SU1731506A1 - Способ изготовлени узла шариковой направл ющей пр молинейного перемещени - Google Patents

Abstract

Использование: дл  изготовлени  деталей шариковых направл ющих пр молинейного перемещени , примен емых в станкостроении. Сущность изобретени : на рабочие поверхности направл ющей и каретки посредством дуги плазмотрона нанос т износостойкий слой материала с модулем упругости Е, определ емым из соотношени  Е (1,0-1,2)Е , где Е - модуль упругости материала шарика. Перед окончательной механической обработкой на поверхности наплавленного износостойкого сло  производ т переплав части сло  толщиной 0,001-0,01 диаметра шарика. Переплав осуществл ют посредством концентрированного источника тепла . 1 табл.

Description

со

С

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей линейных подшипников, примен емых в станкостроении.

Точность изготавливаемых деталей на металлообрабатывающем станке и срок их службы завис т от качества линейных подшипников , определ емых в значительной степени износостойкостью деталей - направл ющей и каретки. Износостойкость деталей подшипника определ етс  материалом рабочей поверхности и его структурой.

Известен способ улучшени  структуры металла изделий, включающий плавление исходного кристаллического материала, воздействие на него высоким давлением и последующее охлаждение. Причем на исходный кристаллический материал воздействуют импульсным давлением со

скоростью нарастани  1010-1012 кбар до величины , соответствующей температуре плавлени , а охлаждение и снижение давлени  до нормальных условий осуществл ют с той же скоростью путем адиабатического расширени ,

Недостатками способа  вл ютс  его высока  стоимость, поскольку не только рабочий слой, но и внутренний имеют аморфную микрокристаллическую структуру, длительность и сложность технологического процесса .

В насто щее врем  широко примен ютс  химические покрыти , наносимые с помощью лазерного излучени . Они обладают хорошей коррозионной стойкостью, улучшают трибологические характеристики.

Недостатки химических покрытий -токсичность растворов, воздействие испаре Х|

00

ел о о

ний на аппаратуру, громоздкость оборудовани  и необходимость погружени  всех деталей в растворы.

Известен способ получени  многослойных валков из материалов с различным модулем упругости смежных слоев.

Недостаток способа - нерегламентированное соотношение слоев по величине модул  упругости, что ведет к снижению износостойкости, усталостному разрушению в виде трещин, плохой сопротивл емости термоударам, а все это снижает ресурс службы издели .

Прототипом изобретени   вл етс  шарикова  направл юща  пр молинейного перемещени  одного узла станка по другому с циркул цией шариков по призматическим дорожкам основани  направл ющей, у которой основание выполнено в виде жесткой планки с пр молинейным каналом возврата шариков и к обоим торцам этого основани  с помощью шипов прикреплены дугообразные замки с кольцевыми проточками , образующими вместе с призматической дорожкой и каналом возврата шариков общий контур их циркул ции.

Недостаток - низкое качество издели .

Цель изобретени  -улучшение качества готового издели  за счет повышени  износостойкости направл ющей и каретки.

Цель достигаетс  тем, что по способу изготовлени  узла шариковой направл ющей пр молинейного перемещени , включающему изготовление направл ющей, каретки и шариков, предварительную и окончательную механическую обработку и сборку, новым  вл етс  то, что после предварительной механической обработки на рабочие поверхности направл ющей и каретки посредством дуги плазмотрона наплавл ют износостойкий слой материала с модулем упругости Е , определ емым из соотношени  Е (1,0-1,2)Е , где Е - модуль упругости материала шарика, при этом толщина наплавл емого сло  определ етс  из соотношени  th с (0,2-1,0)ёш. где dm - диаметр шарика, а перед окончательной механической обработкой на контактирующих поверхност х направл ющих и каретки осуществл ют переплав наплавленного сло  на толщину 0.001-0,01 диаметра шарика.

Сравнение предлагаемого технического решени  с прототипом позволило установить соответствие его критерию новизна. При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие изобретение от прототипа , не были вы влены, поэтому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию существенные отличи .

В качестве концентрированного источника тепла может быть использован лазер.

Лазерна  обработка обеспечивает создание на малом участке поверхности высокие плотности теплового потока, необходимые дл  интенсивного расплавлени  стали или сплава.

0Дл  повышени  плотности поверхностного сло , что обеспечивает высокую износостойкость , рекомендуетс  лазерное оплавление этого сло  вести при невысокой плотности мощности и малой скорости об5 работки. В этом случае газы, сорбированные на порах, успевают всплывать на поверхность и, удал  сь, улучшают вакуумные свойства рабочего износостойкого сло .

0Наличие износостойкого сло  с модулем упругости, отличным от модул  упругости материала шарика, позвол ет повысить износостойкость направл ющей и каретки. Выбор пределов дл  модул  упругости

5 наплавл емого материала обусловлен целью изобретени  и определен экспериментально: Е (1,0-1,2)Е .

Если Е 1,0 Е , то более интенсивно происходит износ направл ющей и каретки,

0 чем шариков. Это  вление нежелательно, так как направл юща  и каретка значительно дороже шариков

Если Е 1,2 Е , то в этом случае может произойти интенсивный износ шариков, что

5 также нежелательно.

При толщине наплавленного с помощью дуги плазмотрона сло  меньше 0,2 диаметра шарика может происходить его продав- ливание и в итоге быстрое разрушение.

0При наплавке поверхностного сло  толщиной более одного диаметра шарика в нем могут возникать значительные термические напр жени , что вызывает по вление поверхностных трещин.

5Существенным признаком за вл емого

способа  вл етс  также то, что перед окончательной механической обработкой на поверхности наплавленного износостойкого сло  производ т переплав его части так, что

0 создают дополнительный слой с аморфной или микрокристаллической структурой толщиной 0,001-0,01 диаметра шарика.

При переплаве дл  улучшени  качества поверхностного сло  режимы обработки

5 подбирают исход  из требований получени  наилучшей микрогеометрии поверхности.

Переплав части износостойкого сло  и быстрое его охлаждение (105-106 град/с) обеспечивают аморфную или микрокристаллическую структуру поверхностного рабочего сло . Кроме того, переплав металла дает дополнительный эффект рафинировани  металла от примесей и неметаллических включений, т.е. повышает его чистоту, а следовательно, оказывает вли ние на механические и трибологические параметры.

В ходе проведени  опытно-промышленных испытаний установлено, что толщи- на дополнительного сло  должна составл ть 0,001-0,01 диаметра шарика.

При этом, если толщина дополнительного сло  с аморфной или микрокристаллической структурой меньше 0,001 диаметра шарика, то эффект повышени  износостойкости направл ющей и каретки практически отсутствует, однако могут по вл тьс  в процессе работы поверхностные микротрещины .

При толщине дополнительного сло  больше 0,01 диаметра шарика необходимы очень мощный источник тепла и сложна  система охлаждени , что практически трудно осуществимо в промышленных услови х. При этом возможно отслоение и выкрашивание этого дополнительного сло .

Способ осуществл ли следующим образом .

Из поковок, например, стали ХВГ изготовили направл ющие и каретки линейных подшипников. Модуль упругости стали ХВГ Е 2 105 МПа. В каретках, которые перемещаютс  по направл ющим, установили шарики из стали ХВГ, диаметр шарика dm 10 мм. Термообработку направл ющих и кареток проводили по следующему режиму: нагрев до температуры 830°С, охлаждение в масле, отпуск 220°С. После удалени  окалины на контактные поверхности направл ющих и кареток производили наплавку плазмотроном сло  стали 15Х11МФ толщиной 4 мм (0,4 dm). Затем осуществл ли окон- чательную механическую обработку направл ющих и кареток. Оплавление контактных поверхностей направл ющих и кареток производили на лазерной установке Комета. В качестве источника тепла использовали , например, С02-лазер непрерывного излучени  мощностью 1.5 кВт. Глубина оплавлени  60 мкм.

Аналогично наплавл ли на контактирующие поверхности направл ющих и кареток стали 10Х7МВФБР - Е 2,46 10Ь МПа, ЗОХ19Н9МВБТ Е 2,10 105МПа , 10Х11Н20ТЗР - Е 1,64 105 МПа и др. Материал направл ющих, кареток и шариков - сталь ХВГ во всех случа х оставалс  неизменным.

Из направл ющих и кареток вырезали образцы дл  испытаний на динамический износ. Испытани  за вл емого способа были проведены при граничных (опыты 2, 4, 7, 8), оптимальном (опыт 3) и запредельных (опыты 1, 5, 6, 9) параметрах (таблица). Дл  получени  сравнительных данных были проведены испытани  известного по прототипу

способа (опыт 10).

Анализ данных, приведенных в таблице , показывает, что предлагаемый способ обеспечивает повышение износостойкости направл ющих и кареток в 2,2-3,8 раза по

сравнению с прототипом.

Ожидаемый народно-хоз йственный экономический эффект от использовани  предлагаемого способа за счет улучшени  эксплуатационных свойств линейных подшипников ориентировочно составит 1500- 2000 руб. на одном металлорежущем станке.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ изготовлени  узла шариковой

   направл ющей пр молинейного перемещени , заключающийс  в изготовлении направл ющей , каретки и шариков, предварительную и окончательную механическую обработку и сборку, отличающийс 

   тем, что, с целью улучшени  качества готового издели  за счет повышени  износостойкости направл ющей и каретки, после предварительной механической обработки на рабочие поверхности направл ющей и

   каретки посредством дуги плазмотрона наплавл ют износостойкий слой материала с модулем упругости Е, определ емым из соотношени  Е (1,0-1,2)Е где Е - модуль упругости материала шарика, при этом толщина наплавл емого сло  определ етс  из соотношени  tH.c. (0,2-1,0) dm, где dm диаметр шарика, а перед окончательной механической обработкой на контактирующих поверхност х направл ющей и каретки осуществл ют переплав наплавленного сло  на толщину 0,001-0,01 диаметра шарика.

   Продолжение таблицы