробирован для обработки режущего инструмента в ФГУП «Сибприбормаш» (г.Бийск) и ОАО «Алтайский научно-исследовательский институт технологии машиностроения» (г.Барнаул).The proposed method is more effective than known and provides a significant increase in the service life of parts and tools. The method was tested for processing cutting tools in the Federal State Unitary Enterprise "Sibpribarmash" (Biysk) and OJSC "Altai Scientific Research Institute of Engineering Technology" (Barnaul).
Источники информацииInformation sources
1. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989. - 112 с.1. Malygin B.V. Magnetic hardening of tools and machine parts. - M.: Mechanical Engineering, 1989. - 112 p.
2. Патент RU №2009210, C21D 1/04, 15.03.1994.2. Patent RU No. 2009210,
3. Патент RU №2000127973, C21D 9/22, 27.10.2002.3. Patent RU No.2000127973, C21D 9/22, 10.27.2002.
4. Патент RU №2244023, C21D 1/04, 9/22, 10.01.2005 - прототип.4. Patent RU No. 2244023,
5. Кномпфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. - М.: Мир, 1972. - 359 с.5. Knompfel G. Superstrong pulsed magnetic fields. - M .: Mir, 1972.- 359 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007105490/02A RU2339704C1 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Method of combined magnetic-impulse processing of surfaces of tools and machine parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007105490/02A RU2339704C1 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Method of combined magnetic-impulse processing of surfaces of tools and machine parts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007105490A RU2007105490A (en) | 2008-08-20 |
| RU2339704C1 true RU2339704C1 (en) | 2008-11-27 |
Family
ID=39747654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007105490/02A RU2339704C1 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Method of combined magnetic-impulse processing of surfaces of tools and machine parts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2339704C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2679114C2 (en) * | 2016-04-01 | 2019-02-05 | Дмитрий Николаевич Легков | Method of application of marking on surface layers from metal materials |
| RU2695392C1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method of increasing impact strength of metals |
| RU2735698C1 (en) * | 2019-10-10 | 2020-11-06 | Виктор Леонидович Князьков | Method of electroarc hardening of steel products |
| RU2787284C1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-01-09 | Аскар Джамилевич Мингажев | Method for patching surface cracks in a metal product |
-
2007
- 2007-02-13 RU RU2007105490/02A patent/RU2339704C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2679114C2 (en) * | 2016-04-01 | 2019-02-05 | Дмитрий Николаевич Легков | Method of application of marking on surface layers from metal materials |
| RU2695392C1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method of increasing impact strength of metals |
| RU2735698C1 (en) * | 2019-10-10 | 2020-11-06 | Виктор Леонидович Князьков | Method of electroarc hardening of steel products |
| RU2787284C1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-01-09 | Аскар Джамилевич Мингажев | Method for patching surface cracks in a metal product |
| RU2812940C1 (en) * | 2023-06-30 | 2024-02-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Method for ionic nitriding parts from alloyed steel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007105490A (en) | 2008-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10619222B2 (en) | High fatigue strength components requiring areas of high hardness | |
| RU2339704C1 (en) | Method of combined magnetic-impulse processing of surfaces of tools and machine parts | |
| Balanovsky et al. | Comparative metallographic analysis of the structure of St3 steel after being exposed to different ways of work-hardening | |
| US11584969B2 (en) | High fatigue strength components requiring areas of high hardness | |
| Adebiyi et al. | Microstructural evolution at the overlap zones of 12Cr martensitic stainless steel laser alloyed with TiC | |
| Matlock et al. | Surface modification to enhance fatigue performance of steel: Applications of deep rolling | |
| RU2483120C1 (en) | Method of hardening built-up high-speed steel | |
| Khafizov et al. | Determination of regression materials mircohardness, processed by low-temperature plasma dependence on process conditions | |
| Skakov et al. | Change of structure and wear resistance of P6M5 steel from processing in electrolyte plasma | |
| CN101629227A (en) | Reinforcement method and reinforcement device for improving high-temperature fatigue life of material | |
| Ідан et al. | Surface hardening of steel parts | |
| RU2198954C2 (en) | Method of hardening parts surfaces | |
| RU2667948C1 (en) | Low-carbon steel parts surface electromechanical processing method | |
| RU2440873C1 (en) | Electric spark hardening and reclaiming of steel surfaces | |
| Kuffova et al. | Application of plasma nitriding on low-alloy (50CrV4+ QT) steel in order to improve its fatigue resistance | |
| RU2244023C2 (en) | Method providing an increase of wear resistance of metal-cutting tools made out of tool steels by magnetic-pulse treatment with a preheating and an installation for its realization | |
| Cherif et al. | Integration of a Deep Rolling Process in the Heat Treatment of SAE1045 Steel: a Way to Reduce and Optimize the Production Chain | |
| SU1475975A1 (en) | Method of chemical-thermal laser treatment of steel articles | |
| Kirichek et al. | Effect of Wave Thermal Deformation Hardening on the Microhardness of the Surface Layer of Steel Parts | |
| Yaseen et al. | Wear Resistance Improvement of Alloy Steel Using Laser Surface Treatment | |
| RU2631551C1 (en) | Method for hard alloy products durability increase | |
| RU2462517C2 (en) | Method of treatment of steel parts surfaces | |
| Vakulenko et al. | The Effect of Stress Pulses on the Cyclic Endurance of Steel Axle Wheel-Set | |
| DesForges | Laser heat treatment | |
| Kiselev et al. | Direct formation of surface layer’s quality parameters during combined treatment of two-phase stainless steel blanks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090214 |