Способ получения резьбовых сегментов сборной быстросъемной гайки резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес

Авторы патента:

C23C8/36 - с использованием ионизированных газов, например ионоазотирование (разрядные трубки с устройствами для ввода объектов или материалов, подлежащих воздействию разряда H01J 37/00)

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2777830:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Компания Сивик" (RU)

Изобретение относится к способу получения резьбовых сегментов сборной быстросъемной гайки резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес. Способ включает проведение объемной закалки и отпуска кольцевой заготовки резьбовых сегментов и ионно-плазменное азотирование поверхности резьбовых сегментов, при этом упомянутую заготовку резьбовых сегментов закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 25-30 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки с получением резьбовых сегментов и осуществляют ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов до получения защитного азотированного покрытия толщиной, равной половине толщины защитного азотированного покрытия стального резьбового вала указанного резьбового соединения, и твердостью в диапазоне 55-65 HRC, а упомянутая толщина защитного азотированного покрытия стального резьбового вала составляет 0,3-0,4 мм. Техническим результатом является повышение срока службы резьбовых сегментов сборной быстросъемной гайки в условиях эрозии и коррозии.

Способ относится к области высокоточной обработки деталей из легированных сталей и формированию на них специальных защитных покрытий. Может быть использован в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных сталей.

Одним из основных показателей качества балансировочных станков и их составляющих является их надежность. Наиболее распространенной причиной отказов составляющих балансировочных станков признана не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей в процессе эксплуатации их деталей и рабочих органов. Как правило, все разрушения деталей начинаются с разрушения их поверхностей.

Применение упрочняющих и защитных покрытий существенно повышает качество продукции в машиностроении, обеспечивает надежную работу узлов и деталей в тяжелых условиях эксплуатации оборудования, позволяет снизить материальные и энергетические затраты на эксплуатацию машин, уменьшить расход дорогостоящих конструкционных материалов.

Известен способ изготовления деталей из конструкционных сталей [1], включающий черновую механическую обработку, стабилизирующий отпуск, окончательную механическую обработку и двухступенчатое газовое азотирование с выдержкой в атмосфере аммиака сначала при температуре 510-515°С, затем при 540-545°С и последующее охлаждение. Окончательную механическую обработку проводят путем двухкратной чистовой механической обработки с промежуточным и окончательным отпуском в селитровой ванне при температуре 520-540°С в течение 0,25-0,5 ч, а двухступенчатое газовое азотирование деталей проводят в постоянном магнитном поле напряженностью 100-150 Э в течение 1-2 ч с последующим охлаждением со скоростью 20-30°С/мин.

Такой способ позволяет повысить твердость и износостойкость обработанных поверхностей, а также несколько снизить деформацию деталей при обработке. Недостатком способа-аналога является то, что при обработке таким способом происходят деформации длинномерной детали, требующие последующей механической обработки - правки и хонингования, что значительно ухудшает качество азотированного слоя.

Известен способ азотирования в плазме тлеющего разряда (патент РФ №2409700, кл. С23С 8/36, С23С 8/24, C21D 9/22, 20.01.2006), включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности и закалку, плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, силовые линии которого параллельны обрабатываемой поверхности, при этом электронное облако максимально локализовано у детали-катода.

Главным недостатком данного аналога является сложность его реализации и то, что с увеличением габаритов детали требуется увеличение размеров магнитной системы для получения достаточной индуктивности, что не всегда возможно.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ азотирования деталей узлов трения скольжения с получением наноструктурированного приповерхностного слоя [3], включающий предварительную термообработку и последующее азотирование деталей, причем в нем согласно изобретению в качестве предварительной термообработки используют закалку при температуре 920-940°С, последующий высокий отпуск с нагревом до 600-650°С в течение 2-10 часов и удаление обезуглероженного слоя, затем проводят ионно-плазменное азотирование в диапазоне температур 500-570°С при напряжении на катоде 300-320 В, плотности тока 0,20-0,23 мА/см², при использовании в качестве газовой среды аммиака со степенью диссоциации от нуля до 80%, расходе аммиака до 20 дм³/ч, давлении в камере при катодном распылении 1,3-1,35 Па, при насыщении 5-8 ГПа, при этом азотирование проводят в режиме циклического изменения температуры и степени диссоциации аммиака, при этом в первой половине цикла температура составляет 570°С при максимальном азотном потенциале, а во второй половине цикла температуру снижают до 500°С, при этом азотный потенциал снижают за счет увеличения степени диссоциации аммиака до 40-80%, при этом число упомянутых циклов должно быть не менее 10.

Недостатком способа-прототипа являются сложность реализации технологического процесса и невысокие функциональные возможности.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей, обусловленных повышением прочностных характеристик поверхностей, контактной долговечности и износостойкости стальных деталей.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения резьбовых сегментов сборной быстросъемной гайки резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес, включающем проведение объемной закалки и отпуска кольцевой заготовки резьбовых сегментов и ионно-плазменное азотирование поверхности резьбовых сегментов, согласно изобретению упомянутую заготовку резьбовых сегментов закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 25-30 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки с получением резьбовых сегментов и осуществляют ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов до получения защитного азотированного покрытия толщиной, равной половине толщины защитного азотированного покрытия стального резьбового вала указанного резьбового соединения, и твердостью в диапазоне 55-65 HRC, при этом упомянутая толщина защитного азотированного покрытия стального резьбового вала составляет 0,3-0,4 мм.

Достигаемым техническим результатом является повышение срока службы покрытия в условиях эрозии и коррозии.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Стальную заготовку, имеющую форму кольца, подвергают закалке с получением объемной твердости заготовки резьбовых сегментов в диапазоне 25-30 HRC и последующему отпуску. Далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку заготовки после термообработки. При высокоточной механической обработке, на ней в том числе, нарезается внутренняя резьба, а в последующем, заготовка разрезается на два резьбовых сегмента (фрезерная операция на станке с ЧПУ). После этого осуществляют ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов до получения защитного азотированного покрытия толщиной, равной половине толщины защитного азотированного покрытия стального резьбового вала указанного резьбового соединения, и твердостью в диапазоне 55-65 HRC, при этом упомянутая толщина защитного азотированного покрытия стального резьбового вала составляет 0,3-0,4 мм.

Сборная конструкция быстросъемной гайки имеет два резьбовых сегмента. В рабочем состоянии, для фиксации колеса при проведении балансировки на устройстве для балансировки автомобильных колес, внутренняя резьба резьбовых сегментов находится в непосредственном взаимодействии с наружной резьбой резьбового вала, усилие затяжки колеса производится вращением (доворотом) быстросъемной гайки до упора.

Для расфиксации колеса после проведения балансировки, быстросъемную гайку частично откручивают для снятия усилия в резьбовом соединении с резьбовым валом, а затем резьбовые сегменты шарнирно разводятся для быстрого снятия с резьбового вала, при этом витки внутренней резьбы резьбовых сегментов выходят из зацепления с наружной резьбой резьбового вала и быстросъемная гайка может быть снята без вращения.

Режимы термообработки:

- закалка - нагрев до температуры 870°С и выдержка в течение 1 часа на этой температуре, с охлаждением в воде температурой 20…30°С. Твердость после закалки HRC47…53.

- отпуск - нагрев до температуры 600°С и выдержка в течение 1,5 часов на этой температуре, с охлаждением в воде температурой 20…30°С. Твердость после отпуска HRC25…30.

Для получения различной объемной твердости на всю глубину заготовки резьбовых сегментов закаливают получая объемную твердость кольцевой заготовки резьбовых сегментов в диапазоне 25…30 HRc. На высокоточных станках с ЧПУ осуществляется чистовая, окончательная (высокоточная) механическая обработка закаленных заготовок сегментов.

Уже готовые точные детали сегментов подвергаются ионно-плазменному азотированию. Ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов проводят до получения покрытия толщиной, равной половине толщины покрытия резьбового вала и твердости, в диапазоне 55…65 HRc. Далее собирается сборная конструкция быстросъемной гайки, которая работает в паре с резьбовым валом.

Более высокая объемная твердость резьбового вала, в сравнении с твердостью резьбовых сегментов, а также увеличенная толщина слоя на резьбовом валу, в сравнении с толщиной слоя на резьбовых сегментах обеспечивает более высокую жесткость витков резьбового соединения на вале, а жесткость витков на резьбовых сегментах имеет возможность упругой деформации под профиль резьбы вала при высоких нагрузках во время зажима автомобильного колеса на резьбовом вале балансировочного устройства.

Ионно-плазменное азотирование резьбового вала проводится при рабочей температуре в диапазоне 530…540 градусов по Цельсию. При этом в результате азотирования создается нанокомпозитный поверхностный слой высокой твердости, без изменения геометрических размеров деталей.

Источники информации

1. Патент на изобретение RU 2250273, МПК7 С23С 8/26, опубл. 12.20.2002

2. Патент на изобретение РФ №2409700, кл. С23С 8/36, С23С 8/24, C21D 9/22, опубл. 20.01.2006

3. Патент на изобретение RU №2522872 МПК С23С 8/36, опубл. 20.07.2014

Способ получения резьбовых сегментов сборной быстросъемной гайки резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес, включающий проведение объемной закалки и отпуска кольцевой заготовки резьбовых сегментов и ионно-плазменное азотирование поверхности резьбовых сегментов, отличающийся тем, что упомянутую заготовку резьбовых сегментов закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 25-30 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки с получением резьбовых сегментов и осуществляют ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов до получения защитного азотированного покрытия толщиной, равной половине толщины защитного азотированного покрытия стального резьбового вала указанного резьбового соединения, и твердостью в диапазоне 55-65 HRC, при этом упомянутая толщина защитного азотированного покрытия стального резьбового вала составляет 0,3-0,4 мм.

Изобретение относится к области оборудования для модификации поверхности деталей в низкотемпературной газоразрядной плазме и может быть использовано в ионно-плазменных процессах очистки, активации и легирования поверхности деталей. Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда содержит вакуумную камеру и подключенные к ней форвакуумный насос и блок управления расходом газа, к которому подключены баллоны с газами, электроды для возбуждения тлеющего разряда, установленные в рабочем пространстве камеры, анод и подложка-катод, соединенные с источником питания разряда.

Способ азотирования детали из легированной стали // 2777058

Изобретение относится к способу азотирования детали из легированной стали. Способ включает размещение детали в рабочей камере, активацию поверхности детали перед азотированием, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры азотирования и выдержку детали при этой температуре до формирования необходимой толщины азотированного слоя, при этом активацию поверхности детали перед азотированием проводят в два этапа, на первом этапе осуществляют поверхностное пластическое деформирование детали, обеспечивая от 1,1 до 1,2 раз превышение толщины измененного в результате поверхностного пластического деформирования слоя над толщиной формируемого азотированного слоя, а затем на втором этапе активации проводят высокоэнергетическую ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота, обеспечивающую формирование в поверхностном слое детали на глубину азотирования радиационных дефектов кристаллической структуры, обеспечивающих равновеликий процесс диффузии азота внутри зерен металла и по их границам, причем высокоэнергетическую ионно-имплантационную обработку поверхности детали проводят при энергии ионов от 20 до 24 кэВ, дозе облучения от 1,2⋅1017 см-2 до 1,3⋅1017 см-2, скорости набора дозы облучения от 0,7⋅1015 с-1 до 1,2⋅1015 с-1, а поверхностную пластическую деформацию проводят ультразвуковым инструментом при частоте f=17-20 кГц и амплитуде ξm=4-16 мкм акустических колебаний и усилием его прижима к детали 40-160 H, а в качестве метода азотирования используют ионное азотирование.

Устройство для поверхностного упрочнения металлической поверхности // 2748675

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для технологических процессов поверхностного упрочнения металлических поверхностей. Устройство содержит блок формирования коронного разряда и сопло с металлическим наконечником, имеющим отверстие для выхода озонированного воздуха, с муфтой, в которой установлен штуцер для подвода сжатого воздуха в сопло, и муфтой для подвода высоковольтного провода внутрь сопла, при этом блок формирования коронного разряда подключен к упомянутому наконечнику и посредством упомянутого высоковольтного провода подключен к электроду, установленному в сопле с возможностью образования коронного разряда между ним и упомянутым наконечником.

Способ упрочнения ультрадисперсного твердого сплава азотированием // 2736246

Изобретение относится к упрочнению ультрадисперсного твердого сплава. Ультрадисперсный твердый сплав сначала спекают при температуре 1400-1650 °С и охлаждают, затем проводят азотирование в вакуумной печи в среде азота при температуре 900-1200 °С и давлении 5 Па.

Способ интенсификации процесса низкотемпературного ионного азотирования изделий из титановых сплавов // 2717124

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, в медицине и деталей в других отраслях промышленности, работающих в условиях изнашивания. Способ низкотемпературного ионного азотирования изделий из титановых сплавов включает подачу в вакуумную камеру с упомянутыми изделиями плазмообразующей газовой смеси, содержащей азот и аргон.

Способ азотирования оксидных соединений, находящихся в твердой фазе // 2713008

Изобретение относится к области термо-химической обработки материалов. Способ плазменного азотирования оксида кремния в твердой фазе в контролируемой среде включает воздействие на упомянутый оксид кремния низкотемпературной азотной плазмой при атмосферном давлении в течение 7-10 секунд.

Способ ионного азотирования в скрещенных электрических и магнитных полях // 2711067

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструментов, изготовленных из стали. Способ ионного азотирования стального изделия в тлеющем разряде включает подачу в камеру для азотирования рабочей газовой смеси, нагрев стального изделия до температуры азотирования 500-540°С с выдержкой в течение 4-6 часов и одновременное генерирование в камере для азотирования скрещенных электрического и магнитного полей.

Способ повышения износостойкости детали типа зубчатое колесо // 2711064

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к зубчатым передачам, и предназначено для обеспечения высокой износостойкости зубчатого зацепления, позволяет повысить долговечность зубчатых передач. Предлагается способ химико-термической обработки в плазме тлеющего разряда детали в виде зубчатого колеса, включающий загрузку зубчатых колес в вакуумную камеру, откачивание воздуха, проведение ионной очистки в газовой среде, напуск реакционного газа и ионное азотирование, отличающийся тем, что откачивание воздуха проводят до давления 10 Па, затем продувают вакуумную камеру аргоном в течение 2-5 мин при давлении 1330 Па, осуществляют последующее ее откачивание до давления 5-15 Па и проводят ионную очистку при напряжении 900-1000 В в течение 5-7 мин в газовой плазме инертного газа повышенной плотности в скрещенных электрическом и магнитном полях, после чего понижают напряжение до рабочего значения, откачивают аргон из вакуумной камеры, напускают рабочий газ и проводят ионное азотирование в плазме повышенной плотности в скрещенных электрическом и магнитном полях, затем охлаждают зубчатое колесо в вакууме с постоянной прокачкой аргона при давлении 10-15 Па в течение первых 15 минут.

Способ комбинированного упрочнения режущего инструмента // 2708024

Изобретение относится к ионно-плазменной технологии и может быть использовано для упрочнения режущего инструмента. Способ комбинированного упрочнения режущего инструмента включает заполнение газовой плазмой рабочей вакуумной камеры с установленным внутри нее режущим инструментом, нагрев и выдержку режущего инструмента в азотной плазме и синтез на его поверхности из плазмы износостойкого покрытия.

Способ изготовления закаленных под прессом деталей из стальных листов или стальных лент с покрытием на основе алюминия и закаленная под прессом деталь из них // 2704340

Изобретение относится к изготовлению закаленных под прессом деталей из стальных листов или стальных лент с покрытием на основе алюминия. Предложен способ, в котором на стальной лист или стальную ленту наносят основной слой покрытия на основе алюминия методом горячего погружения, после которого до процесса формования стальной лист или стальную ленту с основным слоем покрытия подвергают плазменному оксидированию и/или обработке горячей водой, и/или обработке водяным паром, и на поверхности основного слоя покрытия путем образования оксидов или гидроксидов образуют поверхностный слой, содержащий оксид и/или гидроксид алюминия.

Способ лазерной обработки поверхности стальных изделий // 2777793

Изобретение относится к способу лазерной обработки поверхности стальных изделий. Способ включает лазерное воздействие на поверхность стальных изделий, при этом лазерное воздействие производят посредством технологического лазерного комплекса, оборудованного иттербиевым импульсным волоконным лазером с плотностью мощности 108-109 Вт/см2, длительностью импульсов от 50 до 200 нс, с частотой следования 20 кГц при наложении лазерных пятен свыше 97%.