СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ БОЛЬШОЙ КРИВИЗНЫ КОРПУСНЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1995 года по МПК C21D1/78 B23P6/02 

Изобретение относится к восстановлению отверстий деталей из углеродистых сталей и может быть использовано для ремонта деталей топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания, имеющих малые диаметры восстанавливаемой поверхности и относительно большую ее длину.

Известны способы восстановления цилиндрических поверхностей деталей из углеродистых сплавов, заключающиеся в скоростном индукционном нагреве восстанавливаемой поверхности детали в матрице до необходимой температуры и охлаждении этой поверхности водой.

Недостатком этих способов является то, что они не обеспечивают получение качественной поверхности при восстановлении корпусных деталей большой кривизны. В процессе восстановления таких поверхностей увеличивается вероятность образования трещин и отбела из-за высоких температур нагрева (800-950^оС) и больших скоростей охлаждения детали (охлаждение водой).

Наиболее близким по техническому решению и получаемому результату является способ восстановления цилиндрических поверхностей, определяющий оптимальную температуру нагрева детали, при которой имеет место минимальное сопротивление пластической деформации (750-770^оС), обеспечивается равномерная величина пластической деформации деталей значительных размеров.

Недостатком способа является низкое качество восстанавливаемой поверхности детали и малая производительность процесса восстановления.

В связи с тем, что способ-прототип обеспечивает восстановление поверхности путем создания в стенке детали вдоль ее оси градиента температур при непрерывно-последовательном индукционном нагреве этой поверхности кольцевым индуктором и ее охлаждением при восстановлении отверстий большой кривизны поверхность после восстановления имеет неравномерный припуск на механическую обработку, что приводит к чернотам поверхности после механической обработки детали. Восстановление детали до требуемого размера необходимо осуществлять несколькими циклами, что снижает производительность. Повторение циклов процесса, как известно, снижает производительность процесса восстановления, что является вторым недостатком упомянутого способа наряду с низким качеством поверхности.

Цель изобретения состоит в повышении качества восстанавливаемой поверхности и производительности процесса восстановления деталей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе восстановления цилиндрических поверхностей большой кривизны корпусных стальных деталей, включающем нагрев ее поверхности до 750-770^оС и охлаждение, согласно изобретению восстанавливаемую поверхность нагревают одновременно по высоте со скоростью 120-145^о/с и охлаждают на воздухе.

Выбор скорости нагрева детали в пределах 120-145^о/с производится в зависимости от содержания углерода в восстанавливаемой детали. При содержании углерода до 0,4% скорость нагрева колеблется в пределах 135-145^о/с, при более высоком содержании углерода скорость нагрева снижают до 120^о/с.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство состоит из стола 1, установки ТВЧ 2 с токопроводами 3 и водопроводом 4, цилиндрического индуктора 5, матрицы 6, охлаждаемой спрейером 7 и расположенной вместе с деталью 8 на столе 1.

Восстановление детали с помощью этого устройства производится следующим образом.

На стол 1 устройства устанавливают деталь 8, подлежащую восстановлению, затем закрепляют матрицу 6 и цилиндрический индуктор 5. Подают воду через индуктор и включают установку ТВЧ 2, обеспечивающую подвод электрической мощности к индуктору, необходимой для нагрева детали с заданной скоростью до требуемой температуры. Систему охлаждения матрицы включают после нагрева наружной поверхности матрицы до температуры 80^оС, что происходит после восстановления четырех деталей с циклом восстановления 5 мин. После нагрева восстанавливаемой поверхности до заданной температуры, системы электроснабжения и водоснабжения отключают. Через 2-3 мин деталь высвобождают из матрицы. Дальнейшее охлаждение детали производится на воздухе до температуры окружающей среды.

В процессе восстановления в детали происходят следующие объемные и структурные процессы. При скоростном нагреве ТВЧ в детали, находящейся в холодной матрице, возникают термические напряжения, направленные в сторону восстанавливаемой поверхности, так как нагреваемый сплав увеличивается в объеме.

Когда термические напряжения по своей величине превосходят сопротивление пластической деформации, сплав деформируется пластически в сторону внутренней поверхности потому, что матрица препятствует деформации в сторону наружной поверхности. Величина деформации равна линейному расширению сплава, происходящему в результате нагрева заготовки до 750-770^оС, при которых имеет место минимальное сопротивление пластической деформации. В связи с тем, что матрицы соприкасается с деталью по всей длине ее наружной поверхности, деформация восстанавливаемой детали происходит равномерно по всей ее длине.

В процессе пластической деформации деформируемый сплав не возвращается в исходное положение и сохраняет восстановленный размер после охлаждения детали.

В лабораторных условиях УСХА отработаны оптимальные значения скорости нагрева восстанавливаемой заготовки и определено влияние предлагаемого способа и способа-прототипа на продолжительность процесса восстановления и качество восстанавливаемой поверхности. Для этой цели подвергались обработке две партии втулок плунжерного насоса УТН-5 дизельного двигателя мощностью до 50 л.с. Масса втулки 0,1 кг, диаметр восстанавливаемой поверхности 8,5 мм, высота 52 мм, марка сплава ХВГ ГОСТ 5950-73. Первая партия обработана по предлагаемому способу, вторая - по способу-прототипу. Требуемый минимальный размер восстанавливаемой поверхности (припуск на механическую обработку) - 0,03 мм.

Результаты отработки оптимальных скоростей нагрева заготовки и изучения влияния способов восстановления на производительность (продолжительность) процесса восстановления и качество заготовок представлены в таблице.

Из таблицы видно, что эффективность восстановления деталей зависит от скорости нагрева детали, оптимальная скорость нагрева при восстановлении деталей предлагаемым способом находится в пределах 120-145^о/с. При скоростях нагрева менее 120^о/с имеет место недостаточная эффективность восстановления (менее 0,03 мм), что обуславливает образование чернот после механической обработки детали.

При скоростях нагрева более 145^о/с повышается вероятность микротрещин (м-т) из-за большой скорости нагрева детали. Значительное, почти в 3 раза, повышение производительности процесса восстановления предлагаемым способом в сравнении с способом-прототипом объясняется тем, что предлагаемый способ обеспечивает одновременный нагрев заготовки по высоте, в то время как способ-прототип - последовательный (снизу вверх) нагрев заготовки. Из таблицы также видно, что вероятность образований микротрещин значительно выше при восстановлении деталей способом-прототипом чем предлагаемым. Это объясняется тем, что в способе-прототипе охлаждение нагретой детали производится водой, а в предлагаемом способе - на воздухе, а скорость охлаждения водой значительно превосходит скорость охлаждения на воздухе. Повышение скорости охлаждения как известно приводит к повышению напряжений в детали, вызывает образование микротрещин.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение производительности процесса восстановления и повышение качества восстанавливаемых деталей - получение деталей без микротрещин и чернот по сравнению с прототипом.

Сущность изобретения: деталь помещают в матрицу и нагревают восстанавливаемую поверхность одновременно по высоте со скоростью 120 - 145°С/с до 750 - 770°С, охлаждают деталь на воздухе. 1 ил., 1 табл.

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ БОЛЬШОЙ КРИВИЗНЫ КОРПУСНЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий индукционный нагрев восстанавливаемой поверхности до 750 - 770^oС и охлаждение, отличающийся тем, что предварительно деталь помещают в матрицу, нагрев ведут одновременно по высоте со скоростью 120 - 145 град./с, а охлаждение - на воздухе.