Способ поверхностной термической обработки изделий

(51)5 С 21 Э 1/09 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТт аОИПииш и ПНРИЕПРИ 1 ЪФ 1 Т СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-производственное объединение подшипниковой промышленности (72) К.Д.Семкин, Л.В.Черневский и А.А.Сидоров(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к термической обработке материалов с помощью высокоэнергетических источников нагрева, в частности к лазерной и электронно-лучевой обработке поверхности,и может быть использовано для улучаения эксплуатационных свойств изделий. Цель изобретения - повышение качества обработки эа счет равного времени Изобретение относится к термической обработке материалов с помощью высокоэнергетических источников нагрева, в частности к лазерной и электронно-лучевой обработке поверхности, и может быть использовано для улучшения эксплуатационных свойств изделий.Цель изобретения - повьаение качества обработки за счет равного времени воздействия излучения на точки поверхности зоны обработки, перемещаюгиеся с разными линейными скоростями.,801624031 А 1 2воздействия излучения на точки поверхности зоны обработки, перемещающиеся с разными линейными скоростями. Способ предусматривает формирование пятна нагрева в виде кольцевого сектора зоны обработки, для чего лазерный луч направляют через неподвижную маску с изображением сектора, угол между образующими которого выбирают иэ условия максимального за" полнения пятна нагрева, формируемого лазером, причем д/Ксопв 1, где и - частота вращения изделия вокруг своей оси; Е - угол между образующими. Сформированный таким образом лазерный луч направляют на поверхность кольцевого вращающегося иэдехщя и производят его обработку но всей поверхности при условии равного времени воздействия излучения на точки обрабатываемой поверхности, перемещающиеся с различными линейньвн скоростями. 2 ил. Согласно способу, включающему обработку высокоэнергетическим источником нагрева, образующим на поверхности изделия пятно нагрева, перемещение пятна нагрева по поверхности изделия с разными по ширине зоны обработки радиусами вращения точек поверхности, формируют пятно нагрева в виде сектора кольца эоны обра" ботки, угол между образующими которого выбирают из условия максимального заполнения пятна нагрева, формируемого высокоэнергетическим источником, при этом и/0 = сопвй.Формирование пятна нагрева в виде сектора зоны обработки позволяет устранить действие эффекта изменения линейных скоростей точек поверхности зоны обработки от радиуса вращения5 при обработке по предлагаемому спо" собу. Пятно нагрева в ниде сектора эоны обработки позволяет обеспечить условия равного времени воздействия излучения на точки поверхности зоны обработки вне зависимости линейного изменения скорости перемещения этих точек.Формирование пятна нагрева н ви 5 де сектора зоны обработки иэделий - единственная оптимальная форма пятна нагрева, обеспечивающая получение равномерного по толщине закаленного слоя, в случае изменения линейных скоростей перемещения точек поверхности по ширине зоны обработки.Так, для точек поверхности зоны обработки с меньшим радиусом вращения и, соответственно, меньшей линей ной скоростью перемещения отношение ширины пятна нагрева н направлении перемещения к скорости перемещения равно аналогичному отношению для точек поверхности зоны обработки с большим радиусом вращения. Данное отношение определяет время воздействия излучения на поверхность иэделия и справедливо по всей ширине зоны обработки358/Ч (2 вг/К)/(2 вг /и)и/0 = соизг,где 8 - ширина пятна нагрева н напранлении перемещения, оп еделяемая длиной соответствующейдуги окружности с радиусомгЧ - линейная скорость перемещения;г - радиус вращения д-й тачки по 1верхности эоны обработки;0(, - угол между образующими сектора эоны обработки; 50и - частота вращения изделия вокруг своей оси,Любая другая форма пятна нагрева, например плоского, в частности в виде прямоугольника размерами БЬ, где Б - ширина эоны обработки; 11 - ширина пятна нагрева, не обеспечивает равное время воздействия иэлучеиия и, следовательно, равную глубину обработки по всей ширине зоны обработки для оговоренного случая перемещения изделия,Так какц,= Ь; /Ч; = Ь; /(Уйг; /и) Ф соизг,где с . - время воздействия нзлучелвц.,ния на 1-ю точку поверхности эоны обработки;- линейная скорость переме 1щения 1-й точки;Ь- ширина пятна нагрева н направлении перемещения,равная дуге окружности срадиусом г;бг, - радиус вращения 1-й точкиповерхности;и - частота вращения изделиявокруг своей оси,а и, - величина постоянная, так жекак частота вращения и, то очевидно,что с увеличением радиуса г, вращенияувеличивается линейная скорость перемещения д-й точки, уменьшается времмя воздействия излучения ь нвследствие чего наблюдается получениенеравномерногоо толщине закаленного слоя.На фиг, 1 изображена схема поверхностной термообработки по предлагаемому способу. на фиг, 2 - схема поверхностной термообработки колец подшипника 1287 13 по предлагаемому способу.Схема на фиг, 1 содержит обрабатываемое кольцо 1, пятно 2 нагрева н ниде сектора зоны обработки, лазерный луч 3, маску 4, иэображение сектора 5 на маске, пятно нагрена, которое формируется лазером 6.Схема на фиг, 2 содержит основное внутреннее кольцо 1 п/ш 128713, основное наружное кольцо 2 и/ш 128713, луч 3 лазера, пятно 4 нагрена и виде сектора зоны обработки,П р и м е р. Для осуществления лазерной поверхностной термообработки кольца 1 по предлагаемому способу на поверхности эоны обработки кольца формируют пятно 2 нагрева н виде сектора эоны обработки, для чего лазерный луч 3 направляют через неподвижную маску 4 с изображением сектора 5, угол между образующими которого выбирают иа углоаия иакоииалаиого яа162403 полнения пятна нагрева, формируемо го лазером 6, Ошибка в экспериментальком определении угла между образующими сектора при нанесении иэобразения на маску не снижает положительный эффект предлагаемого изобретения, а влияет лишь на глубину обработки. Видоизмененное пятно нагрева фокусируется линзой 7. Эксперименты по поверхностной термообработке проводили на лазерной установке мод,973 "Яресг.га РЬуз 1 св",Обработке одновременно подверга" ли основное внутреннее 1 и основное наружное 2 кольца подшипника 128713, материал 55 СМ 5 ФА (фиг. 2).Изменение линейной скорости перемещения по ширине зоны обработки прн частоте вращения 30 с- для подшипника 128713 составляет минимальному радиусу г вращения эоны обработки, равному 37,5 мм, соответствует минимальная линейная скорость переме- щения 101525 16О Е10254 мм. Соединяя точку с крайними точками большей оси эллипса А и А, получают характернуюкартину Фок усирон к и пятна нагрев а, Ось вращения обрабатываемых колец подшипника 128713 располагают параллельно оси луча на расстоянииг(г+ г)/2 = (37,5+56,7)/247,1 мм.Степень расфокусиронки - смещение обрабатываемой поверхности относительно фокуса линзы (расстояние ЕО ) определяют из условия1ЕО = О, Асг 80/2 = О, А сйрЫ/2,огде 0( /2 = 5 - полонина угла сходимости луча,Расстояние О, А,О, А, выбирают иэ соотношенияОА 06-075гс-г12Ч(2 иг)/и = (6,28 37,5)/30 =7,8 мм/с,максимальному радиусу г вращения 30зоны обработки, равному 56,7 мм,соответстнует максимальная скоростьперемещения Ч(2 г)/и = (6,28 56,7)3011,8 мм/с 35 Пятно нагрева н виде сектора зоны обработки поэноляет обеспечить одинаковое время воздействия ла эерного излучения по ширине зоны обработки вне зависимости изменения линейных скоростей перемещения точек поверхности зоны обработки,Пятно нагрева н виде сектора зоны обработки формируется с помощью маски с иэображением сектора. Для построения требуемого изображения на маску наносят пятно нагрена, формируемое высокоэнергетическим ис О точником. Установка генерирует эллипсообразиое пятно нагрева с размерами осей 44 и 38 мм.Из центра пятна нагрева (точка 0)восстанавливают перпендикуляр к поверхности, на котором откладывают фо" кусное расстояние линзы " ОЕ (фиг.1). В данном случае применяют фокусирующую линзу с фокусным расстоянием с целью обеспечения полного перекрытия зоны обработки ио ширине(56 7-37 5)ЕО 1 = 0 7--сгд 5 = 79 мм Ф 2 ф Пересечение линни, пронеденной через фокус Е и центр вращения обрабачънаемой поверхности (точку С), слинией большей оси эллипса определяет точку С , иэ которой пронодят образующие сектора с углом О( = 206,выбранным иэ условия более полногозаполнения пятна нагрева, формируемого высокоэнергетическим источником.Для построения изображения на маске оснований сектора проводят линииЕВ и ЕВ точки пересечения этихлиний с большей осью эллипса определяют радиусы оснований сектора,Иаску с изображением сектора устанавливают перед фокусирующей линзой,обеспечивающей необходимую фокусировку пятна нагрева на поверхности колецподшипника 128713,Обработку ведут лучом мощностьюР3,4 кВт при частоте и вращения30 с .В качестве поглощающего покрытияиспользуют фосфат марганца.формула иэобре тенияСпособ поверхностной термическойобработки иэделий, преимущественно1624031 15 ие колец, включающий обработку высокоэнергетическим источником нагрева,образующим на поверхности изделияпятно нагрева с перемещением пятнанагрева по поверхности изделия с разными по ширине эоны обработки радиусами вращения точек поверхности,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения качества обработкиза счет равного времени воздействияизлучения нв точки поверхности зоны1 обработки, перемещающиеся с разнымилинейными скоростями, пятно нагреваформируют в виде сектора кольца зоныобработки, угол меаду образующимикоторого выбирают из условия максимального заполнения пятна нагрева,формируемого высокоэнергетическимисточником, при этом и/06сопзС,где О - угол между образующими сектора зоны обработки, и - частота вращения изделия вокруг своей оси.1 Ь 24031 Составитель Е, Кашкарова Техред М.Дидик Корректор П,ревскаЯ Редактор М. Петрова Заказ 170 Тирак Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, И, Рауаская наб., д, 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101