Анализ современных методов поверхностного упрочнения деталей машин

 

 

3.3.4 Способ нанесения защитных покрытий.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий, работающих в условиях абразивного износа при трении-скольжении или трении-качении, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения различного вида зубчатых зацеплений и т. п.

Цель изобретения - повышение поверхностной твердости изделий

Способ получения защитных и декоративных покрытий, какой включает предыдущую обработку изделий, какие покрываются, со следующим размещением их в реакционной камере.

 

 

 

3.3.5 Способ термического упрочнения металлических изделий.

Изобретение относится  к машиностроению, а именно к обработке поверхностей деталей лазерным излучением при их изготовлении и восстановлении. Известно [!], что при лазерной обработке изменяются характеристики микро геометрии поверхностей деталей и определение шероховатости сводится к изменения одного из технологических параметров лазерной обработки, например, скорость лазерной обработки, или погонная плотность мощности.

Недостатком аналога является то, что при выборе режимов  лазерной обработки для получения необходимой шероховатости не учитывается комплекс свойств материалов упрочняемой детали, а именно теплопроводимость и температуропроводимость,  коэффициент поглощения лазерного излучения, коэффициент линейного теплового расширения, коэффициент Пуассона, а также полную  совокупность технологических параметров лазерной обработки: мощность лазерного излучения, ширину лазерной дорожки, скорость  сканирования лазерного луча, продолжительность лазерной обработки.

Цель изобретения – является повышение качества термического упрочнения путем формирования необходимого уровня шероховатости с учетом технологических параметров и свойств.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что параметры микрогеометрии поверхности регулируются технологическими режимами лазерной обработки в зависимости от теплофизических характеристик материалов, согласно выражению:

 

,           (3.1)

где     

 

k – коэффициент, который учитывает способ модификации поверхности концентрированными потоками энергии k=0 …1,5;

χλ – коэффициенты температуропроводности и теплопроводности, см2/с, вт/м∙К;

β – коэффициент поглощения, β=0,3 … 0,6;

d – ширина лазерной дорожки, см;

α – коэффициент линейного температурного расширения, К-1;

μ – коэффициент Пуассона;

P – мощность лазерного излучения, Вт;

ν – скорость сканирования лазерного луча, см/с.

 

 

3.3.6. Способ чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес включает их холодное обкатывание обкатником.

Изобретение относится к области чистовой обработки и поверхностного упрочнения рабочих поверхностей деталей машин и может

 

 

быть использовано для чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес.

Цель изобретения – установление кинематической связи между зубчатым колесом и обкатником, которое обеспечило бы синхронизацию их движения, что позволит улучшить исправление погрешностей зубчатого колеса и повысит точность обработки.

Поставленная цель решается тем, что движение обкатника и зубчатого колеса синхронизируют введением переменной гитары скоростей.

Введение переменной гитары скоростей позволяет регулировать силу взаимодействия на рабочих поверхностях зубцов зубчатого колеса и обкатника. Это обеспечит исправления погрешностей отклонения профиля и погрешностей направления и улучшение показателей точности зубчатого колеса.

На рисунке 3.6 показано схему реализации способа чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес, где 1  – зубчатое колесо, 2 – рабочая оправка, 3 – центр пиноли, 4 – переменная гитара скоростей, 5 – шарнирная группа, 6 – инструмент (обкатник) 7 – виброколебательный  механизм, 8 – резцедержатель, 9 – шток, 10 – электромагнит, 11 – пластина электромагнита, 12 – пружина, 13 – передний патрон.

 

Рисунок 3.6 – Схема реализации способа чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес.

 

 

 

Способ можно реализовать, в частности, на токарном станке следующим образом. Зубчатое колесо 1 устанавливают на рабочую оправку 2, которую базируют  в  центрах  3 пиноли и переднего патрона 13. Обкатник 6 устанавливают в виброколебательный механизм 7, который крепят к резцедержателю  8 токарного станка. Через шток 9, связанный с обкатником 6 и подвижной пластиной 10,  электромагнита 11, закрепленного неподвижно, колебания, созданные электромагнитом, передаются обкатнику. Одновременно  обкатник 6 с помощью шарнирной группы 5 и переменной гитары скоростей 4, которая состоит, например из четырех сменных зубчатых колес, согласованных  с патроном 13, в результате чего движения зубчатого колеса 1 и обкатника 6 синхронизируются что ведет к принудительному обкатыванию  зубчатого колеса 1 обкатником 6. С помощью пружины 12 можно изменять радиальную силу, и размер натяжения, который действует между обкатником и обрабатываемым колесом. С помощью переменной гитары скоростей можно регулировать силу взаимодействия на рабочих поверхностях зубцов с зубчастого колеса 1, на которых наиболее большие погрешности обработки, позволяет повысить точность обработки зубчатого колеса [!].

 

 

3.3.7 Способ чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес включает их холодное обкатывание обкатником.

Изобретение относится к области чистовой обработки и поверхностного упрочнения рабочих поверхностей деталей машин и может быть использовано для чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес. Известен способ чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес включающий холодное обкачивание  обкатником, который вводят в зацепление с зубчатым колесом с натягом и которого  подвергают виброколебаниям. [!]

Цель изобретения – создание такого способа обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес, в котором использование нового обкатника и предание виброколебаний в радиальном направлении позволили бы укрепить всю поверхность зубьев колеса, уменьшить шероховатость поверхности, уменьшить затраты на инструмент и себестоимость способа.

Поставленная цель решается тем, что в способе чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес включает их холодное обкатывание  обкатником, который вводят в зацепления с зубчатым колесом с натягом и которому придают  виброколебания, отличающийся тем, что согласно полезной модели, используют обкатник, выполненный в виде зубчатого колеса, закаленного до высокой твердости, а виброколебания обкатнику предают в радиальном направлении.

 

Рисунок 3.7 – Схема осуществления способа чистовой обработки и поверхностного упрочнения зубчатых колес.

 

 

Рисунок 3.8 – Схема действия сил на поверхностьях зубьев в зацеплении зубчатого колеса с обкатником.

 

 

Способ можно реализовать, в частности, на токарном станке следующим образом. Зубчатое колесо 1 устанавливают на рабочую оправку 2, которую базируют при помощи центра 3 пиноли и переднего центра 4,  поводкового патрона 5; зубчатому колесу придают  вращения с частотой nд. Обкатник 6 устанавливают в механизм 7, который крепят к  резцедержателю 8 токарного станка. Через шток 9, связанный с обкатником 6 и подвижной пластиной 10 электро-магнита 11, закрепленного неподвижно, колебания, созданные электромагнитом, передаются обкатнику. Амплитуду колебаний можно регулировать с помощью воздушного зазора, величина которого равна D. С помощью пружины 12 можно изменять радиальную силу Py, и величину натяжения, который действует в зубчатом зацеплении между обкатником и обрабатываемым колесом [!].

 

 

3.3.8 Способ электроискрового упрочнения.

Изобретение относится к области электрофизических и электрохимических методов обработки металлических поверхностей и может быть применен в различных отраслях машиностроения для упрочнения поверхностей деталей металлами и сплавами. Известен способ электроэрозионного легирования материалов [!], включающий возбуждения электрических разрядов малой энергии, и продолжительности между деталью, которая обрабатывается и электродом. 

Цель изобретения – создание способа электроискрового упрочнения поверхностей деталей в газовой среде для повышения прочности (микротвердости), за счет чего увеличивается их срок службы.

Поставленная цель решается за счет того, что закрывают  защитным элементом и осуществляют   упрочнение поверхностей деталей, которые обрабатывают, причем, защитный элемент выполняют в виде  герметичной камеры, куда помещают катод (деталь) и анод (электрод), на который подают напряжение и поддерживают на определенном расстоянии от катода (детали), достаточный для возникновения электроискрового разряда, контролируют уровень избыточного давления в камере, а электроискровое упрочнение осуществляют  в углеродосодержащей среде, уровень избыточного давления которого выше давления окружающей среды [!].

 

 

3.4 Место упрочняющей  обработки в технологическом  процессе.

Что касается места упрочняющей обработки в технологическом процессе, то она должна проводить перед финишной обработкой заготовки, т.к. проведение термической обработки раньше усложнит механическую обработку (приведет к быстрому износу инструмента). Проводить же термическую обработку после финишной обработки нецелесообразно, т.к. термическая обработка может привести к короблению детали. Следовательно, наиболее целесообразным является проведение термической обработки между чистовой и финишной обработкой. [ 1 ]

 

 

Существует два вида показателей технологичности: качественные и количественные. Качественная оценка при сравнении вариантов конструкций в процессе изделия предшествует количественной и определяет целесообразность затрат на определение численных показателей технологичности вариантов. Количественная оценка технологичности конструкции изделия выражается показателем, численное значение которого характеризует степень удовлетворения требований к технологичности конструкции. [1].

Заготовку обычно получают с помощью ковки . Допускаемые отклонения от номинальных размеров поковки соответствуют припускам, поэтому также являются увеличенными. Кузнечные напуски имеют максимальные значения. Ввиду ударного характера работы молота в конструкции штампа нельзя использовать выталкиватели, поэтому для извлечения поковки из ручья штампа на вертикальных поверхностях поковок оформляются значительные штамповочные уклоны. Радиусы закругления назначаются для облегчения течения металла, повышения стойкости штампа, обеспечения расположения волокон.[2]

Надежность и долговечность при эксплуатации изделий, изготовленных из таких сталей, зависят также от структуры слоя и сердцевины, образующейся в результате полного цикла химико-термической обработки. В связи с необходимостью обеспечения поверхностной твердости НRС 59-63 структура слоя должна состоять в основном из мелкоигольчатого мартенсита с небольшими изолированными участками остаточного аустенита. Абсолютно недопустимы выделения карбидов в форме сетки по границам зерен, ибо при этом резко возрастает хрупкость. Нежелательны также выделения в значительном количестве изолированных карбидов, различимых при увеличении XI00, так как и в такой форме они снижают вязкость цементованной стали, особенно в углах и на торцах деталей.

Содержание остаточного аустенита в слое не должно превышать 5%.[3]

В процессе эксплуатации изнашиваются контактные площадки на передней поверхности и задней поверхностях изделия . В зависимости от условий эксплуатации и свойств материалов наиболее интенсивно изнашивается поверхность изделия . Иногда величина износа передней и задней поверхностей одновременно достигают предельных значений.

Превалирующий износ поверхности имеет место в том случае, когда поверхность предохраняется от износа застойной зоной (наростом), или когда температура поверхности значительно превышает температуру поверхности.

Под адгезионным износом инструмента понимают отрыв силами адгезии мельчайших частиц инструментального материала в процессе трения инструмента с обрабатываемым материалом.[2]

Качественное влияние адгезии как активного фактора в механизме износа режущего инструмента может быть оценено общими закономерностями усталостного износа (при малоциклической усталости).[4]

 

 

 

 

В частности, это проявляется в том, что при заданном инструментальном материале, когда отсутствует влияние обрабатываемого материала и среды на микропрочность при контактной зоны инструмента, интенсивность изнашивания инструмента однозначно определяется прочностью [4]

Ионно-плазменное азотирование в отлаженном техпроцессе дает минимальный разброс поверхностных свойств от детали к детали при относительно низкой энергоемкости, что делает ИПА более привлекательным, нежели традиционное печное газовое азотирование, нитроцементацию и цианирование.[5]

Ионно-плазменное азотирование исключает деформацию заготовки, а структура азотированного слоя остается неизменной даже при нагреве детали до 650 градусов, что вкупе с возможностью тонкой корректировки физико-механических свойств позволяет использовать ИПА для решения самых разнообразных задач.[5]

Кроме того, азотирование ионно-плазменным методом отлично подходит для обработки сталей разных марок, поскольку рабочая температура процесса в азотно-углеродной смеси не превышает 600 градусов, что исключает нарушения внутренней структуры и даже наоборот – способствует снижение вероятности усталостных разрушений и повреждений из-за высокой хрупкости нитридной фазы.[5]

Для повышения антикоррозионных показателей и поверхностной твердости методом ионно-плазменного азотирования подходят заготовки любой формы и размеров со сквозными и глухими отверстиями. Экранная защита от азотирования не представляет собой сложное инженерное решение, поэтому обработка отдельных участков любой формы производится легко и просто.[5]