Способ упрочнения металлических деталей машин

Авторы патента:

B24B39/00 - Станки или устройства, в том числе вспомогательные, для обкатки с целью уплотнения поверхностного слоя (изменение физических свойств или структуры металла путем обкатки C21D 7/08, C22F 1/00)

Владельцы патента RU 2553124:

Олешко Владимир Станиславович (RU)

Изобретение относится к упрочнению металлических деталей машин поверхностным пластическим деформированием. Осуществляют зажатие детали снизу и сверху по ее краям посредством установленных в раме вращающихся прижимных валов. Располагают деталь на вращающемся опорном валу. Осуществляют упругий изгиб детали. Упрочняют упруго изогнутую деталь со стороны ее выпуклой растянутой поверхности при помощи приспособления для поверхностного пластического деформирования. В результате повышается эффективность упрочнения металлических деталей машин. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области механической обработки при изготовлении или ремонте металлических деталей машин, имеющих относительно небольшие толщины и способных упруго изгибаться.

Известен способ упрочнения металлических деталей машин поверхностным пластическим деформированием (ППД), заключающимся в создании внутренних сжимающих напряжений в их поверхностных слоях. Упрочнение металлических деталей машин может осуществляться ударным (дробеструйной, ультразвуковой обработкой и т.д.), либо статическим (накатыванием, выглаживанием и т.д.) ППД.

При ППД происходят сдвиги в зернах металла деталей, искажение его кристаллической решетки, изменение формы и размеров зерен, что способствует перемещению вглубь металла дислокаций и препятствует развитию микротрещин. В результате ППД поверхностные слои деталей машин оказываются сжатыми. При этом снижается шероховатость поверхности, повышается прочность, твердость и выносливость поверхностных слоев металлических деталей, которые в значительной степени определяют их эксплуатационные свойства [1, 2].

Однако ППД металлических деталей, а особенно, деталей, изготовленных из высокопрочных сталей и сплавов, является весьма трудоемким процессом.

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности упрочнения металлических деталей машин.

Поставленная цель достигается тем, что перед началом упрочнения ППД, и в процессе его, металлические детали предварительно упруго изгибают, и фиксируют в этом положении в специальном приспособлении так, чтобы в поверхностных слоях обрабатываемой поверхности металлических деталей возникали внутренние растягивающие напряжения. На фиг.1 изображена схема приспособления для упрочнения ППД металлических деталей машин, повышающая эффективность упрочнения. На фиг.1 цифрами обозначены:

1 - упрочняемая деталь;

2 - опорный вал;

3 - приспособление ППД;

4 - прижимные валы, изгибающие и фиксирующие упрочняемую деталь 1;

5 - фиксаторы, регулирующие положение прижимных валов 4 в вертикальной или горизонтальной плоскостях.

Повышение эффективности ППД металлических деталей машин производится следующим способом. Приспособление для фиксации упрочняемой детали 1 (см. фиг.1) имеет рамную конструкцию с регулируемыми в вертикальной и горизонтальной плоскостях посредством фиксаторов 5 прижимными валами 4, зажимающими деталь 1 по ее краям сверху и снизу. Прижимные валы 4 вращаются вокруг своих продольных осей. Деталь 1 кладется на вращающийся вокруг своей продольной оси опорный вал 2, упруго изгибается на необходимую величину и фиксируется посредством фиксаторов 5 прижимными валами 4 как показано на фиг.1. При помощи приспособления ППД 3 деталь 1, опираясь на опорный вал 2, упрочняется с выпуклой растянутой поверхности. По окончании ППД упрочняемая деталь 1 освобождается от фиксации. При освобождении от упругой деформации в металлической детали сжатые в результате ППД ее поверхностные слои еще более сжимаются. Наведенные в них внутренние напряжения сжатия становятся более интенсивными и распространяются на большую глубину, что влечет за собой более эффективное упрочнение детали.

На фиг.2 показано распределение внутренних напряжений в упрочненных ППД слоях предварительно изогнутых и неизогнутых деталях. На фиг.2 изображены половины деталей выше их нейтральных линий. На фиг.2 цифрами и буквами обозначены:

6 - не изогнутая при ППД деталь;

7 - упруго изогнутая при ППД деталь;

h₁ - глубина распространения внутренних напряжений сжатия в детали 6;

h₂ - глубина распространения внутренних напряжений сжатия в детали 7.

Распределение получено в результате экспериментальных исследований методом измерения микротвердости материала прибором ПМТ-3 образцов из стали 40Х, обработанных дробеструйной обработкой.

Металлическая деталь 7, поверхностные слои которой обрабатывались ППД в растянутом изгибом состоянии, имеет в поверхностных слоях на 15% большие по абсолютной величине и распространяющиеся на 21% большую глубину (h₂>h₁) внутренние напряжения сжатия (на эпюре, изображенной на фиг.2, они имеют отрицательные значения) по сравнению с не изогнутой при упрочнении деталью 6. В глубине деталей, вблизи их нейтральных линий в результате ППД наводятся внутренние напряжения растяжения (на эпюрах, изображенных на фиг.2, они имеют положительные значения), однако весомого влияния на прочностные характеристики деталей в этом месте напряжения растяжения не оказывают.

Для исключения коробления металлических деталей в результате ППД (загиб концов деталей в сторону источника ППД) необходимо обработать ППД детали и с противоположной поверхности.

Источники информации

1. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

2. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностно-пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 2002. - 300 с.

Способ упрочнения металлических деталей машин, включающий зажатие детали снизу и сверху по ее краям посредством установленных в раме вращающихся прижимных валов, положение которых регулируют в вертикальной и горизонтальной плоскостях в раме посредством фиксаторов, осуществление упругого изгиба детали, которую располагают на вращающемся опорном валу с опорой на вал и упрочнение упруго изогнутой детали со стороны ее выпуклой растянутой поверхности при помощи приспособления для поверхностного пластического деформирования.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при поверхностном пластическом деформировании цилиндрических и торцовых поверхностей. Осуществляют обработку вращающейся заготовки сферическим деформирующим элементом более высокой твердости по сравнению с твердостью материала обрабатываемой заготовки.

Способ раскатывания деталей шаровым инструментом // 2542214

Изобретение относится к отделочно-упрочняющей обработке деталей методами поверхностного пластического деформирования. Осуществляют внедрение деформирующего элемента в обрабатываемую поверхность и его перемещение по обрабатываемой поверхности.

Ультразвуковой инструмент для деформационной обработки поверхностей и сварных соединений // 2540230

Изобретение относится к ультразвуковым инструментам для деформационной обработки. Инструмент содержит корпус с ручкой и направляющими скольжения, в которых установлен с возможностью осевого возвратно-поступательного движения стакан с фланцем и насадкой.

Способ формирования плосковершинного микрорельефа трибосопряжений со смазочными микровпадинами // 2530606

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для формирования плосковершинного микрорельефа деталей трибосопряжений со смазочными микровпадинами.

Способ комбинированного упрочнения поверхности деталей // 2529327

Изобретение относится к области упрочняюще-чистовой обработки деталей. Пропускают импульсы электрического тока плотностью энергии импульсов 700-3000 Дж/мм2 в месте контакта деформирующего инструмента с деталью и осуществляют давление деформирующего инструмента на поверхность детали, обеспечивающее пластическую деформацию и упрочнение поверхностного слоя.

Способ импульсного раскатывания дорожки качения кольца упорного шарикоподшипника // 2522996

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к раскатке дорожек качения колец подшипников качения. Используют раскатку в виде полой оправки с деформирующими элементами в виде шариков, установленными в отверстия, равномерно расположенные на торце полой оправки.

Устройство для накатывания на станках // 2517081

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство для накатывания на станках содержит накатную головку с закрепленным посредством оси роликом, соединенную с державкой, выполненной в виде бруска, одна сторона которой имеет паз, а другая сторона выполнена с возможностью закрепления в резцедержателе станка.

Способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием // 2514253

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении деталей. Покрывают заготовку смесью глицерина со шламом от абразивной обработки.

Способ электромеханического восстановления детали // 2514238

Изобретение относится к области металлообработки. Осуществляют электромеханическую высадку поверхности детали с образованием на ней канавок и электромеханическое сглаживание высаженных участков.

Способ многопроходной электромеханической обработки детали на токарном станке // 2501643

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к электромеханической упрочняющей обработке деталей на токарных станках. Фиксируют деталь в центрах токарного станка с помощью поворотной делительной планшайбы, состоящей из корпуса с цилиндрической шейкой, закрепленного на конце шпинделя токарного станка, и поворотного диска, установленного с возможностью углового поворота на цилиндрической шейке корпуса.

Способ обработки маложестких заготовок сложнопрофильных деталей // 2558311

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при поверхностном пластическом деформировании маложестких заготовок с криволинейными поверхностями. Устанавливают на опорных шариках в акустических концентраторах напротив друг друга по обе стороны заготовки сферические деформирующие элементы. Подводят СОЖ через осевые каналы, выполненные в акустических концентраторах. При этом сферическим деформирующим элементам и СОЖ сообщают амплитудно- или частотно-модулированные колебания ультразвуковой частоты. В результате снижается усилие деформирования и сопротивление пластической деформации материала поверхностного слоя заготовки, уменьшается контактная температура в зоне обработки. 1 ил.

Устройство для ультразвукового упрочнения деталей типа тел вращения на станках с чпу // 2561949

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для ультразвукового упрочнения деталей типа тел вращения на станках с ЧПУ. Устройство содержит корпус, акустическую систему, состоящую из преобразователя, соединенного с волноводом, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука. Акустическая система соосно закреплена во внутреннем гнезде полого поршень-штока, имеющего две опорные наружные цилиндрические поверхности, большего и меньшего диаметров. Опорная поверхность поршень-штока большего диаметра сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, а опорная поверхность поршень-штока меньшего диаметра - с внутренней цилиндрической поверхностью направляющей втулки. Направляющая втулка установлена в корпусе и предназначена для настройки усилия обработки с помощью установленного в корпусе датчика давления путем регулировки длины замкнутой гидравлической полости, образованной рабочим торцом поршень-штока, торцом направляющей втулки, внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и наружной поверхностью поршень-штока, имеющего меньший диаметр. На опорной поверхности поршень-штока меньшего диаметра установлена пружина сжатия, один торец которой соприкасается с рабочим торцом поршень-штока, а другой - с торцом направляющей втулки. Жесткость упомянутой пружины сжатия k выбирается из соотношения k < p S Δ , где p - давление в замкнутой гидравлической полости, S - площадь рабочего торца поршень-штока, Δ - смещение поршень-штока под действием усилия со стороны обрабатываемой поверхности детали. В результате обеспечивается стабильность обработки партии деталей на станке с ЧПУ. 1 ил.

Устройство для закругления кромок двутавра // 2564183

Изобретение относится к устройствам для пластического деформирования кромок двутавров. Устройство содержит обминающие ролики, имеющие галтель для пластического деформирования каждой кромки двутавра и выполненные из материала с твердостью выше, чем материал заготовки двутавра. По меньшей мере один упомянутый обминающий ролик имеет коническую форму и его ось расположена под углом к плоскости полки двутавра так, что при пластическом деформировании кромок одной полки двутавра обминающие ролики не мешали движению второй полки двутавра. В результате кромки двутавра выполняются со скругленным гладким краем, а также обеспечивается их упрочнение. 2 ил.

Щеточная машина // 2570860

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке щеточными машинами. Последняя содержит вращающийся от привода держатель щетки, кольцевую щетку, имеющую фланец с направленной наружу щетиной, и стопорное устройство, погруженное во вращающийся фланец со щетиной. Стопорное устройство выполнено в виде шлифовального круга с возможностью обеспечения дополнительно к функции останова щетины также функции шлифования щетины. Различие между этими функциями устанавливается в соответствии с направлением вращения кольцевой щетки и/или в соответствии с положением стопорного устройства по отношению к фланцу со щетиной. В результате упрощается конструкция щеточной машины. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием цилиндрических поверхностей // 2571011

Изобретение относится к отделочно-упрочняющей обработке цилиндрических поверхностей деталей выглаживанием. Осуществляют вращательное движение детали и продольное перемещение алмазного выглаживающего инструмента. Выглаживающему инструменту сообщают одновременно возвратно-качательное движение в основной кинематической плоскости обработки и вращательное движение вокруг своей оси. В результате расширяются технологические возможности и повышается износостойкость выглаживающего инструмента. 2 ил.

Способ финишной обработки поверхностей прецизионных деталей // 2574158

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при финишной обработке поверхностей прецизионных деталей. Способ включает предварительную обработку заготовки с обеспечением макрогеометрии ее поверхности и последующее формирование на ней маслоудерживающего рельефа, который формируют на станке с ЧПУ путем нанесения сферической фрезой взаимно перпендикулярных канавок с параметрами, обеспечивающими получение толщины смазочной пленки не менее 5 мкм, приходящейся на единицу площади обрабатываемой поверхности. Обеспечивается получение оптимальной равномерной маслоудерживающей поверхности на всей плоскости детали.

Способ комбинированного упрочнения поверхности деталей // 2581955

Изобретение относится к упрочняющей обработке деталей. Обеспечивают пропускание в месте контакта деформирующего инструмента с деталью импульсов электрического тока. Осуществляют давление деформирующего инструмента на поверхность детали и воздействие на деформирующий инструмент ультразвуковых колебаний. В месте контакта деформирующего инструмента с деталью пропускают электрический ток с плотностью i<i min, где i min - плотность электрического тока, при которой в материале детали происходят фазовые превращения, приводящие к образованию упрочненного поверхностного слоя с высокодисперсным мартенситом - белым слоем. Ультразвуковые колебания совершают с амплитудой а=p a/2πρ·ν·c, где р а - акустическое давление, создающее пластическую деформацию на заданную глубину поверхностного слоя; ρ - плотность обрабатываемого материала; ν - частота ультразвуковых колебаний; с - скорость распространения ультразвуковых волн в обрабатываемом материале. В результате повышается контактная выносливость и долговечность деталей. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Способ упрочнения металлических втулок с нагревом // 2584103

Изобретение относится к упрочнению металлических втулок. Осуществляют фиксацию торцов полой заготовки. Вращают полую заготовку. Нагревают внутреннюю поверхность полой заготовки до температуры, не достигающей температуры рекристаллизации материала заготовки. Осуществляют обкатку ее наружной поверхности путем возвратно-поступательного осевого перемещения роликовой матрицы. Используют роликовую матрицу, состоящую из одного или более роликов, один из которых имеет участок большего диаметра. В результате обеспечивается увеличение глубины упрочненной зоны заготовки. 1 ил., 1 пр.

Установка для раскатки и стабилизации дорожек качения шариковых подшипников // 2611615

Изобретение относится к области раскатки дорожек качения колец шариковых подшипников. Установка содержит шариковую оправку с деформирующими элементами в виде шариков, механизм нагружения и механизм для установки и вращения заготовки. В механизме нагружения установлен электронный динамометр. Между механизмом нагружения и шариковой оправкой установлен компенсатор перекоса осей шариковой оправки и заготовки в виде эластичной прокладки или шарнирного подшипника. В качестве шариковой оправки служит противоположное верхнее кольцо шарикового подшипника. В механизме для установки и вращения заготовки в качестве опоры установлен подшипник качения. Деформирующие шарики имеют диаметр, равный диаметру шариков подшипника качения. В результате повышается качество подшипника. 1 ил, 1 пр.

Способ стабилизации геометрических параметров деталей // 2617073

Изобретение относится к ультразвуковой обработке круглой пластины. Закрепляют пластину на опоре по ее краю, устанавливают источник ультразвуковых колебаний на пластине и осуществляют ее деформирование. При этом источник ультразвуковых колебаний устанавливают в центре поверхности пластины и сообщают ему ультразвуковые колебания и статическое усилие. Деформирование пластины осуществляют на величину δ, равную где R и r - соответственно наружный и внутренний радиусы пластины, мм; t - толщина пластины, мм; Е - модуль упругости материала пластины, МПа; μ - коэффициент Пуассона материала пластины; [σt] - предел текучести материала пластины, МПа. В результате исключаются искажения геометрической формы пластины и повышается качество обработки. 2 ил.