Способ обработки металлических изделий

(5 В,с. аНАсь 11.",Б 1 БЛ;1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 5/00,ЕТАЛЛИЧ(57) Изобретение отно ке металлических изде,ванными источниками э но электронным лучом,К вижеобработнтрироонкретбыть ится к ий кон ргии мож ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Васильев А.А.,Александрова Н,Лонгин Г.И. Электронно-термическаяобработка сталей и сплавов.Электронная обработка материалов,1981, 9 4, с. 36 - 38.Авторское свидетельство СССРФ 1328114, кл. В 23 К 1 1987 Изобретение относится к обработке, металлических изделий концентрированными источниками энергии, конкретно электронным лучам, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шестерен.Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем об,работки изделий с различной формой работ поверхностей.На фиг 1 схематически показан след оплавления плоской поверхности при электронно-лучевой обработке ее по известному способу, когда пучок сканируют прямолинейно по пилообразному закону в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения поверхности изделия; на фиг. 2 - то же, после электронно-лучевой обработки использовано в машиностроении прн иготовлении шестерен. Цель изобретения - расширение технологическихвозможностей путем обработки изделий с различной формой рабочих. поверхностей. Изобретение заключаетсяв том, что нагрев рабочих поверхностей осУществляют электронным лучом,сканируемым в плоскости под угломк направлению движения поверхностиизделия=агсс 8 Ь(Ь/р-ч/) и с амплитудой сканирования С=Ь/з 1.п,где Ь - ширина следа электронноголуча на поверхности изделия; ивугол следа луча к направлению дния поверхности изделия; ч - скрость движения поверхности; Й - чатота сканирования. 4 ил.,поверхности по предлагаемому способу при нанесении параллельных другдругу периодически повторяющихся от 1 резков наплавочных валиков строгоперпендикулярно направлению перемещения обрабатываемой поверхности изделия; на фиг. 3 - то же, при нанесении периодически повторяющихся параллельных друг другу отрезков следаэлектронно-лучевой обработки, расположенных под. заданным углом с 6 к на.правлению перемещения изделия подэлектронным пучком и при шаге сканирования 1, меньшем длины проекцииотрезка следа электронно-лучевой обработки на это направление; на фиг.4 -облучение электронным пучком по предлагаемому способу эвольвентной пэ;верхности зубьев шестерни при повсрх -1548217 50 ностной термообработке их электронным пучком.На фиг, 1 - 3 жирной линией показаны отрезки следа электронно-луче 5вой обработки, пунктиром - направление сканирования электронного пучка,стрелками на этих линиях - направление перемещения фокуса электронногопучка по поверхности изделия в процессе обработки, а стрелкой над фигурой - направление перемещения поверхности изделия,Сущность изобретения заключаетсяв том, что согласно способу электронно-лучевой обработки поверхностиизделий, перемещаемых со скоростьюч поперек электронного ручка, сканируемого в одной плоскости с частотойЙ при периодическом изменении во времени угла отклонения электронного.пучка по пилообразному закону с нулевой длительностью заднего фронта,плоскрсть сканирования электронногопучка располагают под уГломк направлению перемещения поверхностиизделия, определяемом выражениемЬ ч3 =агсгдЪ(- - . - -)С 8 К1при амплитуде сканирования пучкас=Ь/зхп, где Ь - требуемая ширинаполосы следа электронно-лучевой обработки на поверхности изделия, М -угол между следом луча и направлением движения рабочей поверхности изделия.При перемещении поверхности изделия поперек электронного пучка соскоростью ч и частоте сканированияпучка й шаг расположения отрезков 40следа электронно-лучевой обработкина поверхности изделия определяется формулой г=ч/й, а амплитуда сканирования пучка равна длине отрезкапунктирной линии и составляет с=Ъ/Осуществление сканирования элект 55 ронного пучка в плоскости, расположенной под угломк направлению перемещения поверхности изделия поперек пучка, обеспечивает получение следа электронно-лучевой обработки, периодически повторяющиеся параллель ные друг другу отрезки которого расйоложены под требуемым (задаваемым) углом о к направлению перемещения поверхности изделия, Это и обеспечивает достижение цели изобретения, поскольку изменением угла р можно в широких пределах изменять угол оь независимо от величин ч и Й.П р и м е р 1, Осуществляют наплавку на поверхность бруса из стали 45 износостойкого покрытия. Брус имеет квадратное сечение 40 х 40 мм, Покрытие должно состоять из периодически повторяющихся параллельных друг другу отрезков наплавочных валиков, имеющих ширину 5 мм, длину 40 мм и расположенных с заданным шагом г=10 мм строго перпендикулярно рабочей хромоке бруса (о=90 ), Наплавку осуществляют порошком износостойкого материала ПГСП. Для этбго на защищенную поверхность (грань) бруса насыпают слой наплавочного порошка и выравнивают его до толщины 1 мм. Затем брус с порошком перемещают на тележке со скоростью ч=70 мм/с в направлении вдоль длины бруса под электронным ускорителем, генерирующимпучок электр ронов с энергией 1 мЭВ при мощности в пучке 40 кВт. Пучок выводят из ускорителя в воздух в направлении сверху вниз и сканируют с частотой =ч/Г=7 Гц. Сканирование осуществляют с помощью поперечного магнитного поля, создаваемого известным электромагнитом. На обмотку электромагнита подают электрический ток, периодически (с частотой 7 Гц) изменяющийся во времени по пилообразному закону с нулевой длительностью заднего фронта и линейным нарастанием переднего фронта. При этом пучок сканирует между полюсами электромагнита, отклоняясь по прямой линии по линейному закону на угол, величина которого пропорциональна силе тока электромагнита.Поворачивая электромагнит вокруг оси пучка, предварительно выставляют плоскость сканирования пучка под углом=-, 76 (фиг. 2) к направлению перемещения тележки под ускорителем, величину углавычисляя по формулеЬ ч-=агсгеЪ( -- . - -) =-76 .гВК ГДистанцию облучения(расстояние от выпускного устройства ускорителя1548217 до облучаемой поверхности изделия) выбирают такой, при которой диаметр пятна оплавления (равный диаметру пучка, постепенно расширяющегося с увеличением 1) становится равным требуемой ширине наплавочного валика (в данном случае ширина наплавочного валика 5 мм, а величина 1=80 мм), Кроме того, предварительно выставляют путем изменения силы тока электромагнита амплитуду сканирования пучка на , поверхности изделия, равной величине с=Ь/здп 3=41,2 мм.В результате облучения бруса с но" рошком при указанных режимах на облученной поверхности грани бруса остаются периодически повторяющиеся с шагом 10 мм параллельные друг другу наплавочные валики, имеющие шири-. ну 5 мм и расположенные строго пер- пендикулярно к боковой грани бруса (фиг. 2), После наплавки с поверхности бруса стряхивают остатки неоплавленного порошка, оставшиеся в зазорахмежду отрезками наплавочных валиков .П р и м е р 2. Осуществляют оплавление электронным пучком прямоугольного (50 х 300 мм) участка плоской поверхности детали из алюминиевого спласплава Д 16 Т для упрочнения поверхности за счет "залечивания" микротрещин, оставшихся после механической обра ботки детали, Для предотвращения. окисления поверхности оплавление осуществляют в вакуумной камере, присоединенной к ускорителю, описанному в примере 1, Деталь в вакуумной камере перемещают горизонтально со скоростью ч=70 мм/с на тележке, Дистанцию облучения 1 берут равной 110 мм, при этом диаметр пятна оплавления равен 10 мм, Шаг сканирования г берут для. обеспечения сплошности слоя оплавления равным 8 мм (меньше диа-. метра пятна оплавления). Для этого сканирование электронного пучка осуществляют с частотой К=чу=8,8 Гц. Отрезки следов оплавления необходимо располагать строго перпендикулярно направлению перемещения иэделия для получения суммарного пятна оплавления строго прямоугольной формы. Для этого плоскость сканирования пучка выставляют под углом=-80 55 к нао правлению перемещения изделия, величину угла У вычисляя по формулеЪ ч-г о3 агсс 8 Ь(-. - , - -) =-80 55,гфФ,Амплитуду сканирования пучка берут равной величине с=Ь/здп =50,6 мм.Оплавив участок поверхности длиной300 мм, выключают ускоритель, В результате на поверхности иэделия остается строго прямоугольный участок оплавления, имеющий размеры 50 х 300 мм,П р и м е р 3, С помощью установ10 ки, описанной в примере 1, осуществляют поверхностную закалку электронным пучком в воздухе зубьев прямозубой шестерни (цилиндрического зубчатого колеса) из стали 45, причем шес теряя имеет диаметр 3.10 мм, ширину30 мм и модуль зуба ш=5 .(фиг.4),Шестерню располагают под ускорителемтак, чтобы электронный пучок, направленный вертикально, падал только на 20 одну боковую (эвольвентную) поверхность ее зуба, Шестерню непрерывновращают вокруг ее оси со скоростью10 об/мин, При этом скорость ее зубь"ев составляет ч=157 мм/с. Шаг скани рования пучка делают равным шагузубьев шестерни (.15,7 мм). Для этого.частоту сканирования берут равнойй=ч/г.=10 Гц. Для обеспечения перемещения пучка точно по боковой по верхности зуба при непрерывном вращении шестерни плоскость сканированияопучка выставляют под углом Р =-62,5к плоскости вращения шестерни, величину угла 3 вычисляя по формулеЬ35=агссцЬ ( --- -) =-62,5гцкз ГАмплитуду сканирования пучка делают равной величине с=Ъ/зп 5=33,9 мм.Схема облучения и вид следа электрон но-лучевой обработки в проекции сверху (фиг. 2) совпадают со схемой облучения по примеру 1. В результате облучения поверхность металла зуба шес-.;терни нагревается до ф 900 С, а затем 45 быстро охлаждается за счет отвода,тепла в металл шестерни. При этомпроисходит поверхностная закалка зу-;рбьев шестерни, ведущая к перекристал.лизации их металла (с образованием 50 мартенситной структуры) на глубинуе 1 мм. Износостойкость поверхности,зубьев, определенная с помощью машины Шкода-Савина возрастает в 3 раза1по сравнению с необработанной.55 П р и м е р 4. С помощью установкй, описанной в примере 1, осуществпяют поверхностную закалку зубьев ко.созубой шестерки из стали 45, причем,1 пестерня имеет диаметр 304,5 мм, ши 1548217рину 40 мм, модуль зуба 1,75 и угол наклона зубьев к плоскости вращенияоЩ=75 (фиг, 4), Шестерню непрерывновращают вокруг ее оси со скоростьюч=78,5 мм/с Шаг сканирования пучка5электронов делают равным шагу зубьевшестерни (5,5 мм), Для этого частоту- сканирования берут равной Г=ч/й=14 26 Гц. Для обеспечения перемещен1 О ния фокуса пучка точно по боковой поверхности зуба при непрерывном вращении шестерни плоскость сканированияО ю пучка выставляют.под углом (=82 35к плоскости вращения шестерни, величину углавычисляя по формулеЬ чо 1=агсе 8 Ь ( - -, - -) =82 035Е 8 о йАмпЛитуду сканированияпучка берутравной величине с=Ъ/зп 3=40,4 мм.1, Схема облучения и вид следа электрон. но".Лучевой обработки в проекции сверху показаны на фиг. 3. В результате облучения происходит поверхностная ,закалка металла зубьев шестерни, ве дущая .к образованию мартенситнойструктуры на глубину а 1 мм и возрас-.танию износостойкости в 2 - 3 раза. Технологические воэможности предлагаемого способа по сравнению с известным расширяются за счет обеспечения. возможности расположения периодически повторяющихся отрезков следа электронно-лучевой обработки на поверхности.изделия под любым заданным 35 углом к направлению перемещения поверхности изделия поперек электронного пучка, а также за счет обеспечения возможности электронно-лучевой Ф 40 обработки поверхности зубьев как прямозубых, так и косозубых зубчатых колес,формула изобре тения, Способ обработки металлических изделий, включающий нагрев рабочей поверхности изделия, движущейся с заданной скоростью, электронным пучком, сканируемым в плоскости под заданным углом к направлению движения рабочей поверхности изделия и с Фиксированной частотой сканирования, при периодическом изменении во времени угла отклонения пучка по пилообразному закону,с нулевой длительностью заднего, фронта цикла и с заданной амплитудой сканирования, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обработки изделий с различной Формой рабочих поверхностей, плоскость сканирования располагают к направлению движения рабочей поверхности под углом=агсТ 8 Ъ(Ь/С- -ч/Г) , а амплитуду сканирования за"дают равнойс=Ь/з 1 п 3,где Ь - ширина следа электронногопуска на рабочей поверхностиизделия, мм;,М - угол между следом луча и направлением .движения рабочейповерхности изделия, град;ч в . скорость движения рабочейповерхности, мм;2 - частота сканирования, Гц,1548217 Ле Редакто и ГКНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патент", г Ухгород агарина, 101 Заказ 113ВНИИПИ Госуда Составитель А,КулеминТехред Л.Олийнык Корректор М,Кучерявая Тирах 508 Подписноевенного комитета по изобретениям .и открытия 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5