Способ поверхностной термомеханической обработки металлических изделий

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Срветсккк

Социалистических

Реслублик «964013 фф %««

" !;9 )« — //

С ° (61) Дополнительное к авт. саид-ву (5т1М. Ктт.з (22) Заявлено 2005.80 (21) 2926063/22-02 с присоединением заявки Мо

С 21 0 7/02

С 21 0 8/00 (23) Приоритет

Опубликовано 07.1082. Бюллетень М2 37

Государственный комитет

СССР по пелам изобретений н открытий

{531УДК 621. 785. .79(088.8) Дата опубликования описания 03.02.83 (72) Авторы изобретения

A.Â. Трухачев, В.A. Савинов, Б.М и В. Н . Калашников (71) Заявитель

Ижевский механический институт (54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ния поверхностей вращения несложной . формы типа ручьев, канавок. При обра ботке гибких зубчатых колес, имеющих как прарило, тонкую стенку и мелкий модуль, не обеспечивается требуемой точности ни по шагу, ни по высоте зубьев, а при последующем охлаждении (закалке) происходит коробленне, что также снижает точность.

Целью изобретения является повышение точности и долговечности изделий.

Цель достигается тем, что по пред лагаемому способу поверхностной термомеханической обработки металлических иэделий, преимущественно гибких зубчатых колес, включающему нагрев до температуры аустенизации, обкатку вибрирующим в радиальном направлении роликом и охлаждение, нагрев производят на глубину, равную высоте зуба и толщине стенки колеса, после нагрева перед обкаткой роликом на глубину нагретого слоя проводят предварительное накатывание зубьев этим же роликом при статических нагрузках,а в процессе охлаждения колеса осущеСтвляют калибровку зубьев роликом при статических нагрузках со сте ленью деформации 1 — 3 .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при поверхностном термомеханическом упрочнении мелкомодульных зубчатых колес волновых редукторов.

Известен способ горячего накатывания зубьев и термомеханического.упрочнейия при горячем накатывании зубьев . (1 ).

Однако способ требует применения мощных станов для прокатки зубьев, не обеспечивает. достаточно высокой точности зубчатых колес и не может использоваться для изготовления гибких зубчатых колес.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ поверхностей термомеханической обработки металлических иэделий, обеспечивающий снижение усилий деформации при достаточно большой глубине упрочнения, включающий нагрев до температуры аустениэации, обкатку роликом,вибрирующим = частотой 20-30 Гц, с амплитудой, не превьааающей глубины лунки контакта иэделия с роликом, и охлаждение (2 1.

Но при этом способе возможно совмещение формообразования и упрочне« «««

" "« .

Перевозчи ов

Г

«Д !

964013

При этом предварительное накатывание зубьев проводят до формообразования 1/3 высоты зуба, обкатку и калибровку производят зубчатым роликом, а окончательную обкатку осуществляют с амплитудой вибраций, не пре вышающей 2/3 высоты зуба, Применение глубинного нагрева токами высокой частоты связано с необходимостью прогрева с поверхности до температуры аустенизации на глубину, равную высоте зуба и толщине стенки колеса, что обеспечивает их закалку при последующем охлаждении, Ограничения по глубине нагрева связаны также с тем, что при увеличении глубины затрудняется последующая механическая обработка. внутреннего диаметра колеса.

Предварительное накатывание зубьев зубчатым роликом-накатником при статических нагрузках позволяет производить плавное и постепенное зацепле; ние ролика"накатника с поверхностью обрабатываемого изделия, например, через эталонное колесо, что обеспечивает то4ность по шагу при окончательном формообразовании поскольку обкатка вибрирующим роликом-накатником осуществляется по предварительно накатанным зубьям.

Предварительное накатывание до формообразования 1/3 высоты зуба связано с ограничением допустимых статических нагрузок: при накатывании до формообразования свыше 1/3 высоты зуба статические нагрузки достигают таких значений, при которых происходит потеря формы вследствие тонкостенности гибких колес, резко понижается точность обработки.

Окончательное накатывание зубьев обкаткой вибрирующим зубчатым роликом-накатником на.глубину нагретого слоя обеспечивает упрочненив не только зубьев, но и стенки колеса. Ограничение по амплитуде вибраций ролика-накатника, не прввьыающвй 2/3 выты зуДа, связано с необходимостью обеспечения точности по высоте зубьев в процессе окончательного на" катывания.

Осуществление калибровки зубьев тем же зубчатым роликом-накатником при статических нагрузках .в процессе охлаждения колеса исключает коробление, обеспечения тем самым точность профиля. Статические нагрузки выбираются из условия обеспечения степени деформации 1-33, при этом меньшее значение степени деформации берется для колес малых размеров, а большее . для колес крупных размеров Уменьшение степени деформации менее 1Ъ не исключает полностью короблвния, а увеличение сверх ЗЪ вЂ” резко увеличи- вавт вероятность хрупкого разрушения закаленных зубьев колес. Кромв того, 50

55 формообразование зубьев проводили фрезерованием, после чего осуществляли сквозное упрочнение колес объемной закалкой с печного нагрева с закалкой от 860 С в воду.

После поверхностной термомеханической обработки и объемной закалки колеса подвергали отпуску при 500 С в течение 2 ч. Окончательную механическую обработку проводили растачиванием внутреннего диаметра.

Оценку точности колес проводили путем замера шага, высоты зуба и диаметра по впадинам зубьев на длинномере ИЗА-2 с точностью 0,001 мм. Результаты замеров показали, что точность колес, изготовленных поверхнос. тной термомеханической обработкой, не уступает точности фрезерованййх с последующим сквозным упрочнением при увеличении степени деформации происходит уменьшение размеров, что крайне нежелательно с точки зрения обеспечения точности.

Поверхностной тврмомвханичвской

5 обработке подвергали заготовки кольца из .стали 40Х (шириной 15 мм, наружным диаметром 120 мм и толщиной стенки 6 мм) для получения гибких зубчатых колес со следующими характеристиками:

Модуль Ю 1

Высота зуба И 2,2 мм

Число зубьев 120

Толщина стенки о 1 мм

Глубинный нагрев токами высокой частоты до температуры аустенизации

950 С производили от лампового генератора ЛЗ-67В секторным индуктором на глубину 3,2-3,5 мм, что контроли2-0 ровалось по торцовой поверхности заготовки колеса оптическим пирометром

ОППИР-017. Предварительное накатывание зубьев зубчатым роликом-накатником, профиль которого соответствовал профилю гибкого колеса, проводили на глубину 0,70-0,75 мм, что достигалось при предельно-допустимой статической нагрузке 800 кГс.Окончательное накатывание зубьев осуществ.ляли тем же роликом-накатником при

З0 частоте вибраций 30 Гц от пневмомолотка МО-09. Амплитуду вибраций роликанакатника в пределах 1,50-1,45 обеспечивали поджатием пневмомолотка к. обрабатываемой заготовке с усилием

400 кГс. Охлаждение колеса после формообразования зубьев проводили в спрейерном устройстве водой под давлением 2 ати. В процессе охлаждения колеса производили калибровку зубьев

40 при отключенном пневмомолотке и статических нагрузках 200 кГс,что обеспечивало степень деформации 2%.

Для получения сравнительных дан ных изготовляли гибкие колеса но сле45 дующей технологии.

964013

Составитель А.Денисова

Редактор O.Юркова ТехредТ.Фанта Корректор М. Демчик

Заказ 266/3 . Тираж 587 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и находится в пределах, обусловленных чертежом колеса .

Прочность зубьев проверяли испытанием на срез, которые проводили на испытательной машине ИУП-20.

Прочность зубьев колес после поверхностной термомеханической обработки возросла на 20% (максимальное усилие среза составило 95 кГс/мм при

80 кГс/мм у фрезерованных колес с последующей термической обработкой). . Конструктивную прочность стенки колес оценивали по результатам испытаний на статический и ударный изгиб образцов-сегментов, вырезанных иэ колес.

После поверхностной термомеханической обработки предел прочности при изгибе увеличивается на 15% (co 151 кГс/мм до 200 кГс/ммЦ, предел упругости на 12% со 107 кГс/мм до 128 кГс/sek), пластичность íà 108, (с 6,4 мм до 7,1 мм) и ударная вязкость на 60% (c 1,4 кГс см/см до

2,2 кГс cM/ñì ) .

Усталостные испытания при циклических иэгибных нагрузках проводили по методу задаваемой упругой дефор,мации до 10%. Долговечность гибких колес повысилась в 3-5 раэ в зависимости от уровня задаваемой упругой деформации.

Применение предлагаемого способа позволит в 2-3 раза уменьшить трудоемкость и себестоимость изготовления, сократить длительность производственного цикла в 4-5 раз, повысить эксплуатационную надежность и долговечность гибких колес в 3-5 раэ.

Формула изобретения

1. Способ поверхностной термомеханической обработки металлических изделий, преимущественно гибких зубчатых колес, включающий нагревание

5 до температуры аустениэации, обкатку вибрирующим в радиальном направлении роликом и охлаждение, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежf0 ности и долговечности:, нагревание производят на глубину, равную высоте зуба и толщине стенки колеса, после нагревания перед обкаткой вибрирующим роликом проводят предварительное накатывание зубьев этим же роликом при статических нагрузках, а в процессе охлаждения колеса осуществляют калибровку зубьев при статических . нагрузках со степенью деформации

1-3а.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем; что предварительное накатывание зубьев проводят до формообразования 1/3 высоты зуба.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что обкатку и калибровку осуществляют зубчатым ро-. ликом.

4. Способ по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что окончательную обкатку осуществляют с амплитудой вибраций, не превышающей 2/3 высоты зуба.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "МЬталловедение и термическая обработка металлов", 9 11, 1971, с. 60-61.

2. Авторское свидетельство СССР

9 488870, кл. С 21 0 7/06, 1974.