Способ упрочнения поверхности металлических изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 191 1 033 50 4 В 23 Р 9/00. С В 24 В 39/00 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ(54) СНОС МЕТАЛЛИЧЕ (57) Изоб но-упрочн ких детал том. Цель чества об УПРИХ И тносится к отделоч аботке металличесмирующим инструменетение ющей о ожет сокращать ине крист за сч ажности или ско 3 з.п. ф - лы,енения е каия - повыш ецизионных аз сти п табл. зобретботки т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Белорусский технологический институт им. С,М.Кирова и Минский радиотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРВ 947200, кл. С 21 Р 1/04, 1980. лей. Обработка включает охлаждениедеталей вне станка с одновременнымобдуванием воздухом при относительнойвлажности 25-607 и последующую обработку инструментом в виде пульсирующего сферического деформирующего наконечника. Деталь обдувается увлажненными газами: углекислым газом,азотом, инертными газами или их смесями, имеющими относительную влажность в диапазоне 75-953. Поток газовнаправляется под упрочняющий инструмент навстречу направлению движениядетали. На границу контакта инструмента с деталью подается граничнаясмазка, жидкая или консистентная, Время загустевания слоя смазки определяется по появлению над смазкой первых1 1 ЗОЗЗИзобретение относится к отделочноупрочняющей обработке металлических деталей и может быть использовано в технологии машиностроения и приборостроения, преимущественно, при серий ном и массовом производстве прецизионных металлических деталей.Целью изобретения является повышение качества при обработке прецизионных деталей, 10Способ осуществляется следующим образом.Деталь одновременно с охлаждением или после его окончания обдувают воздухом с относительной влажностю 25 - 15 60% вне обрабатывающего устройства, а граничную смазку наносят после охлаждения на поверхность детали перед упрочняющим инструментом и на периферию контактной поверхности инструмен та и детали, причем нанесение смазки и упрочнение проводят в атмосфере увлажненного газа при относительной влажности 75-95%. В качестве увлажненного газа используют как двуокись углерода, азота, инертные газы, так и их смеси с удельным весом, большим удельного веса воздуха.Гаэ подают при избыточном давлении О, 1-20 МПа под упрочняющий инструмент 30 навстречу направлениядвижения детали относительно инструмента, а нанесение на охлажденную деталь граничной смазки опережает упрочняющий инструмент на время ее загустевания, 35Способ позволяет использовать адсорбированные до замерзания и выпавшие в иней после замораживания водяных паров в качестве дисперсно распределенного в макродефектах и эаг лубленного в дефекты поверхности хлад- агента. Замораживание, произведенное после глубокого адсорбированного проникновения водяного пара на толщину трещинноватого слоя , придает при поверхностным слоям свойства композиционного материала, где испарение и плавление инея происходит синхронно с пластическим деформированием, причем максимум пароотделения совпадает 50 с максимум давления под деформирующим инструментом.В то время, как вязкие пленки смаэок (не говоря уже о глицерине) разрушаются на вершинах микровыступов 55 и не проникают в тончайшие дефекты поверхности, адсорбционные слои водяного пара насыщают их, в данном случае хладагентом, отводя тепло ювенильных взаимодействий, на вершинах ивпадинах создавая тончайшие прослойки пара в защемляемых микрообъемах,резко снижая вероятность задира индентора, создавая в местах контактаразвитую сеть микротрещин между инструментом и материалом детали. Это,в свою очередь, увеличивает твердость, микротверДость, класс шероховатости поверхности, создавая возможность, сохраняя высокий уровень качества, увеличивает подачу, число оборотов или двойных ходов и тому подобное, т.е. резко повышается производительность труда,Существенно, что замораживание иобдув (в том числе при упрочнении)препятствуют оседанию абразивных частиц в заполненных порах и "карманах"поверхности, что необходимо для сохранения качества деформирующего наконечника.Обдув охлажденного изделия вне обрабатывающего устройства наиболеепрост при использовании холодильных(морозильных устройств) и, исходя изотносительной влажности атмосферыдействующих цехов, наиболее целесообразен при использовании воздуха относительной влажности, равной 25-60%.В этом диапазоне образуются достаточно плотные адсорбированные слои паров воды в виде инея. Превьшениевлажности приводит к рыхлости слоя ввиде снега и неравномерному распределению граничной смазки. Уменьшениевлажности ниже 25% удлиняет срок образования пленок, что нежелательно.Управление процессом происходит путемопределения времени выдержки изделия,а также изменением скорости вращениявентилятора обдува,Обдув увлажненным газом на станкев процессе обработки предназначен наряду с другими функциями для эффективного восстановления слоя инея, могущего быть нарушенным при вращенииадетали. В этом случае относительнаявлажность воздуха должна быть предельной в диапазоне 60-95%. Это нетолько не позволяет испариться слоюинея, но и способствует образованиюкристаллов инея над слоем граничнойсмазки, что способствует ее загустеванию на детали и ускоряет процесс обработки. В этом случае процесс замораживания паров происходит через слои13033смазки, что при пониженной теплопроводности смазок объясняет необходимость предельных концентраций пара,Подача увлажненного газа по деформированному следу вызвана особеннос 5 тями распределения смазывающих слоев. Последние, защищая инструмент, тормозятся перед контактной зоной, обнажая область желобчатого деформационного следа. Кислород воздуха при этом 10 проникает вслед за инструментом на периферию очага деформации. Поддержание защитной атмосферы увлажненного газа,. вытесняющего кислород воздуха, радикально изменяет положение, пре дохраняя от окислительного износа и деталь, и инструмент, предотвращает схватывание их между собой.Подача увлажненного газа при этом усиливает не только локальное образованне кристаллов инея на поверхности смазки, но и позволяет избирательно сокращать время опережения инструмента эа счет изменения влажности газа и скорости его подачи, это определяет 25 диапазон давления газа, выходящего из источника через направляющий патрубок на деталь. Минимальное избыточное давление О, 1 МПа способствует только удержанию защитной атмосферы в зоне 30 деформации. Максимальное - 20 ИПа способствует интенсивному обдуву при обработке на повьппенных скоростях. Превышение максимального избыточного давления усложняет удержание смазки 35 перед индентором, ведет к неоправданным затратам газа. Граничная смазка, наносимая на замороженную деталь с адсорбированным слоем водяного пара, твердеет, начиная с поверхности 40 изделия, и некоторое время остается в исходном состоянии на периферии достаточно обильного слоя. При нанесении жидких смазок, например, на вращающуюся деталь возникает подвиж ное тороидальное кольцо загустевающей смазки, опоясывающее деталь и сдвигающееся вслед за источником подачи смазки. Расстояние, измеренное по оси детали между точкой подачи 50 смазки на деталь до точки касания детали инструментом, может рассматриваться как дистанция опережения, позволяющая смазке загустеть после нанесения на деталь до подхода деформирующего накойчника. Время загустевания смазки и соответственно дистанция опережения определяются временем по 3544явления инея на поверхности маслянойпленки, что свидетельствует о необходимом загустевании граничной смазки,Степень загустевания подбирается, какправило, эмпирически, а избыточнаявлажность газов, подаваемых под деформирующий наконечник, способствуетсокращению времени образования внешней пленки инея, сцепленной с охлажденной основой и удерживающей смазкуот разбрызгивания. Это позволяет производительно испольэовать возможности станка и эффективно наносить смазку поливом, что упрощает реконструкцию станочного оборудования и позволяет многократное использование жидких смазок при избытке оттекающих вподдон станка.Нанесение граничной смазки на периферию контактной зоны инструментаи детали создает жидкий герметичныйзащитный слой, заторможенный над поверхностью движущегося (например,вращающегося) изделия перед деформирующим наконечником. Тыльная сторонанаконечника в районе желобчатого слоязащищена, как уже указывалось, атмосферой увлажненного газа, причем скорость истекания газа определяет положение нижней кромки заторможенныхслоев жидкой смазки. Это существеннопри подборе режима вращения и давления истечения газа.Углекислый газ, а также инертныегазы, поступая в зону деформирования,дополняют комплекс оказываемых воздействий холода и влаги и также активным влиянием на процессы деструкции твердого сплава при нагревании,что специфично при использовании инструмента на его основе в атмосферевоздуха. Аналогично воздействие и наалмазные и алмазоэаменяющие инструменты, инструмент иэ высокопрочных сталей. Кроме того, характерно увеличение твердости и иэносостойкости материалов иэ стали, обработанных в атмосфере упомянутых газов по предлагаемому способу. Причем увеличение степени и глубины наклепа достигало 30407 по сравнению с обработанными пометодике прототипа,Совокупность упомянутых факторовнаиболее выражено в толщинах О, 110.мкн и сказывается в первую очередьна периоде беззаднрной стойкости инструмента. Резкое ее повьппение обеспечивает формирование режима обработкиность воздуха приобдуве, % 50Температура деталипри обдуве, КПодача, мм/об 35Скорость вращения,м/с (об/мин) 1,2/500/Давление газа,МПа (избыт) 1Время опережения 40инструмента, с 5В качестве преобразователя выбраномагнитострикционное устройство ПМС с рабочей амплитудой 25 мкм,Для сравнения на установках токарного станка по способу-прототипу приотносительной влажности воздуха 85%обработана контрольная партия заготовок (т.е-. без обдува газом и опережения по смазке подача 0,1 мм/об, 50число оборотов шпинделя = 100 об/мин.Усилие статического прижима 100 Н.Параметры качества обточенных,шлифованных и полированных заготовокпо предлагаемому способу приведены втабл. 1.В табл. 2 показано влияние выходапредлагаемых параметров за предел до 243 0,16 с достижением высокого класса шероховатости при высоком уровне надежности процесса, что является определяющим для автоматизации при массовом производстве. 5Способ реализуют следующим образом.Заготовку, например из стали 45, термообрабатывают на твердость 42 Н С после придания ей точением цилиндрической формы диаметром 50 мм при дли не 100 мм. Шлифованные или полированные заготовки устанавливают в специальном охлаждаемом поддоне и обдувают подсушенным и обезжиренным воздухом, фиксируя температуру охлаждения 15 несколько ниже требуемой.Подготовительные образцы устанавливают в центре токарного станка, и приводят во вращение. Одновременно включают подачу увлажненного углекис лого газа, полив маслом машинным и подачу суппорта. На суппорте устанавливают преобразователь магнитострикционный, работающий на деформирующий наконечник из твердого сплава шлифованный 5 и доведенный на полусферу и прижатый, статически к поверхности деталиУказанный способ может реализоваться, например при следующих параметрах:Относительная влаж пустимых значений на технологические показатели и качество обработки поверхности,Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными воэможность резкого увеличения режимов обработки по величине подачи и скорости главного движения, что особенно важно при производстве прецизионных деталей, требующих исполни" телей высокой квалификации. Кроме того применение способа особенно эффективно в крупносерийном и массовом производстве при обработке деталей в области 8-10 класса шероховатости, в частности при обработке длинномеров или деталей большой площади, требующих значительной стойкости инструмента,Формула и з обретенияСпособ упрочнения поверхности металлических изделий, при котором на деталь наносят граничную смазку с последующим охлаждением ее от 23 до 4 К, а затем подвергают упрочнению инструментом с наложением ультразву" ковых колебаний свыше 1 кГц, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества при обработке прецизионных деталей охлажденную деталь подвергают обдуву воздухом с относительной влажностью 25-60%, а затем в атмосфере увлажненного газа при относительной влажности 5-95% осуществляют нанесение граничной смазки, ее выдержку до загустения и последующее упрочнение.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что в качестве увлаж-, ненного газа используют двуокись углерода, азот, инертные газы или их смеси с удельным весом, большим удельного веса воздуха.3, Способ по п.1 о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что увлажненный гаэ подают под избыточным давлением 0,1- 20 МПа под упрочняющий инструмент навстречу направлению движения детали инструмента.4. Способ по п,1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что граничную смазку наносят на периферию контактной поверхности инструмента и детали.Показатели Заготовка 2 3 4 5 Высота исходного микрорельефа, мкм 0,8 0,3 0,15 0,14 0,13 Высота полученного микрорельефа, мкм 0,4 0,13 0,12 0,13 0,12 Время обработки одногообразца, мин 1,25 Стоимость инструмента, ч 8 Т а блица 2 Вре- змемя нениеопе- высоты УровеньтехноСтой- кость Дав леСкоПодача,мм/об ТемОтноси- тельлогич ности инструмента,ч ние режения ганая за, МПа инст.ру- мента,сностьприобду-,ве доупрочнения,Х пера- тура детали пр обработке,К ростьвращения,м/с Влажностьгазаотноси- тельная,рельефаКа ,Ка,Дополнительнаяобработка