Способ упрочнения поверхностей металлических заготовок

О П И С А Н И Е947200ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфтоз СоеетеиыаСфцнаинетнчеенихРесттубинн(5)М. Кл. С 21 О 1/04// В 06 В 3/00 3 Ьеударетеееый кенятет СССР лф делан язфбрателля и етхрытнй(72) Авторы изобретения иъаав 1 М. Д. Тявловский и М. Н, Лось(7) Заявитель Минский радиотехнический институт(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК Изобретение относится к упрочняюще-чисто. вой обработке при воздействии ультразвуковых колебаний и может быть использовано в раз.личных областях машиностроения и приборостроения.Известен способ упрочнения поверхности металлических заготовок, по которому шарик, служающий обрабатывающим инструментом и связанный с концентратором ультразвукового преобразователя, ударяет по поверхности обра. батываемой заготовки с ультразвуковой часто.10 той и одновременно вдавливается в поверхность с постоянной статической нагрузкой 50 - 300 Н. По данному способу ультразвуковое упрочнение ведут на воздухе при нормальныхтемпературах 11.Недостаток способа в том, что при обработке заготовки на воздухе на поверхности образуются окисные пленки, которые под воздействием ультразвуковых колебаний инструмента разрушаются. В момент контакта инструмента и детали происходит схватывание их ювенильных поверхностей и образование мостиков сварки, которые периодически разрушаются в момент отрыва ультразвукового инструмента. Это ведет к снижению качества упрочняемого слоя. В зоне контакта обрабатывающего инструмента с поверхностью детали происходит рез. кое повышение температуры (до 1473 К), что приводит к частичному разупрочнению вследствие локального отпуска.Известен также способ ультразвуковой обработки поверхности металлических заготовок в вакууме с одновременным охлаждением обра. батывающего инструмента и заготовки до температуры от 273 К до порога хладноломкости обрабатываемого материала 21Способ не всегда обеспечивает требуемое качество обработки, а подготовительные опера. ции передупрочнением длительны в связи с необходимостью проведения работы в вакууме,Цель изобретения - повышение качества обработки и производительности.Эта цель достигается тем, что в способе упрочнения поверхности металлических загото. вок ультразвуковым инструментом при низких температурах, заготовки перел упрочнением покрывают тонким слоем граничной смазки, ис.3 947200ключающей окисление поверхности, например,глицерином.В граничную смазку вводят порошкообразное медьсодержащее вещество, например, сульфат меди в количестве 1 - 20 мас.%,5В качестве граничной смазки можно ис.пользовать металлопдакирующую смазку, на.пример, ЦИАТИМ - 201 с добавлением 3 - 15 мас.%порошка меди,Покрытие Заготовок тонким слоем гранич. 10ной смазки, исключающей окисление их,поверхности, позволяет устранить образование окисныхпленок на поверхностях обрабатываемых деталей при ультразвуковой обработке, что уменьшает работу выхода электронов и тем способ.ствует протеканию хемосорбционных процессови разрыхлению поверхностного слоя. При упрочнении поверхности заготовки из меди и ее спла.вов на поверхностях инструмента в результатехемосорбционных процессов образуется тонкаяпленка меди, Наличие пленки меди уменьшает ко.эффициент трения, вероятность непосредственногоконтакта поверхности инструмента и заготовокпонижает температуру в зоне деформации и,следовательно, уменьшает износ ультразвукового 2инструмента,Охлаждение заготовок перед упрочнениемот 273 до 4 К позволяет повысить производительность процесса упрочнения по сравнениюс одновременным охлаждением обрабатываю 30щего инструмента и заготовки при ультраэву.ковой обработке. В предлагаемом способе, предварительно охлаждают заготовки в специальном холодильнике и устанавливают на токарномстанке для упрочнения ультразвуковым инструментом. В этом случае отпадает необходимость35проводить охлаждение заготовки и инструментав процессе обработки, что экономит время.Для упрочнения заготовок из металлови сплавов не содержащих пленкообразующих40веществ, в граничную смазку вводят порошкообразное медьсодержащее вещество, например,сульфат меди в количестве 1 - 20 мас,%. Вэтом случае на рабочих поверхностях инструмента образуется тонкая пленка меди в результатехемосорбционного взаимодействия медьсодержа.щих веществ, находящихся в зоне обработки,с поверхностно-активными веществами (глицерином, сниртоглицериновой смесью, олен.новой кислотой, сульфанолом) и с поверхностями трения.50В качестве граничной смазки можно исполь.зовать металлоплакирующие смазки пластичные (консистентные) и жидкие, содержащиев составе порошок пленкообразующего металлав количестве 3 - 15 мас.%, подвергающегося иэ 55бирательному растворению, окись металла илиметаллоорганЮеское соединение, подвергающиеся восстановлению или распаду в зоне де 1, формации и выделяющие металл, идущий наобразование металлоплакирующей пленки. Приобработке заготовок, покрытых тонким слоемметаллоплакирующей смазки, на рабочих поверхностях ультразвукового инструмента образуетсязащитная металлическая пленка, в которойимеет место диффуэионно.вакансионный механизм. Наличие защитной металлической пленкиуменьшает коэффициент трения и вероятностьнепосредственного контакта поверхност:йультразвукового инструмента и заготовки, по.нижает температуру в очаге деформации, уменьшает износ инструмента. Уменьшение температуры в очаге деформации позволяет увеличитьскорость обработки,Предварительное охлаждение детали поэво.ляет также уменьшить температуру в зонеконтакта инструмента с материалом, создаетусловия избирательного переноса в процессеупрочнения и повышает производительностьтруда,Интенсификация процесса упрочнения ультразвуковым инструментом достигается засчет импульсного, ударного приложения нагрузки с быстрым возрастанием давления дозначительной величины, чередующегося со стольже быстрым понижением нагрузки. Прн такихусловиях обработки распределение напряженийотличается локальностью и значительной не.равномерностью, обрабатываемый материал проявляет большую склонность к упрочнению,чем при обычном пластическом деформировании.При ультразвуковом упрочнении бронзовыхзаготовок, предварительно покрытых тонкимслоем глицерина и охлажденных до минусовойтемпературы, в процессе обработки в зонеконтакта пары инструмент-заготовки создаютсяусловия для проявления эффекта избирательно.го переноса, выражающегося в образованиина рабочих поверхностях инструмента .онкойнлснки меди, имеющей значительную механи.ческую прочность на сжатие и низкое:опротивление тангенциальному сдвигу. Тонкая пленка меди сохраняется на рабочих поверхностяхинструмента непрерывно в течение всего процесса обработки, Наличие тонкого слоя смазкии пленки уменьшает контактное трение и износинструмента. Тонкий слой меди обладает более,низким пределом текучести, сопротивлениемсдвигу по сравнению с материалом обрабатыва.юшего инструмента.Обработка по предлагаемому спосо 5 у осуществляется следующим образом.Заготовки, например из бронзы, покрываюттонким слоем технического глицерица и охлаждают в холодильнике до 123 К. Охлажденнуюзаготовку закрепляют в патроне токарногостанка, прижимают к ней с силой 300 Н."трумента и заготовки при обработке охлажценных заготовок.Формула изобретения1, Способ упрочнения поверхностей металлических заготовок инструментом, на которыйнакладывают ультразвуковые колебания, азаготовку охлаждают от 273 до 4 К, о т л и.ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышениякачества обработки путем исключения окисления обрабатываемых поверхностей, заготовкиперед упрочнением покрывают слоем граничнойсмазки, в которую вводят порошкообразноемедьсодержащее вещество.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, в качестве граничной смазкииспользуют глицерин или металлоплакируюшиесмазки.3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве порошкообразого медьсодержашего вещества берут сульфатеди в количестве 1 - 20 мас.%.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Муханов И. И, Импульсная упрочняющечистовая обработка деталей машин ультразву.ковым инструментом. М., "Машиностроение",1978, с. 15-35.2, Авторское свидетельство СССР Хо 567757,кл. С 21 О 1/04, 1976. 5 947200деформируюший инструмент - стальной шарикдиаметром 10 мм, соединенный с концентратором магнитострикционного преобразователя,При режиме обработки . - частота ультраэвуко.вых колебаний - 22 кГц, амплитуда -О мкм, скорость вращения заготовки -150 об/мин при продольной подаче 0,1 мм/обшероховатость упрочненной поверхности уменьшвась с 1,25 до 0,08 мкм и одновременноповысились физико-механические свойства 10поверхностного слоя: твердость и прочность,сжимающие остаточные напряжения,При обработке заготовок иэ ст. 45 ихпокрывают тонким слоем технического глицерина, в который вводят сульфат меди в коли.честве 20 г/л. Заготовки охлаждают до 173 К,закрепляют на станке, прижимая инструментк заготовке с силов 200 Н. Режим обработкианалогичен режиму при упрочнении заготовокиз бронзы.ЮИспользование предлагаемого способа позво.ляет повысить износостойкость обрабатывающего инструмента эа счет создания на инструменте в процессе обработки тонкого слоя меди,обладающего низким пределом текучести исопротивлением сдвигу по сравнению с матери 3 алом обрабатывающего инструмента, повысить4 сачество упрочненных деталей эа счет уменьше 1 юия схватывания ювенильных поверхностей инСоставитель В. Шарина Техред Е. Харнтончик Редактор П. Макаревич Корректор О. Билак Заказ 5547/40 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Прогнившая, 4 Тираж 587 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо пелам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5