SU1624031A1 - Способ поверхностной термической обработки изделий - Google Patents

Abstract

. Изобретение относитс  к термической обработке материалов с помощью высокоэнергетических источников нагрева , в частности к лазерной и электронно-лучевой обработке поверхности, и может быть использовано дл  улучшени  эксплуатационных свойств изделий. Цель изобретени  - повышение качества обработки за счет равного времени воздействи  излучени  на точки поверхности зоны обработки, перемещающиес  с разными линейными скорост ми . Способ предусматривает формирование п тна нагрева в виде кольцевого сектора зоны обработки, дл  чего лазерный луч направл ют через неподвижную маску с изображением сектора, угол между образующими которого выбирают из услови  максимального заполнени  п тна нагрева, формируемого лазером , причем n/oC const, где п - частота вращени  издели  вокруг своей оси;& - угол между образующими . Сформированный таким образом лазерный луч направл ют на поверхность кольцевого вращающегос  издели  и производ т его обработку по всей поверхности при условии равного времени воздействи  излучени  на точки обрабатываемой поверхности, перемещающиес  с различными линейными скорост ми. 2 ил. % IB

Description

а to

Изобретение относитс  к термической обработке материалов с помощью высокоэнергетических источников нагрева , в частности к лазерной и электронно-лучевой обработке поверхности, и может быть использовано дл  улучшени  эксплуатационных свойств изделий .

Цель изобретени  - повышение качества обработки за счет равного времени воздействи  излучени  на точки поверхности зоны обработки, переме- щаюгчиес  с разными линейными скорост ми .

Согласно способу, включающему обработку высокоэнергетическим источником нагрева, образующим на поверхности издели  п тно нагрева, перемещение п тна нагрева по поверхности издели  с разными по ширине зоны обработки радиусами вращени  точек поверхности, формируют п тно нагрева в виде сектора кольца зоны обработки , угол между образующими которого выбирают из услови  максимального заполнени  п тна нагрева, формируемого высокоэнергетическим источником , при этом n/pd const.

со

Формирование п тна нагрева в виде сектора зоны обработки позвол ет устранить действие эффекта изменени  линейных скоростей точек поверхности зоны обработки от радиуса вращени  при обработке по предлагаемому спо- собу. П тно нагрева в виде сектора зоны обработки позвол ет обеспечить услови  равного времени воздействи  излучени  на точки поверхности зоны обработки вне зависимости линейного изменени  скорости перемещени  этих точек.

Формирование п тна нагреза в ви- де сектора зоны обработки изделий - единственна  оптимальна  форма п тна нагрева, обеспечивающа  получение равномерного по толщине закаленного сло , в случае изменени  ли- неиных скоростей перемещени  точек поверхности по ширине зоны обработки

Так, дл  точек поверхности зоны обработки с меньшим радиусом вращени  и, соответственно, меньшей линей- ной скоростью перемещени  отношение ширины п тна нагрева в направлении перемещени  к скорости перемещени  равно аналогичному отношению дл  точек поверхности зоны обработки с большим радиусом вращени . Данное отношение определ ет врем  воздействи  излучени  на поверхность издели  и справедливо по всей ширине зоны обработки

Ј.« /V 27г;ЛО/(2мг;/п) n/ot ™ const,

где S - ширина п тна нагрева в нап- равлении перемещени , опгеде- л ема  длиной соответствующей дуги окружности с радиусом

ri;

V - линейна  скорость перемеще-

ни ;

г - радиус вращени  i-й точки поверхности зоны обработки;

ot - угол между образующими сектора зоны обработки;

п - частота вращени  издели  вокруг своей оси.

Люба  друга  форма п тна нагрева , плоского, в частности в виде пр моугольника размерами , где S - ширина зоны обработки; h - ширина п тна нагрева, не обеспечивает равное врем  воздействи  излучени  и, следовательно, равную глубину обработки по всей ширине зоны обработки дл  оговоренного случа  перемещени  издели . Так как

ей

. h;/V; h;/() t const,

/д

где С «и врем  воздействи  излуче- 1 ни  на i-ю точку поверхности зоны обработки; V - линейна  скорость перемещени  i-й точки; h - ширина п тна нагрева в направлении перемещени , равна  дуге окружности с радиусом г,1 ; rj - радиус вращени  i-й точки

поверхности; п - частота вращени  издели 

вокруг своей оси,

а - величина посто нна , так же как частота вращени  п, то очевидно, что с увеличением радиуса г; вращени увеличиваетс  линейна  скорость перемещени  i-й точки, уменьшаетс  врем  воздействи  излучени  Сви , вследствие чего наблюдаетс  получени неравномерного по толщине закаленного сло .

На фиг. 1 изображена схема поверхностной термообработки по предлагаемому способу; на фиг. 2 - схема поверхностной термообработки колец подшипника 128713 по предлагаемому способу.

Схема на фиг. 1 содержит обрабатываемое кольцо 1, п тно 2 нагрева в виде сектора зоны обработки, лазерный луч 3, маску 4, изображение сектора 5 на маске, п тно нагрева, которое формируетс  лазером 6.

Схема на фиг. 2 содержит основное внутреннее кольцо 1 п/ш 128713, основное наружное кольцо 2 п/ш 128713, луч 3 лазера, п тно 4 нагрева в виде сектора зоны обработки.

Приме р. Дл  осуществлени  лазерной поверхностной термообработки кольца 1 по предлагаемому способу на поверхности зоны обработки кольца формируют п тно 2 нагрева в виде сектора зоны обработки, дл  чего лазерный луч 3 направл ют через неподвижную маску 4 с изображением сектора 5 угол между образующими которого выбирают из услови  максимального заполнени  п тна нагрева, формируемс  го лазером 6. Ошибка в экспериментальном определении угла между образующими сектора при нанесении изображени  на маску не снижает положительный эффект предлагаемого изобретени , а вли ет лишь на глубину обработки. Видоизмененное п тно нагрева фокусируетс  линзой 7. Эксперименты по поверхностной термообработке проводили на лазерной установке мод.973 Spectra Physics.

Обработке одновременно подвергали основное внутреннее 1 и основное наружное 2 кольца подшипника 128713, материал 55СМ5ФА (фиг. 2).

Изменение линейной скорости перемещени  по ширине зоны обработки при частоте вращени  30 подшипника 128713 составл ет: минимальному радиусу г вращени  зоны обработки, равному 37,5 мм, соответствует минимальна  линейна  скорость перемещени 

пер

(2|Гг,)/п (6,2837,5)/30 7,8 мм/с,

максимальному радиусу гг вращени  зоны обработки, равному 56,7 мм, соответствует максимальна  скорость перемещени 

пер

(2Ггг)/п (6,28-56,7)30 11,8 мм/с

П тно нагрева в виде сектора зоны обработки позвол ет обеспечить одинаковое врем  воздействи  лазерного излучени  по ширине зоны обработки вне зависимости изменени  линейных скоростей перемещени  точек поверхности зоны обработки.

П тно нагрева в виде сектора зоны обработки формируетс  с помощью маски с изображением сектора. Дл  построени  требуемого изображени  на маску нанос т п тно нагрева, формируемое высокоэнергетическим источником . Установка генерирует эл- лнпсообразное п тно нагрева с размерами осей 44 и 38 мм.

Из центра п тна нагрева (точка О) восстанавливают перпендикул р к поверхности , на котором откладывают фокусное рассто ние линзы - (фиг.1 В данном случае примен ют фокусирующую линзу с фокусным рассто нием

02f « 10 254 мм. Соедин   точку с крайними точками большей оси эллипса Аг и А , получают характерную картину фокусировки п тна нагрева. Ось вращени  обрабатываемых колец подшипника 128713 располагают параллельно оси луча на рассто нии

ucp

(r,+ r2)/2 - (37,5+56,7)/2

47,1 мм. Степень расфокусировки - смещение обрабатываемой поверхности относительно фокуса линзы (рассто ние fO ) определ ют из услови 

Ј0

A, ctgtf/2 О,- А(, ctgo//2,

гдео /2

5°половина угла сходимости луча.

Рассто ние О А, О, А У выбирают из

соотношени 

25

О, А,0 ,6 - 0,75

.

с целью обеспечени  полного перекрыти  зоны обработки по ширине

30

fO

.. (56,7-37,5) со

0,7---А-т-А- ctg5 79 мм.

5

0

5

O

5

Пересечение линии, проведенной через фокус f и центр вращени  обрабатываемой поверхности (точку С,), с линией большей оси эллипса определ ет точку С, из которой провод т образующие сектора с углом (X 20°, выбранным из услови  более полного заполнени  п тна нагрева, формируемого высокоэнергетическим источником.

Дл  построени  изображени  на маске оснований сектора провод т линии fBj и fBf, точки пересечени  этих линий с большей осью эллипса определ ют радиусы оснований сектора.

Маску с изображением сектора устанавливают перед фокусирующей линзой, обеспечивающей необходимую фокусировку п тна нагрева на поверхности колец подшипника 128713.

Обработку ведут лучом мощностью Р 3,4 кВт при частоте п вращени  30 с- .

В качестве поглощающего покрыти  используют фосфат марганца.

Формула иэобрете

н и  

Способ поверхностной термической обработки изделий, преимущественно

колец включающий обработку высокоэнергетическим источником нагрева, образующим на поверхности издели  п тно нагрева с перемещением п тна нагрева по поверхности издели  с разными по ширине зоны обработки радиусами вращени  точек поверхности, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества обработки за счет равного времени воздействи  излучени  на точки поверхности зоны

Фиг.

обработки, перемещающиес  с разными линейными скорост ми, п тно нагрева формируют в виде сектора кольца зоны обработки, угол между образующими которого выбирают из услови  максимального заполнени  п тна нагрева, формируемого высокоэнергетическим источником, при этом п/об const, где оЈ - угол между образующими сектора зоны обработки, п - частота вращени  издели  вокруг своей оси.

Фиг. 2

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ поверхностной термической обработки изделий, преимущественно колец, включающий обработку высокоэнергетическим источником нагрева, образующим на поверхности изделия пятно нагрева с перемещением пятна нагрева по поверхности изделия с разными по ширине зоны обработки радиусами вращения точек поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки за счет равного времени воздействия излучения на точки поверхности зоны обработки, перемещающиеся с разными линейными скоростями, пятно нагрева формируют в виде сектора кольца эоны обработки, угол между образующими которого выбирают из условия максимального заполнения пятна нагрева, формируемого высокоэнергетическим источником, при этом п/о4 · const, Ιθ где об - угол между образующими сектора зоны обработки, η - частота вращения изделия вокруг своей оси.

   Фиг.1