SU1548217A1

SU1548217A1 - Способ обработки металлических изделий

Info

Publication number: SU1548217A1
Application number: SU884443740A
Authority: SU
Inventors: Леонид Павлович Фоминский
Original assignee: Fominskij Leonid P
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1990-03-07

Abstract

Изобретение относитс к обработке металлических изделий концентрированными источниками энергии, конкретно электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен. Цель изобретени - расширение технологических возможностей путем обработки изделий с различной формой рабочих поверхностей. Изобретение заключаетс в том, что нагрев рабочих поверхностей осуществл ют электронным лучом, сканируемым в плоскости под углом к направлению движени поверхности издели β=ARCTG B(B/TGΑ-V/F)^-1 и с амплитудой сканировани C=B/SINβ, где B - ширина следа электронного луча на поверхности издели

α - угол следа луча к направлению движени поверхности издели

V - скорость движени поверхности

F - частота сканировани . 4 ил.

Description

Изобретение относитс к обработке . металлических изделий концентрированными источниками энергии, конкретно электронным лучам, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен.

Цель изобретени - расширение технологических возможностей путем обработки изделий с различной формой работ поверхностей.

На фиг. 1 схематически показан след оплавлени плоской поверхности при электронно-лучевой обработке ее по известному способу, когда пучок ск нируют пр молинейно по пилообразному закону в плоскости, перпендикул рной направлению перемещени поверхности издели ; на фиг. 2 - то же, после электронно-лучевой обработки

,поверхности по предлагаемому способу при нанесении параллельных друг другу периодически повтор ющихс от1резков наплавочных валиков строго

перпендикул рно направлению перемещени обрабатываемой поверхности издели ; на фиг. 3 - то же, при нанесении периодически повтор ющихс параллельных друг другу отрезков следа электронно-лучевой обработки, расположенных под заданным углом oL к направлению перемещени издели под электронным пучком и при шаге сканировани t, меньшем длины проекции отрезка следа электронно-лучевой обработки на это направление; на фиг. 4- облучение электронным пучком по предлагаемому способу эвольвентной nz , верхности зубьев шестерни при почерхностной термообработке их электронным пучком.

На фиг. 1 - 3 жирной линией показаны отрезки следа электронно-луче- вой обработки, пунктиром - направление сканировани электронного пучка, стрелками на этих лини х - направление перемещени фокуса электронного пучка по поверхности издели в про- цессе обработки, а стрелкой над фигурой - направление перемещени поверхности издели .

Сущность изобретени заключаетс в SOM, что согласно способу элект- ронно-лучевой обработки поверхности изделий, перемещаемых со скоростью v поперек электронного учка, сканируемого в одной плоскости с частотой f при периодическом изменении во времени угла отклонени электронного пучка по пилообразному закону с нулевой длительностью заднего фронта, 1гаюск0сть сканировани электронного | пучка располагают под углом 0 к направлению перемещени поверхности издели , определ емом выражением

Р t. /Ь arctgb(roc- -) ,

при амплитуде сканировани пучка c b/sinft, где b - требуема ширина полосы следа электронно-лучевой обработки на поверхности издели , oi- угол между следом луча и направлением движени рабочей поверхности издели .

При перемещении поверхности издели поперек электронного пучка со скоростью v и частоте сканировани пучка f шаг расположени отрезков следа электронно-лучевой обработки на поверхности издели определ етс формулой , а амплитуда сканировани пучка равна длине отрезка пунктирной линии и составл ет

/sin(5 (фиг. 3).

Из схемы (фиг. 3) видно, что

tgp-b/(A-t)-b/(- f)

или

P arctgb(- - f) .

Осуществление сканировани электронного пучка в плоскости, расположенной под углом и к направлению перемещени поверхности издели поперек пучка, обеспечивает получение

0

5

0

5

0

5

0

5

следа электронно-лучевой обработки, периодически повтор ющиес параллельные друг другу отрезки которого расположены под требуемым (задаваемым) углом оЈ к направлению перемещени поверхности издели . Это и обеспечивает достижение цели изобретени , поскольку изменением угла 1Ь можно в широких пределах измен ть угол об независимо от величин v и f.

II р и м е р 1 . Осуществл ют наплавку на поверхность бруса из стали 45 износостойкого покрыти . Брус имеет квадратное сечение 40x40 мм. Покрытие должно состо ть из периодически повтор ющихс параллельных друг другу отрезков наплавочных валиков, имеющих ширину 5 мм, длину 40 мм и расположенных с заданным шагом строго перпендикул рно рабочей кромке бруса ( ). Наплавку осуществл ют порошком износостойкого материала ПГСИ-4. Дл этого на защищенную поверхность (грань) бруса насыпают слой наплавочного порошка и выравнивают его до толщины 1 мм. Затем брус с порошком перемещают на тележке со скоростью мм/с в направлении вдоль длины бруса под электронным ускорителем , генерирующим пучок электронов с энергией 1 мЭВ при мощности в пучке 40 кВт. Пучок вывод т из ускорител в воздух в направлении сверху вниз и сканируют с частотой f Гц. Сканирование осуществл ют с помощью поперечного магнитного пол , создаваемого известным электромагнитом . На обмотку электромагнита подают электрический ток, периодически (с частотой 7 Гц) измен ющийс во времени по пилообразному закону с нулевой длительностью заднего фронта и линейным нарастанием переднего фронта . При этом пучок сканирует между полюсами электромагнита, отклон сь по пр мой линии по линейному закону на угол, величина которого пропорциональна силе тока электромагнита.

Поворачива электромагнит вокруг оси пучка, предварительно выставл ют плоскость сканировани пучка под углом (фиг. 2) к направлению перемещени тележки под ускорителем, величину угла R вычисл по формуле

p arctgb().

Дистанцию облучени I (рассто ние от выпускного устройства ускорител

до облучаемой поверхности издели ) выбирают такой, при которой диаметр п тна оплавлени (равный диаметру пучка, постепенно расшир ющегос с увеличением 1) становитс равным требуемой ширине наплавочного валика (в данном случае ширина наплавочного валика 5 мм, а величина мм). Кроме того, предварительно выставл ют путем изменени силы тока электромагнита амплитуду сканировани пучка на поверхности издели , равной величине c b/sin 5 41,2 мм.

Амплитуду сканировани пучка берут равной величине c b/sin 50,6 мм. Оплавив участок поверхности длиной с 300 мм, выключают ускоритель. В результате на поверхности издели остаетс строго пр моугольный участок оплавлени , имеющий размеры 50x300 мм.

ПримерЗ. С помощью установ- Ю ки, описанной в примере 1, осуществл ют поверхностную закалку электронным пучком в воздухе зубьев пр мозубой шестерни (цилиндрического зубчатого колеса) из стали 45, причем шесВ результате облучени бруса с по- 15 терн имеет диаметр 310 мм, ширину

30 мм и модуль зуба (фиг.4). Шестерню располагают под ускорителем так, чтобы электронный пучок, направленный вертикально, падал только на 20 одну боковую (эвольвентную) поверхность ее зуба. Шестерню непрерывно вращают вокруг ее оси со скоростью 10 об/мин. При этом скорость ее зубьев составл ет мм/с. Шаг скани- 25 ровани пучка делают равным шагу зубьев шестерни (15,7 мм). Дл этого частоту сканировани берут равной Гц. Дл обеспечени перемещени пучка точно по боковой поверхности детали из алюминиевого сила- зо верхности зуба при непрерывном вращерошком при указанных режимах на об- лученной поверхности грани бруса ос- -таютс периодически повтор ющиес с шагом 10 мм параллельные друг другу наплавочные валики, имеющие ширину 5 мм и расположенные строго перг пендикул рно к боковой грани бруса I(фиг. 2). После наплавки с поверхности бруса стр хивают остатки неоплавленного порошка,оставшиес в зазорах I отрезками наплавочных валиков . П р и м е р 2. Осуществл ют оплавление электронным пучком пр моугольного (50x300 мм) участка плоской посплава Д16Т дл упрочнени поверхности за счет залечивани микротрещин, оставшихс после механической обра- ботки детали. Дл предотвращени окислени поверхности оплавление осуществл ют в вакуумной камере, присоединенной к ускорителю, описанному в примере 1. Деталь в вакуумной камере перемещают горизонтально со скоростью мм/с на тележке. Дистанцию облучени 1 берут равной 110 мм, при этом диаметр п тна оплавлени равен 10 мм. Шаг сканировани t берут дл обеспечени сплошности сло оплавлени равным 8 мм (меньше диаметра п тна оплавлени ). Дл этого сканирование электронного пучка осуществл ют с частотой ,8 Гц. Отрезки следов оплавлени необходимо располагать строго перпендикул рно направлению перемещени издели дл получени суммарного п тна оплавлени строго пр моугольной формы. Дл этого плоскость сканировани пучка выставл ют под углом 6 -80°55 к направлению перемещени издели , величину угла J3 вычисл по формуле

ft arctgb(---,- -f -80°55. f |tg) f

35

40

нии шестерни плоскость сканировани пучка выставл ют под углом ,5 к плоскости вращени шестерни, величину угла и вычисл по формуле

p arctgb(--f).62,50.

Амплитуду сканировани пучка делают равной величине c b/sinft 33,9 мм. Схема облучени и вид следа электронно-лучевой обработки в проекции сверху (фиг. 2) совпадают со схемой облучени по примеру 1. В результате облучени поверхность металла зуба шес- , терни нагреваетс до 900°C, а затем

.с быстро охлаждаетс за счет отвода .тепла в металл шестерни. При этом происходит поверхностна закалка зу- бьев шестерни, ведуща к перекристал-1- лизации их металла (с образованием

5о мартенситной структуры) на глубину v1 мм. Износостойкость поверхности зубьев, определенна с помощью маши- ны Шкоды-Савина возрастает в 3 раза jno сравнению с необработанной.

55 Приме р4. С помощью установ- )ки, описанной в примере 1, осуществ- |л ют поверхностную закалку зубьев ко- юозубой шестерни из стали 45, причем , шестерн имеет диаметр 304,5 мм, шиАмплитуду сканировани пучка берут равной величине c b/sin 50,6 мм. Оплавив участок поверхности длиной 300 мм, выключают ускоритель. В результате на поверхности издели остаетс строго пр моугольный участок оплавлени , имеющий размеры 50x300 мм.

ПримерЗ. С помощью установ- ки, описанной в примере 1, осуществл ют поверхностную закалку электронным пучком в воздухе зубьев пр мозубой шестерни (цилиндрического зубчатого колеса) из стали 45, причем шестерн имеет диаметр 310 мм, ширину

5

0

p arctgb(--f).62,50.

с быстро охлаждаетс за счет отвода .тепла в металл шестерни. При этом происходит поверхностна закалка зу- бьев шестерни, ведуща к перекристал-1- лизации их металла (с образованием

о мартенситной структуры) на глубину v1 мм. Износостойкость поверхности зубьев, определенна с помощью маши- ны Шкоды-Савина возрастает в 3 раза jno сравнению с необработанной.

5 Приме р4. С помощью установ- )ки, описанной в примере 1, осуществ- |л ют поверхностную закалку зубьев ко- юозубой шестерни из стали 45, причем , шестерн имеет диаметр 304,5 мм, ши715

рину 40 мм, модуль зуба 1,75 и угол наклона зубьев к плоскости вращени (фиг. 4). Шестерню непрерывно вращают вокруг ее оси со скоростью ,5 мм/с. Шаг сканировани пучка электронов дёл ают равным шагу зубьев шестерни (5,5 мм). Дл этого частоту- сканировани берут равной 14,26 Гц. Дл обеспечени перемещени фокуса пучка точно по боковой поверхности зуба при непрерывном вра

щении шестерни плоскость сканировани пучка выставл ют под углом А 82°35 к плоскости вращени шестерни, вели15

чину угла А вычисл по формуле p arctgb(- |)И 82°35 .

Амплитуду сканировани пучка берут равной величине c b/sinfl 40,4 мм.

Схема облучени и вид следа электронно-лучевой обработки в проекции сверху показаны на фиг. 3. В результате

облучени происходит поверхностна закалка металла зубьев шестерни, ве- 25 дуща к образованию мартенситной структуры на глубину мм и возрастанию износостойкости в 2 - 3 раза.

Технологические возможности пред

лагаемого способа по сравнению с известным расшир ютс за счет обеспечени возможности расположени периодически повтор ющихс отрезков следа электронно-лучевой обработки на поверхности издели под любым заданным углом к направлению перемещени поверхности издели поперек электронного пучка, а также за счет обеспечени возможности электронно-лучевой

-.

0

5

п

5

0

5

0

7В

обработки поверхности зубьев как пр мозубых , так и косозубых зубчатых колес.

Claims

Формула изобретени

, Способ обработки металлических изделий, включающий нагрев рабочей поверхности издели , движущейс с заданной скоростью, электронным пучком, сканируемым в плоскости под заданным углом к направлению движени рабочей поверхности издели и с фиксированной частотой сканировани , при периодическом изменении во времени угла отклонени пучка по пилообразному закону с нулевой длительностью заднего фронта цикла и с заданной амплитудой сканировани , отличающийс тем, что, с целью расширени технологических возможностей путем обработки изделий с различной формой рабочих поверхностей , плоскость сканировани располагают к направлению движени рабочей

поверхности под углом и arctgb(b/tg#

-v/f) , а амплитуду сканировани задают равной c b/sin 3, где b - ширина следа электронного

пуска на рабочей поверхности издели , мм;

ct - угол между следом луча и направлением движени рабочей поверхности издели , град; v - скорость движени рабочей

поверхности, мм; f - частота сканировани , Гц.

фиг.2

Фиг.1

V

(teJ

Фиг. 4