Способ упрочнения поверхностей металлических заготовок

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сотоз Соеетемма

Соцнамметмчеемих

Расмубимм

<и>942200 (6! ) Дополнительное к авт. санд-ву (22)Заявлено 04.08.80 (2!) 2967888/22-08 с присоединением заявки Ле (23 ) Приоритет (5! )М. Кл.

С 21 0 1/04//

В 06 В 3/00

Ваударатааххый канатет

СССР ле делан яаебрателая н етхрытяй

Опубликовано 30.07 82. Бюллетень М 28

Дата опублмкованмя описания 30.07.82 (5З) ЮК 621.784.

4:621.9.048:6 (088.8) (72) Авторы нзобретенмя у т - . "" 6%мфф1

М. Д. Тявловский и М. Н. Лось (71) Заявитель

Минский радиотехнический институт (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к упрочняюще-чистовой обработке при воздействии ультразвуковых колебаний и может быть использовано в различных областях машиностроения и приборостроения.

Известен способ упрочнения поверхности металлических заготовок, по которому шарик, служающий обрабатывающим инструментом и связанный с концентратором ультразвукового преобразователя, ударяет по поверхности обрабатываемой заготовки с ультразвуковой частоl0 той и одновременно вдавливается в поверх1 ность с постоянной статической нагрузкой 50—

300 Н. По данному способу ультразвуковое упрочнение ведут на воздухе при нормальных температурах Щ.

Недостаток способа в том, что при обработке заготовки на воздухе на поверхности образуются окисные пленки, которые под воздействием ультразвуковых колебаний инструмента разрушаются. В момент контакта инструмента и детали происходит схватывание их ювенильных поверхностей и образование мостиков сварки, которые периодически разрушаются в момент отрыва ультразвукового инструмента.

Это ведет к снижению качества упрочняемого слоя. В зоне контакта обрабатывающего инструмента с поверхностью детали происходит резкое повышение температуры (до 1473 К), что приводит к частичному разупрочнению вследствие локального отпуска.

Известен также способ ультразвуковой обработки поверхности металлических заготовок в вакууме с одновременным охлаждением обрабатывающего инструмента и заготовки до температуры от 273 К до порога хладноломкости обрабатываемого материала (21.

Способ не всегда обеспечивает требуемое качество обработки, а подготовительные операции перед упрочнением длительны в связи с необходимостью проведения работы в вакууме, Цель изобретения — повышение качества обработки и производительности.

Эта цель достигается тем, что в способе упрочнения поверхности металлических заготовок ультразвуковым инструментом при низких температурах, заготовки перел упрочнением покрывают тонким слоем граничной смазки, ис3 947200 ключающей окисление поверхности, например, глицерином.

В граничную смазку вводят порошкообразное медьсодержащее вещество, например, сульфат меди в количестве 1 — 20 мас.%.

В качестве граничной смазки можно использовать металлопдакирующую смазку, например, ЦИАТИМ вЂ” 201 с добавлением 3 — 15мас.% порошка меди.

Покрытие заготовок тонким слоем граничной смазки, исключающей окисление их.поверхности, позволяет устранить образование окисных пленок на поверхностях обрабатываемых деталей при ультразвуковой обработке, что уменьшает работу выхода электронов и тем способствует протеканию хемосорбционных процессов и разрыхлению поверхностного слоя. При упрочнении поверхности заготовки из меди и ее сплавов на поверхностях инструмента в результате хемосорбционных процессов образуется тонкая пленка меди. Наличие пленки меди уменьшает коэффициент трения, вероятность непосредственного контакта поверхности инструмента и заготовок понижает температуру в зоне деформации и, следовательно, уменьшает износ ультразвукового 2 инструмента.

Охлаждение заготовок перед упрочнением от 273 до 4 К позволяет повысить производительность процесса упрочнения по сравнению с одновременным охлаждением обрабатываю30 щего инструмента и заготовки при ультразвуковой обработке. В предлагаемом способе, предварительно охлаждают заготовки в специальНоМ холодильнике и устанавливают на токарном станке для унрочнения ультразвуковым инстру-. ментом. В этом случае отпадает необходимость

)5 проводить охлаждение заготовки и инструмента в процессе обработки, что экономит время.

Для упрочнения заготовок из металлов и сплавов не содержащих пленкообразующих

Ф I0 веществ, в граничную смазку вводят порошкообразное медьсодержащее вещество, например, сульфат меди в количестве 1 — 20 мас.%. В этом случае на рабочих поверхностях инструмента образуется тонкая пленка меди в результате хемосорбционного взаимодействия медьсодержащих веществ, находящихся в зоне обработки, с поверхностно-активными веществами (глицерином, сниртоглицериновой смесью, олеиновой кислотой, сульфанолом) и с поверхностями трения.

В качестве граничной смазки можно использовать металлоплакирующие смазки пластичные (консистентные ) и жидкие, содержаип е в составе порошок пленкообразующего металла в количестве 3 — 15 мас.%, подвергающегося иэ- 55 бирательному растворению, окись металла или металлоорганическое соединение, подвергающиеся восстановлению или распаду в зоне де1, формации и выделяющие металл, идущий на образование металлоплакирующей пленки. При обработке заготовок, покрытых тонким слоем металлоплакирующей смазки, на рабочих поверхностях ультразвукового инструмента образуется защитная металлическая пленка, в которой имеет место диффуэионно-вакансионньш механизм. Наличие защитной металлической пленки уменьшает коэффициент трения и вероятность непосредственного контакта поверхност:й ультразвукового инструмента и заготовки, понижает температуру в очаге деформации, умень. шает износ инструмента. Уменьшение температуры в очаге деформации позволяет увеличить скорость обработки.

Предварительное охлаждение детали позволяет также уменьшить температуру в зоне контакта инструмента с материалом, создает условия избирательного переноса в процессе упрочнения и повышает производительность труда.

Интенсификация процесса упрочнения ультразвуковым инструментом достигается за счет импульсного, ударного приложения нагрузки с быстрым возрастанием давления до значительной величины, чередующегося со столь же быстрым понижением нагрузки. Прн таких условиях обработки распределение напряжений отличается локальностью и значительной неравномерностью, обрабатываемый материал проявляет большую склонность к упрочнению, чем нри обычном пластическом деформировании.

При ультразвуковом упрочнении брэнзовых заготовок, предварительно покрытых тонким слоем глицерина и охлажденных до минусовой температуры, в процессе обработки в зоне контакта нары инструмент-заготовка создаются условия для проявления эффекта избирательного переноса, выражающегося в образовании на рабочих поверхностях инструмента .онкой

/ пленки меди, имеющей значительную механическую прочность на сжатие н низкое:опротивление тангенциальному сдвигу. Тонкая пленка меди сохраняется на рабочих поверхностях инструмента непрерывно в течение всего процесса обработки, Наличие тонкого слоя смазки и пленки уменьшает контактное трение и износ инструмента. Тонкий слой меди обладает более ,низким пределом текучести, сопротивлением сдвигу но сравнению с материалом обрабатываюшего инструмента.

Обработка по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Заготовки, например из бронзы, накрывают тонким слоем технического глицерина и охлаждают в холодильнике до 123 К. Охлажденную заготовку закрепляют в патроне токарного станка, прижимают к ней с силой 100 Н

6 ."трумента и заготовки при обработке охлаж ценных заготовок.

Формула изобреrения

1. Способ упрочнения поверхностей металли. ческих заготовок инструментом, на который накладывают ультразвуковые колебания, а заготовку охлаждают от 273 до 4 К, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества обработки путем исключения окисления обрабатываемых поверхностей, заготовки перед упрочнением покрывают слоем граничной смазки, в которую вводят порошкообразное медьсодержащее вещество.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, в качестве граничной смазки используют глицерин или металлоплакирующие смазки.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве порошкообразoro медьсодержащего вещества берут сульфат еди в количестве 1 — 20 мас.%.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Муханов И. И. Импульсная упрочняющечистовая обработка деталей машин ультразвуковым инструментом. М., "Машиностроение", 1978, с. 15 — 35.

2. Авторское свидетельство СССР N 567757, кл. С 21 О 1/04, 1976.

5 947200 деформируюший инструмент — стальной шарик диаметром 10 мм, соединенный с концентратором магнитострикционного преобразователя, При режиме обработки .— частота ультразвуковых колебаний — 22 кГц, амплитуда— !

О мкм, скорость вращения заготовки—

150 об/мин при продольной подаче 0,1 мм/об шероховатость упрочненной поверхности уменьшилась с 1,25 до 0,08 мкм и одновременно повысились физико-механические свойства 10 поверхностного слоя: твердость и прочность, сжимающие остаточные напряжения.

При обработке заготовок иэ ст. 45 их покрывают тонким слоем технического глицерина, в который вводят сульфат меди в количестве 20 г/л. Заготовки охлаждают до 173 К, закрепляют на станке, прижимая инструмент к заготовке с-силов 200 Н. Режим обработки аналогичен режиму при упрочнении заготовок из бронзы. !

О

Использование предлагаемого способа позволяет повысить износостойкость обрабатывающего инструмента эа счет создания на инструменте в процессе обработки тонкого слоя меди, обладающего низким пределом текучести и сопротивлением сдвигу по сравнению с матери)алом обрабатывающего инструмента, повысить

4сачество упрочненных деталей эа счет уменьшения схватывания ювенильных поверхностей инСоставитель В. Шарина

Техред Е. Харнтончик

Редактор П. Макаревич

Корректор О. Билак

Заказ 5547/40

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Просипела. 4

Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по пелам изобретений и открытий

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