SU1756125A1

SU1756125A1 - Способ упрочнени поверхности металлических изделий

Info

Publication number: SU1756125A1
Application number: SU904849182A
Authority: SU
Inventors: Михаил Доминикович Тявловский; Мечислав Николаевич Лось
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1990-07-10
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1992-08-23

Abstract

Использование: обработка металлов давлением, отделочна обработка поверхностей . Сущность изобретени : при упрочнении обрабатываемых изделий инструменту сообщают ультразвуковые колебани и охлаждают его рабочую поверхность путем подачи снаружи хладагента до температуры 285-275 К. Изделие перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, содержащей порошкообразные медьсодержащие вещества. 1 ил.

Description

Изобретение относитс к области обработки металлов давлением и может быть использовано дл поверхностного упрочйе- ни крупногабаритных изделий и отделочной обработки поверхностей.

Известен способ упрочнени металлических изделий, по которому стальной или твердосплавный шарик, служащий обрабатывающим инструментом и св занный с концентратом ультразвукового преобразовател , удар ет по поверхности обрабатываемого издели с частотой 18-24 кГц и одновременно вдавливаетс в поверхность с посто нной статической нагрузкой 50-300 Н. По данному способу ультразвуковое упрочнение ведут на воздухе при нормальных температурах.

Недостаток этого способа состоит в том, что при обработке на воздухе на поверхности изделий образуютс толстые окисные пленки, которые под воздействием ультразвуковых колебаний инструмента разрушаютс . Вследствие этого в момент контакта инструмента и издели происходит схватывание их ювенильных поверхностей и образование мостиков сварки, которые

периодически разрушаютс в момент отрыва ультразвукового инструмента. Это ведет к снижению качества упрочн емого сло .

Известен также способ ультразвуковой обработки поверхности металлических изделий в вакууме с одновременным охлаждением обрабатывающего инструмента и издели до температуры в пределах от 273 К до порога хладоломкости обрабатываемого материала.

Недостаток известного способа заключаетс в длительности подготовительных операций перед упрочнением в св зи с необходимостью проведени работы в вакуума .Кроме того, ведение ультразвуковой обработки в услови х вакуума также увеличивает длительность процесса упрочнени поверхности изделий. Охлаждение всего объема крупногабаритных изделий в вакууме увеличивает расход хладагента и создает большие трудности в откачке крупногабаритных вакуумных камер.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению вл етс способ упрочнени металлических изделий инструментом, на который накладывают ультразвуковые коио С

vi

СЛ ON

fo

СЛ

лебани , а изделие охлаждают от 273 до 4 К, В данном способе изделие перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, в которую ввод т порошкообразное медьсодержащее вещество.

Недостаток этого способа состоит в том, что охлаждение крупногабаритных изделий от 273 до 4 К увеличивает длительность технологического процесса отделочно-упрочн ющей обработки, так как требуетс много времени дл охлаждени крупногабаритных изделий до необходимой температуры. Кроме того, в некоторых случа х при охлаждении изделий от 273 до 4 К происходит в процессе упрочнени под действием ультразвуковых колебаний разрушение на поверхности изделий замерзшей смазки, что приводит к схватыванию издели с обрабатывающим инструментом и ухудшению качества поверхностного сло .

Целью изобретени вл етс повышение производительности процесса и качества поверхностного сло .

Поставленна цель достигаетс тем, что в способе упрочнени поверхностей металлических изделий инструментом, на который накладывают ультразвуковые колебани , а издели перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, в которую введено порошкообразное медьсодержащее вещество, - в процессе упрочнени охлаждают рабочую поверхность обрабатывающего инструмента до температуры 285- 275 К.

При охлаждении рабочей поверхности инструмента ниже температуры 275 К не происходит существенного повышени производительности и качества поверхностного сло изделий, а расход хладагента значительно повышаетс . Вследствие этого экономически нецелесообразно охлаждать рабочую поверхность инструмента ниже 275 К.

При охлаждении рабочей поверхности инструмента выше 285 К происходит уменьшение износостойкости инструмента, что приводит к ухудшению качества поверхностного сло изделий.

Таким образом, при упрочнении поверхности крупногабаритных металлических изделий наиболее целесообразным вл етс охлаждение рабочей поверхности инструмента до температуры 285-275 К.

При охлаждении рабочей поверхности инструмента в процесса упрочнени температура смазки в зоне деформации не превы- шает допустимой величины и на поверхности инструмента в результате хе- мосорбционных процессов образуетс тонка пленка меди. Наличие пленки меди

уменьшает коэффициент трени , число случае непосредственного контакта поверхности инструмента и изделий, понижает температуру в зоне деформации и, следовательно , уменьшает износ ультразвукового инструмента.

Таким образом, охлаждение рабочей части обрабатывающего инструмента позвол ет повысить производительность

0 процесса за счет исключени длительного охлаждени до необходимой температуры крупногабаритных изделий по сравнению с ультразвуковой обработкой в известном способе.

5 Без охлаждени рабочей поверхности инструмента производительность процесса упрочнени с использованием влени избирательного переноса будет низкой, так как в этом случае накладываютс на смазку

0 ограничени по допустимой температуре в зоне деформации. При увеличении скорости обработки без охлаждени рабочей поверхности инструмента температура в зоне контакта ультразвукового инструмента с изделием может

5 превь1Сить433-4531Счтополностъюисключит вление избирательного переноса в зоне деформации. Охлаждение рабочей поверхности обрабатывающего инструмента позвол ет также повысить качество поверхностного сло из0 делий вследствие повышени износостойкости инструмента и уменьшени схватывани его поверхности с обрабатываемым изделием.

Кроме того, по сравнению с известным

5 способом предлагаемый способ позвол ет существенно снизить расход хладагента, так как требуетс незначительное количество хладагента только дл охлаждени небольшой массы рабочей поверхности

0 инструмента.

В предлагаемом способе скорость обработки изделий будет зависеть только от тем- пературы рабочей поверхности инструмента, так как вследствие большой

5 массы и хорошей теплопроводности крупногабаритных металлических изделий температура на их поверхности будет незначительно зависеть от скорости обработки и всегда будет значительно меньше

0 температуры на рабочей поверхности инструмента .

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет выполн ть процесс упрочнени с использованием влени избирательного

5 переноса, что имеет важное значение дл повышени производительности и качества упрочненного поверхностного сло изделий .

На чертеже приведена схема устройства дл реализации предлагаемого способа,

Устройство состоит из магнитострикци- онного преобразовател 1, концентратора ультразвуковых колебаний 2, гайки-сепаратора 3, обрабатывающего инструмента 4« вращающегос центра 5 и патрона б токарного станка, в котором установлено крупногабаритное изделие 7. Дл охлаждени рабочей поверхности инструмента 4 служит трубка 8, котора соединена гибким шлангом с сосудом Дьюара или с вихревым холодильником (на чертеже не показано).

П р и м е р 1. Крупногабаритное изделие 7 из стали 45, например, вал автомобил , закрепл ют с одной стороны в патроне 6 токарного станка, а с другой поджимают вращающимс центром 5. После этого изделие 7 обезжиривают и покрывают тонким слоем металлоплакирующей .смазки ЦИА- ТИМ-201 с 5% по массе порошка меди. Затем прижимают t к изделию 7 обрабатывающий инструмент 4 с силой N, равной 180 Н.

Включают ультразвуковой генератор (на чертеже не показан) и подают ультразвуковые колебани частотой 22 кГц и амплиту- дой 10 мкм на стальной шарик 4. Одновременно с подачей ультразвуковых колебаний охлажлают рабочую поверхность шарика 4 через трубку 8 парами жидкого азота до температуры 285 К. Затем включают привод вращени станка и устанавливают скорость обработки издели 2,5 м/с с одновременной продольной подачей обрабатывающего инструмента - стального шарика 4 в пределах 0,1 мм/об.

Охлаждение рабочей поверхности обрабатывающего инструмента уменьшает температуру в зоне контакта обрабатывающего инструмента с обрабатываемым материалом , что позвол ет создать услови дл реализации избирательного переноса в процессе упрочнени и повысить скорость обработки. В этом случае в процессе упрочнени на рабочей поверхности инструмента образуетс тонка пленка меди толщиной 1--2 мкм. Наличие тонкой пленки меди на рабочей поверхности инструмента уменьшает коэффициент трени , число случаев непосредственного контакта поверхности инструмента и детали, понижает температуру в зоне деформации и, следовательно, уменьшает износ ультразвукового инструмент .

Охлаждение рабочей поверхности обрабатывающего инструмента позвол ет также повысить качество поверхностного сло изделий вследствие уменьшени схватывани в зоне деформации поверхностей издели и инструмента.

После упрочн ющей обработки шероховатость поверхности издели уменьшилась на 3 класса по сравнению с исходной и одновременно повысились физико-механиче- 5 ские свойства поверхностного сло : твердость и прочность, сжимающие остаточные напр жени .

П р и м е р 2. Крупногабаритное изделие из стали 40Х, например, шток гидравличе0 ского ситштампа, закрепл ют его с одной стороны в патроне 6 токарного станка, а с другой поджимают вращающимс центром. Затем изделие 7 обезжиривают и покрывают тонким слоем металлоплакирующей

5 смазки ЦИАТИМ-201 с 10% по массе порошка меди, К изделию 7 прижимают обрабатывающий инструмент с силой N, равной 200 Н. Рабочую поверхность обрабатывающего инструмента 4 через трубку 8 охлаждают

0 холодным воздухом от вихревого холодильника до температуры 275 К. Режим упрочнени издели из стали 40Х аналогичен режиму, приведенному в примере 1.

Упрочн юща обработка издели по5 зволила уменьшить шероховатость поверхности на 4 класса по сравнению с исходной и повысить физико-механические свойства поверхностного сло .

Использование предлагаемого способа

0 упрочнени поверхности крупногабаритных .металлических изделий обеспечивает по сравнению с существующими способами повышени производительности в среднем в 8-10 раз за счет исключени длительного

5 охлаждени до необходимой температуры крупногабаритных металлических изделий; повышение износостойкости обрабатывающего инструмента за счет создани на рабочей поверхности инструмента в процессе

0 обработки тонкого сло меди, обладающего низким пределом текучести и сопротивлением сдвигу по сравнению с материалом обрабатывающего инструмента; повышение качества упрочненных изделий за счет

5 уменьшени схватывани ювенильных поверхностей инструмента и издели в процессе обработки изделий и повышени стойкости обрабатывающего инструмента: значительное улучшение условий активного

0 контрол , что исключает веро тность брака при отделочно-упрочн ющей обработке; сокращение расхода хладагента в 50-100 раз за счет охлаждени только рабочей поверхности обрабатывающего инструмента и ис5 ключени охлаждени обрабатываемого издели .

Claims

Формула изобретени

о

Сггасоб упрочнени поверхности металлических изделий, при котором инструменту

сообщают ультразвуковые колебани , а в процессе обработки охлаждают путем подачи хладагента на его рабочую поверхность , при этом изделие перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, содержащей порошкообразные медьсодержащие вещества, отличающийс

тем, что, с целью повышени производительности за счет увеличени скорости выглаживани и повышени качества за счет снижени контактной температуры и уменьшени силы трени , рабочую поверхность инструмента охлаждают до температуры 285-275° К.