Способ поверхностной термомеханической обработки металлических изделий

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскимиСоциалистическихРеслублик л 1964013 фт,Ф 1 ф 1- // . - . -ъ(22) Заявлено 2005.80 (21) 2926063/22-02 с присоединением заявки Мо С 21 0 7/02 С 21 0 8/00(23) Приоритет Опубликовано 07.10.82. Бюллетень М 37 ГосударственныМ комитет СССР по делам изобретений и открытий(33) УДК 621. 785. ,79(088.8) Дата опубликования описания 03,02,83 3".-:.,Перевозчи ов(71) Заявитель Ижевский механический институт(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙИзобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при поверхностном термомеханическом упрочнении мелкомодульных зубчатых колес волновых редукторов.Известен способ горячего накатывания зубьев и термомеханического,упрочнейия при горячем накатывании зубьев,1 1.Однако способ требует применения моцных станов для прокатки зубьев, не обеспечивает, достаточно высокой точности зубчатых колес и не может использоваться для изготовления гибких зубчатых колес.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ поверхностей термомеханической обработки металлических иэделий, обеспечивающий снижение усилий деформации при достаточно большой глубине упрочнения, включающий нагрев до температуры аустениэации, обкатку роликом,вибрирующим : частотой 20-30 Гц, с амплитудой, не превьдаающей глубины лунки контакта иэделия с роликом, и охлаждение 21.Но при этом способе возможно совмещение Формообразования и упрочнения поверхностей вращения несложнойформы типа ручьев, канавок. При обработке гибких зубчатых колес, имеюцихкак прарило, тонкую стенку и мелкиймодуль, не обеспечивается требуемойточности ни по шагу, ни по высотезубьев, а при последующем охлаждении(закалке) происходит коробленне, чтотакже снижает точность,Целью изобретения является повышение точности и долговечности изделий,Цель достигается тем, что по предлагаемому способу поверхностной термомеханической обработки металлических иэделий, преимущественно гибких зубчатых колес, включающему нагрев до температуры аустенизации, обкатку вибрирующим в радиальном направлении роликом и охлаждение, нагрев производят на глубину, равную высоте зуба и толщине стенки колеса, после нагрева перед обкаткой роликом на глубину нагретого слоя проводят предварительное накатывание зубьев этим же роликом при статических нагрузках,а в процессе охлаждения колеса осушеСтвляют калибровку зубьев роликом при статических нагрузках со сте пенью деформации 1 - 31, 964013При этом предварительное накатывание зубьев проводят до формообразования 1/3 высоты зуба, обкатку и калибровку производят зубчатым роликом, а окончательную обкатку осуществляют с амплитудой вибраций, не превышающей 2/3 высоты зуба,Применение глубинного нагрева токами высокой частоты связано с необходимостью прогрева с поверхности до температуры аустенизации на глубину, равную высоте зуба и толщине стенки колеса, что обеспечивает их закалку при последующем охлаждении, Ограничения по глубине нагрева связаны также с тем, что при увеличении глубинызатрудняется последующая механическая обработка. внутреннего диаметра колеса,Предварительное накатывание зубьев зубчатым роликом-накатником при статических нагрузках позволяет производить плавное и постепенное зацепле;ние ролика"накатника с поверхностью обрабатываемого изделия, например, через эталонное колесо, что обеспечивает то 4 ность по шагу при окончательномформообразовании поскольку обкатка вибрирующим роликом-накатником осуществляется по предварительно накатанным зубьям.Предварительное накатывание до формообразования 1/3 высоты зуба связано с ограничением допустимых статических нагрузок: при накатывании до Формообразования свыше 1/3 высоты зуба статические нагрузки достигают таких значений, при которых происходит потеря формы вследствие тонкостенности гибких колес, резко понижается точность обработки,Окончательное накатывание зубьев обкаткой вибрирующим зубчатым роликом-накатником на.глубину нагретого слоя обеспечивает упрочненив не только зубьев, но и стенки колеса. Ограничение по амплитуде вибраций ролика-накатника, не прввьыающвй 2/3 выты зуба, связано с необходимостью обеспечения точности по высоте зубьев в процессе окончательного на" катывания.Осуществление калибровки зубьев тем же зубчатым роликом-накатником при статических нагрузках в процессе охлаждения колеса исключает коробление, обеспечения тем самым точность профиля. Статические нагрузки выбираются из условия обеспечения степени деформации 1-3, при этом меньшее значение степени деформации берется для колес малых размеров, а большее для колес крупных размеров. Уменьшение степени деформации менее 1 Ъ не исключает полностью короблвния, а увеличение сверх 3 Ъ - резко увеличи-вавт вероятность хрупкого разрушения закаленных зубьев колес. Крома того, 50 55 Формообразование зубьев проводили фрезерованием, после чего осуществляли сквозное упрочнение колес объемной закалкой с печного нагрева с закалкой от 8 б 0 С в воду.После поверхностной термомеханической обработки и объемной закалки колеса подвергали отпуску при 500 С в течение 2 ч. Окончательную механическую обработку проводили растачиванием внутреннего диаметра.Оценку точности колес проводили путем замера шага, высоты зуба и диаметра по впадинам зубьев на длинномере ИЗАс точностью 0,001 мм. Результаты замеров показали, что точность колес, изготовленных поверхнос тной термомеханической обработкой, не уступает точности фрезерованййхс последующим сквозным упрочнением при увеличении степени деформациипроисходит уменьшение размеров, чтокрайне нежелательно с точки зренияобеспечения точности.Поверхностной тврмомвханичвской5 обработке подвергали заготовкикольца из .стали 40 Х (шириной 15 мм,наружным диаметром 120 мм и толщинойстенки б мм) для получения гибких зубчатых колес со следующими характеристиками;Модуль Ю 1Высота зуба И 2,2 ммЧисло зубьев 2. 120Толщина стенки сГ 1 ммГлубинный нагрев токами высокойчастоты до температуры аустенизации950 С производили от лампового генератора ЛЗ-б 7 В секторным индукторомна глубину 3,2-3,5 мм, что контролировалось по торцовой поверхности заготовки колеса оптическим пирометромОППИР. Предварительное накатывание зубьев зубчатым роликом-накатником, профиль которого соответствовал профилю гибкого колеса, проводили на глубину 0,70-0,75 мм, что достигалось при предельно-допустимойстатической нагрузке 800 кГс.Окончательное накатывание зубьев осуществляли тем же роликом-накатником приЗО частоте вибраций 30 Гц от пневмомолотка МО. Амплитуду вибраций роликанакатника в пределах 1,50-1,45 обеспечивали поджатием пневмомолотка к.обрабатываемой заготовке с усилиемЗ 5 400 кГс, Охлаждение колеса после Формообразования зубьев проводили вспрейерном устройстве водой под давлением 2 ати. В процессе охлаждения колеса производили калибровку зубьев40 при отключенном пневмомолотке и статических нагрузках 200 кГс,что обеспечивало степень деформации 2.Для получения сравнительных данных изготовляли гибкие колеса но сле 45 дующей технологии,Заказ 266/3 . Тираж 587 Подписное ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 и находится в пределах, обусловленных чертежом колеса.Прочность зубьев проверяли испытанием на срез, которые проводили на испытательной машине ИУП.Прочность зубьев колес после поверхностной термомеханической обработки возросла на 20 (максимальное усилие среза составило 95 кГс/мм при 80 кГс/мм у Фрезерованных колес с последующей термической обработкой).. Конструктивную прочность стенки колес оценивали по результатам испытаний на статический и ударный изгиб образцов-сегментов, вырезанных иэ колес,После поверхностной термомеханической обработки предел прочности .при изгибе увеличивается на 15 (со 151 кГс/ммфдо 200 кГс/ммЦ, предел упругости на 12 со 107 кГс/мм до 128 кГс/юР), пластичность на 10 (с 6,4 мм до 7,1 мм) и ударна вязкость на 60 (с 1,4 кГс см/см до 2,2 кГс см/см)Усталостные испытания при цикли" ческих иэгибных нагрузках проводили по методу задаваемой упругой дефор,мации до 10. Долговечность гибких колес повысилась в 3-5. раэ в зависимости от уровня задаваемой упругой деФормации. Применение предлагаемого способа позволит в 2-3 раза уменьшить трудоемкость и себестоимость изготовления, сократить длительность производственного цикла в 4-5 раз, повысить эксплуатационную надежность и долговечность гибких колес в 3-5 раэ. Формула изобретения1. Способ поверхностной термомеханической обработки металлическихизделий, преимущественно гибких эуб"чатых колес, включающий нагревание5 до температуры аустениэации, обкатку вибрирующим в радиальном направлении роликом и охлаждение, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения эксплуатационной надеж 10 ности и долговечности:, нагреваниепроизводят на глубину, равную высотезуба и толщине стенки колеса, посленагревания перед обкаткой вибрирующим роликом проводят предварительноенакатывание зубьев этим же роликомпри статических нагрузках, а в процессе охлаждения колеса осуществляют калибровку зубьев при статических .нагрузках со степенью деформации1-3.2. Способ по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем; что предварительноенакатывание зубьев проводят до фор"мообразования 1/3 высоты зуба.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что обкатку икалибровку осуществляют зубчатым роликом.4. Способ по пп, 1-3, о т л и -ча ю щ и й с я тем, что окончатель.ную обкатку осуществляют с амплитудой вибраций, не превышающей 2/3 высоты зуба.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе35 1. фМЬталловедение и термическаяобработка металлов", В 11, 1971,с. 60-61,2. Авторское свидетельство СССРВ 488870, кл. С 21 0 7/06, 1974.