Способ упрочнения поверхности металлических изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ А РЕСПУБЛИК(19 5)5 С 21 О 8/00 ПИСАНИ ЗС)БРЕТЕ К ПАТЕН личевания в поГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Ульяновский политехнический институт (72) В.Ф,Жданов и А,В.Кузнецов(56) Богоявленский К,ИКондрашов В.М, и Кропотов Г,А. Вестник машиностроения, 1979, М 8, с.б 6-67,:Жданов В.Ф. и Кузнецов А.В. Об улучшении эксплуатационных свойств поверхностей сложной формы. В кн, "Разработка и промышленная реализация новых механических и физических методов обработки. М.: 1988, с.310-311.(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к обработке металлов с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее струи жидкости, и может быть использовано в машиностроении при упрочнении поверхности изделий. Цель Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к технологии упрочняющей обработки.. Целью изобретения является уве ние износостойкости путем формиро сжимающих остаточных напряжений верхностном слое изделия,Обработка производится сформированной струей жидкости, т,е. деталь располагается на некотором расстоянии от сопла. В этом случае энергия струи жидкости используется более полно, Так как, в данном случае обрабатываемая деталь не связана жестко с рабочей камерой и струю жидкости можно изобретения - увеличение из носостой ко- сти путем формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое изделия. Сущность изобретения заключается в том, что воздействие осуществляется импульсной струей со скоростью истечения жидкости Кт+ о/рж Сж зи а и частотой следования имп льсов 120 Кпе Ксбстр Чэп й/Сжх х 1 ф з 1 п 2,С 2 1/Я, где Кт-эмпирический коэффициент, например для стали 40 ХКт = 1/1,63, безразмерный; сг, - предел текучести обрабатываемого материала; рж - плотность жидкости; С - скорость звука в жидкости; а - угол между осью струи и по- ВЕРХНОСтЬЮ ИЗДЕЛИЯ; КпеР - КОЭффИЦИЕНт перекрытия зон упрочнения; бстР - диаметр струи; Я - скорость подачи изделия относительно струи жидкости; Кс - эмпирический коэффициент, учитывающий отличие размера упрочненной зоны от диаметра струи. направить в любую зону детали, требующую обработки, Кроме того, при ударе о поверхность наступает процесс поперечного растекания, жидкость движется со скоростью, в 2-6 раз большей скорости удара, т.е. используя этот эффект, можно упрочнять труднодоступные поверхности, обработка которых другими методами невозможна, например стенки Т-образного паза, При этом режим упрочнения избирается исходя из свойств обрабатываемого материала, Так, скорость импульсной струи жидкости, основной параметр обработки, определяет из следующего соотношения/2/ й ),/Сж2 50 55 где Кт - коэффициент, учитывающий изменение термодинамического состояния поверхности в результате действия струи и свойства жидкости;% - предел текучести материала, МПа; рж - плотность жидкости, кг/м;Сж - скорость звука в жидкости, м/с; а - угол между осью струи поверхностью детали, град,Данная зависимость основана на следующем, Для того чтобы упрочнить поверхностный слой (ПС) детали, необходимо, чтобы напряжение, действующее в ПС, превышали или были равны пределу текучести материала детали от, т.е. на поверхности детали необходимо создать. давление Р, равное пределу текучести материала. Так как взаимодействие струи жидкости с поверхностью детали можно рассматривать как создание распределенной нагрузки величиной Р. Следовательно, данное условие принимает видР аг Кт,где Кт - коэффициент, учитывающий изменение термодинамического состояния поверхности.Давление, создаваемое импульсной струей жидкости на поверхность материала ,наиболее точно определяется зависимостями основанными на формуле гидроударэ Н, Е.Жуковского: Р = К 2 рж С Ч зи а,где К 2- коэффициент, учитывающий свойства жидкости.Окончательно получаем Кт Ож= рж Сж Ч з 1 п а. Коэффициент Кт зависит от структуры и свойств обрабатываемого материала, а также от свойств рабочей жидкости. Для стали 40 Х "(НВС 35-39 ед) кг составляет 1,36.Обработка деталей струей, имеющей скорость, определяемую по приведенной зависимости, дает наибольшую величину сжимающих остаточных напряжений или позволяет получить требуемый уровень остаточных напряжений с меньшими затратами.Следующим важным параметром упрочнения является частота следования струй жидкости, т.к. диаметр струи и диаметр зоны действия давления, создаваемого струей, меньше габаритных размеров заготовки, Требуется последовательное нанесение удэ ров струй с определенным коэффициентом перекрытия,Предлагается частота следования струй определять исходя из диаметра струй Остр, коэффициента перекрытия Кпер отпечатков, подачи, с которой движется приспособление с деталью относительно устройства для создания струй где 1- частота следования, Гц;8 - подача, м/мин;Ч,=Ч залпаСледующая зависимость основана наследующем. При взаимодействии с воэду хом после вылета из сопла струя жидкости приобретает сферическую форму в своей головной части, при чем радиус головной части может превышать диаметр струи, Следовательно, в начальный момент взаимодействие импульсной струи жидкости с поверхностью детали можно рассматривать, как взаимодействие сферы с плоскостью, в допущении, что жидкость сжимается.При взаимодействии сферы с плоскостью в начальный момент времени давление действует лишь нэ маленькой площадке, затем диаметр этой площадки растет с определенной скоростью, причем величина этой 35скорости в начальный момент времени превышает скорость распространения ударной волны, сформировавшейся в момент первого контакта струи и плоскости. В тот момент, когда скорость расширения эоны действия 40 даьления станет равной скорости распространения ударной волны давление резко спадает, т.к, начинается поперечное растекание жидкости, находящейся в струе 7. Следовательно диаметр зоны, в которой действует давление. определяется из условия начала поперечного растекания ди-Ксденар с % ЯСж2где бдд-диэмет зоны действия давления, мм;Кс - коэффициент, учитывающий отличие диаметс тловной части струи от диаметра самой струи (Кс = 1-4).Для того чтобы обрабатывать всю поверхность детали и создать поверхностный слой с одинаковыми свойствами на всем протяжении обрабатываемой поверхности необходимо, чтобы на поверхность нано1806210 10 120 Кпер Кс бстр Чвп а/Сжх 120Кпебдд 8проведена экспериментальэаявляемого способа. Обраимпульсной струей жидкости , рассчитанными по эависипоэволила увеличить износоаботанных поверхностей на Авторами ная проверка ботка деталей с параметрам мости (1) и (2), стойкость обр 50-75. Формула изобретения Способ упрочнения поверхности металлических иэделий, включающий воздействие импульсной струей жидкости, направленной под углом к обрабатываемой поверхности, с заданной скоростью истечения и частотой следования импульсов и подачу изделия относительно струи с переСоставитель А. ОрешкинаРедактор 3. Ходакова Техред М,Моргентал Корректор М. Максимишинец каз 966 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патен город, ул.Гагарина, 10 сился ряд ударов импульсной струей, причем зоны действия давления должны располагаться с определенным коэффициентом перекрытия.Имея в своем расположении какое-либо устройство перемещения детали относительно сопла и зная его воэможности, напримерр скорость перемещения (8, мм/мин), можно определить режим обработки - частоту следования струй крытием эон упрочнения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения износостойкости путем формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном 5 слое иэделия, воздействие осуществляютструей со скоростью истечения жидкости Кт %ф Сж зи а и частотой следования им. пульсов От - предел текучести обрабатываемогоматериала МПа;рж - плотность жидкости, кг/м;зСж - скорость звука в жидкости, м/с;а - угол между осью струи и поверхностью изделия, град;Кпер - коэффициент перекрытия зон упрочнения, безразмерный;Остр диаметр струи, м;8 - скорость подачи изделия относительно струи жидкости, м/мин;Кс - эмпирический коэффициент, учитывающий отличие размера упрочненной эоныот диаметра струи, например для стали 40 Х,КС= 1;Ч - скорость импульсной струи,