Способ изготовления деталей

(56) Резание и инггрумент. Вь(пуск 39 Харьков. Ви(ца цколд, 1988,Изобретение относится к машиностроению,Целью изобретения является повышение качества эд счет обеспечения криостдбилиэдции детали и инсгруменга.В предлагаемом сцособе леханическои обрдботки изделия, напри(лер из металлов и сплавов, включдощегл операции формсобрдэовдния и доводки поверхности перед механической обрдботкои воздействуют на иэделие и обрабатываюции инструглент сжиженным инертным газогл или азотом, проводят механическую обработку в среде указанных газов, используемых в качестве криостабилиз(лрующей, защищающей и смывающей жидкости, обработанное изделие извлекают из среды обработки, а затем утилизируют отходы производства непосредственно из сжиженного газа для токсичных и особо чистых материалов, например бериллия, ниобия, или обычным способом для прочных материалов. Операцию предварительного воздействия на изделие и обрабатывающий инструмент сжиженным 5 О 175)9562 А 1(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕ 1 АЛЕИ (57) ИзоЕретение относитгя к мдшиностроеник) елью изобретения является повышение качества деталей эа счет обеспе ения криг)Гтдбилиздции детдлл и инстГ)ументд. Перед механической обработкой деталь и инструмент предварител 1,но захолаживдют до температуры сжиженного гдзд 2 ил. ицергцым газом или дзотом осуществляют до полного здхолаживдния и термостдбилиздции при температуре сжиженного газа изделия и инструмента.И(г.пользование сжиженных газов возмо,кно в двух вариантах - погружением изделия и инструмента в термостдт с крложидкостью (оптимальный вариант) или воэдеиствием нд них струями жидкости с тепловым экрднировднием объема, в котором проводится обработка (создание среды сжиженного газа). Этим обеспечивается стабилизация температуры изделия и инструмента, защита поверхности изделия и инструмента с газами атмосферы, причем имеющее место незначительное газоотд ление (пузырьками) в месте контакта инструмента и детали практически не влияет на их химическое состояние, в частности и изза низких температур обработки, при которых скорости диффузии газов в материалы крайне малы. Сжиженный газ используется также в ходе цбработк)л как смывающая жидкость,Экспериментально установлено, что обработку точением и доводкой в жидком азота обеспечивают режим криостабиг зациии делия и инструмента на уровне, задаваемом криокидкостью, Криостябиллзацля изделия в процессе обработки искл,счаетвлияние термических напряжений из-затемпературных градиентов вдоль изделия,что обеспечивает первуо цель изобретения- возмокность получения точной геометрии, Улучшаются также условия работы инструмента,Химическая чистота г,оверхности лзделия(и инструмента) обеспа,ивается тем, чтоони постоянно находятся в соеде ские: - 15ного газа, время контакта и количество газообразного вещества среды обработкистоль малы, что их влиянием можно пренебречь, особенно, если учесть малые скоростидиффузии азо в ееса при темперэтурэх среды обработки, Химическая чис 1 отаобработанных в жидком азоте поверхностей подтверкденэ нашими данными, Оже.- спектрометрического анализа,Возможность получения более высоких, 25чем после обычных механически; обработок, фактических свойств подтверждаетсяфактами отсутствия заметных изма; енийхимического состава и температуры поверхности лзделия в процессе обработки в сжиженных газах, В этом случае исключэ отсяусловия образования микротренИн зэ счетградиентов термических напряканикул нэ поверхности, совокупного действия температурных градиентов и взаимодействия, 35например, с кислородом, приводящих к изменению обьема в окислительных участка;.и трещиноватости и т,д. Вгясо;ие физические характеристики получаемых после механической обработки в жидком азоте 40поверхностей подтверждены экспериментально В частности при измерениях мягнигных характеристик при 4,2 К. Сочетаниехимической защиты и отсутствия температурных градиентов исключает Вознлкновение дефектов типа трещин, микротрещин ит,д., что существенно улучшает физическиесвойства обработанной поверхности. Обработка холодом инструмента требует многостадийного процесса и является 50одноразовой, к тому же не исключает изменения свойств инструмента в процессе обработки,Криостабилизация инструмента обес.печивает его стабильность в процессе обработки, что дает в результате повышениеизносостойкости в 2-3 раза.П р и м е р. Проверка способа проводилась путем обработки на токарном станке Втермостате с жидким азотом цилиндрических образцов с диаметром 6,:.7 мм, длиной5060 мм. Проверялись материалы - сталь12 Х 18 Н 9 Т, титан, молибден и чистый ниобий,Проверка проводилась по следующейтехнологии: получение исходных заготовокточением в обычнь:х условиях с припуском, 0,5,0,7 мм нэ сторону; захолэживэние заготсВки, установленной В центсях В термостате, заполняемом жидким азотом, дссостояния термодинамического равновесиясистемы; захолаживание резца в резцедержателе погружением в термастат с жидкимазотом, установка и крепление резцедержателя на суппорте станка; точение в жидкомазоте до диаметра около 6 мм, длина около60 мм, чистота поверхности Л 8 Л 9 (скорость 2500 об/мин, подача 30-50 мкм/об, глубина резанля 0.10,15 мм); доводка вжидком азоте накатыванием шариком с диаметром 5 мм при нагруз . 3050 Н, числопрсхсдсВ 3 э.Для сравнения были подготовлены образцы, обоаботанные точением и шарикомс близкими рекимами обработки, но в обычньх условлях, в качестве СОЖ использовался этиловый спирт.Ня фиг. 1 гОказана схема установки настэ; ке; на фиг, 2 - схема установки резца вдержателе,Термастат 1 крепился через конус Ыорзе 2 в задней бабке станка, Передний конус3 зажимался в патрон, а задний 4 монтировался во вращающемся центре задней бабо Конусы изготовлены из стаги 12 Х 18 Н 9 Т.;Лежду обратными конусами 3 и 4 зажимаглобразец 5, Образец осторожно поджимализадней бабкой станка и остировали в центрах. Движение от станка передавалось через передний конус.Зяхслэкивание системы производилось путем заллвки термостата жидим азотом до установлсния термодинамическогсрэвновеси. системы, При этом в процессезэхолаживания титана, ниобия и молибденаОбразцы осорожо поджимались задейбабкой, После проверки установяи образцав центрах производилась проверка системына вращение. Установлено, что такая система обеспечивает без протекания азота и обмерзания валов работу со сксростямлвращения о; 0 до 2500 об/мин (огсаничениескорости станка),Предварительно были проведены экспериментальные работы по изучению стойкости резцов из разных материалов притемпературах жидкого азрта, Было установлено, что резцы из гексанитг, эльбора, композита и синтетических алмазов за счетсильнаг охрупчиванля практически теряст5 10 15 20 25 30 40 45 50 стойкость, Тэк, проверкой на ниобии разной степени чистоты установлено, что при глубине резания 0,2. 0,15 мм, при скарсстл врэщения шпинделя 600 2000 об/мин резцы из указэнных материэлав полностью стэчиваются н;: глубину резания при проходе порядка 1520 мм.Проверка быстоорежущих сталей (Р 6 ГЛ 5, Р 18 У) дэлэ другие результаты - при охлаждении износостойкость этих материэлов повышается в 2 - 3 рэзэ, Поэтому при проведении всех работ использовались резцы из быстрорежущих сталей.Следующим было изучение вопросов криостэбилизэции изделия и инструмента. Экспериментэльно было установлено,;то например при точении 1 иобия, титана и других материэлов в жидком эзате с гггубиной резания 0,30,1 мм, скоростями резания 50 м/мин и выше имеет место незначительное гэзоотделение, наблюдаемое н виг,е отдельных пузырьков только в месте кантэктэ инструмента с изделием (при тщательной подготовке и правильно выбранной геометрии резца), что свидетельствует о сохранении тем перэтуры и изделием и инструментом на уровне, отличающемся не более чем на 5 К ,приблизительная оценка по скорости отделения пузыоьков) от уровня, задаваемого криожидкостью, Отделение пузырьков начиналось сразу с момента снятия стружки, скорость гэзоотделения прэктлчески была постоянной в ходе каждой обработки (при стэбильном режиме резания). что подтверждает эффект криостэбилизации при точении.При доводке притирами, накатывании шариком разогрев поверхности сопри;основения не наблюдался. Таким образом, экспериментэльно подтверждена криостабилизация изделия л инструмента при механических обработках в жидком азоте, После этих предварительных экспериментов проводилссь изучение процессов обработки нержавеющей стали, титана, ниобия и молибдена.Установлено, что обрэбатываемасть этих материалов улучшается в жидком азоте, особо отметим, что становится возможной качественная обработка ниобия (и других метэллов) особой чистоты после высоковакуумнога отжигэ для ниобия - 1800 С, 2 ч, 5 10 тор), практически невоз можнэя в обычных условиях. Получается более однородная поверхность, незначительное отклонение от формы, в частности, благодаря сохранению геометрии резца практическл неизменной в течение всего процесса точения (при комнатной темперэтуре наблюдается стэчивэние резца) и большим скооостям резэния,Состояние поверх ос контролировалось с помощью рэстровой элек 1 ранна. оптической микроскспии. Трегцин, микротрегцин и других подобных неад, арадно"тей повеохности обнаружено нг было.Оже - спектрометрическим энэ;ивом нэ примере ниобия устэновлено, что после обработки в жидком азоте концентрации кислорода и углерода неизменными на глубине ат 3000 Д до 2,5 мкм. Нэ глубине дс 3000 Л сбнэруженс экспаненциэльнсе спэдэне концентрации кислсродэ, ооуслсвле ное особенностями методики измерения (шлюзование образцов в низком вакууме) После обработки в обычных условиях обнэауженэ высокая концентрация окислов на глубине до 2,5-3 мкм, с последующим монотон ым спадом концентрации кислорода в 1015 рэз и уменьшение в 2 - 3 раза концентрэции углерода по более сложному законуРентгеноструктурным анализом установлено, что концентрацля налряений в поверхностных слоях образцов, обрэбстэнных в жидком азоте, несколько больше (для ниобия - до 45 кг/мм ), чем у обрэбоэнных2в обычных условиях (до 35 кг/мм ), но скорость спадания нэпряжений от поверхности вглубь выше, э глубинэ напряженнога слоя меньше.Таким образом, пакэзэно, что при обрэботке в жидком азоте сохрэняетс:, химическол состав поверхностных слоев металла. выше качество обработки и лучше сбаэбатывэемость мэтериэлэ, чем при обрэботке в обычных условиях, павышэется износостойкость резцов, химический состав струкки не отличается от исходного металла (при извлечении стружки чистого ниабия или титана из жидкого азота она быстро темнеет нэ воздухе, окисляясь).Формула изобретения 1, Способ изготовления деталей, при катаром осуществляют механическую обработку в защитной среде, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения качества обработки и создэния экологически чистого процессэ зэ счет криостабилизации изделия и инструмента, изделие и инструмент предварительно захолэживэют в среде сжи женнага газа, в который затем осуществляют обработку,2. Способ по 1,отл и ч а ю щ и й с ятем,что в качестве сжиженного газа используютинертный газ,З.Способпоп,1.отличэ ю щийсятем, что в качестве сжикеннага гэзэ используют азот,17595 Ы Составитель Д.Кутеп Техред М,Моргентал Редактор С,Кул орректор Н.Буцо ат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 1 рсизводс венно.издательский комб эказ 3140 БНИИПИ Гос Тиражрственного комитета и 113035, Москва, Жзобрете Раушска Подписноеям и открытиям при ГКН 1 СССнаб 4/5