СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАПЛАВКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/04 

Изобретение относится к машиностроению и механической обработки, в частности при изготовлении или восстановлении деталей машин и инструмента в процессе автоматической наплавки.

Известен способ механической обработки деталей, наплавляемых твердым сплавом, при котором режущему инструменту, находящемуся на расстоянии от наплавочного электрода, определяемом временем остывания наплавляемой полосы до оптимальной для резания температуры, сообщают движение, согласованное с перемещением относительно детали наплавочного электрода [1]
Однако известный способ не обеспечивает постоянство высокой обрабатываемости наплавленной на деталь полосы из-за того, что края и середина этой полосы охлаждается с разной интенсивностью, имеют разную твердость, и, следовательно, равную обрабатываемость.

Известен также способ механической обработки, при котором режущему инструменту, находящемуся на расстоянии от электрода, определяемом временем остывания наплавки до оптимальной для резания температуры, сообщают относительное дугообразное движение с максимальной выпуклостью посредине наплавки. При этом циклично работающему инструменту, отстоящему от электрода на определенном расстоянии, сообщают скорость и перемещают его на длину хода, превышающую ширину наплавки [2]
Однако в этом способе траектория движения режущего инструмента также не обеспечивает стойкости инструмента. Это обусловлено тем, что снятие стружки производится вблизи наплавочной ванны вдоль всей ширины наплавки и резец не выходит из зоны высоких температур как при рабочем, так и при холостом ходе, и сильно нагревается, а сам процесс резания осуществляется одним и тем же участком режущей кромки.

Известен способ восстановления изношенных цилиндрических деталей, основанный на совмещении процессов наплавки с механической обработкой металла при использовании тепла сварочной дуги [3]
Этот способ реализуется с помощью наплавочной установки для восстановления наплавкой цилиндрических деталей с одновременной механической обработкой фрезой [4]
Хотя в данном способе процесс обработки становится периодическим за счет вращения фрезы, но стойкость инструмента недостаточна из-за высокой твердости металла в зоне обработки, так как температура его нагреве не превышает 505^oC [5] недостатком является также громоздкость фрезерной головки.

Известен способ механической обработки в процессе автоматической наплавки открытой дугой, наиболее близкий по своей технической сути (прототип), при котором режущий инструмент располагают на расстоянии от электрода, определяемом временем остывания наплавленного слоя до оптимальной для резания температуры, режущему инструменту сообщают возвратно-поступательное движение, а режущую кромку инструмента перемещают по прямой, параллельной касательной к наплавляемой поверхности, располагают режущую кромку относительно наплавляемой поверхности на расстоянии, равном глубине резания, резание начинают в зоне температур, обеспечивающих твердость материала 18.28 HRC_э, а перед электродом устанавливают экран для улавливания стружки, при этом используют полусферический экран с центром в точке пересечения наплавляемой поверхности с электродом [6]
Недостатком известного технического решения является то, что обработка происходит из холодной неразупрочненной зоны в более горячую разупрочненную, возникает участок проскальзывания и выкрашивание инструментального клина. Срезание стружки осуществляется одним и тем же участком режущей кромки в динамическом ударном режиме, что снижает износостойкость режущего инструмента.

Изобретение решает задачу увеличения стойкости инструмента, повышения качества и точности обрабатываемой поверхности путем использования эффекта вращения режущей части инструмента и выбора направления движения инструмента.

Задача достигается тем, что в способе механической обработки деталей в процессе автоматической наплавки, при котором режущий инструмент располагают на расстоянии от электрода, определяемом временем остывания наплавленного слоя до оптимальной для резания температуры, а режущему инструменту сообщают возвратно-поступательное движение, резание осуществляют в направлении зоны более холодного менее разупрочненного металла, режущий инструмент используют с круглой режущей частью, установленной с возможностью вращения вокруг своей оси в процессе резания под действием силы стружкообразования и вращения детали.

Резание металла в процессе автоматической наплавки осуществляют в точке, определяемой временем остывания наплавленного слоя до оптимальной для резания температуры, по направлению зоны более холодного и менее разупрочненного металла.

Это обусловлено следующим. В момент врезания сила стружкообразования максимальна, следовательно, основной износ инструмента и выкрашивание инструментального клина происходит в точке врезания инструмента в заготовку и по мере снятия сегментной стружки до нуля. Врезание инструмента в разупрочненную зону, нагретую до температуры, обеспечивающей твердость 20.25 HRC_э, смягчает удар и снижает силу стружкообразования в момент врезания на 30.50% Снятие сегментной стружки в направлении более холодной зоны с возрастающей твердостью сила стружкообразования позволяет выровнять величину силы стружкообразования, что положительно сказывается на уменьшении износа инструмента.

Придание инструменту возвратно-поступательного движения с помощью линейного электромагнитного двигателя сопровождается возникновением вращающего момента, появляющегося под действием электромагнитной силы обмотки якоря. Для устранения этого нежелательного момента круглую часть устанавливают на штоке-державке привода с возможностью поворота вокруг своей оси, причем режущая часть круглой формы. Такой способ установки круглой режущей части позволяет полнее отразить динамику процесса резания по данному способу обработки, так как круглая режущая часть будет вращаться под действием силы стружкообразования и вращения детали в процессе резания, что способствует периодизации контакта точки режущей кромки с горячей обрабатываемой поверхностью и повышению качества обработанной поверхности.

На чертеже изображена схема способа механической обработки в процессе автоматической наплавки: круглая режущая часть 1, наплавочная ванна 2, электрод 3, флюсовод 4, обрабатываемая заготовка 5, сила стружкообразования P и ее составляющие, расстояние от наплавочной ванны до точки начала резания.

Способ реализуется следующим образом. Механическую обработку деталей в процессе автоматической наплавки производят резанием металла из зоны его пониженной в результате нагрева электрической дугой твердости в направлении от наплавочной ванны к зоне менее разупрочненного остывающего металла. Точка начала резания определяется временем остывания наплавленного слоя до оптимальной для резания температуры. На образце замеряется твердость в горячем состоянии [7] по оси наплавки за наплавочной ванной. В точке, твердость в которой составляет 20. 25 HRC_э, фиксируют время, считая от начала наплавки, учитывая, что режимы обработки постоянны.

Резание начинают на расстоянии l от наплавочной ванны, определяемом временем t остывания наплавленного слоя до температуры, обеспечивающей твердость не более 20.25 HRC_э.

Обработку наплавленной поверхности ведут круглой режущей частью 1, установленной на штоке-державке привода ЛЭМД, с помощью которого штоку-державке с установленной на нем круглой режущей частью 1 придают возвратно-поступательное движение.

Круглую режущую часть 1 устанавливают на штоке-державке с возможностью поворота за счет установки ее на подшипник.

Под воздействием суммарного вращающего момента, спонтанно возникающего из-за действия силы стружкообразования P и вращения заготовки с частотой п_н, начинает вращаться круглая режущая часть 1, которой осуществляют обработку.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Проводилась механическая обработка в процессе наплавки на наплавочной установке А 580 М с источником питания ВЦ-600 проволокой ПП-АН-170 на заготовку из стали 45 диаметром 100 мм до диаметра 107 мм. Обработку заготовки осуществляли до диаметра 104 мм. Использовали следующие режимы: скорость наплавки V_н 15 м/ч, скорость подачи электрода V_э 99,5 м/ч, ток наплавки I 210.230 А, напряжение наплавки U 24.26 B, частота колебаний штока-державки с установленной на нем круглой режущей частью f= 75 мин^-1. Настройку на обработку осуществляли путем приведения в соприкосновение при движении режущую часть 1 и деталь 5. Затем резец поднимали на 3 см из найденного положения. Электрод устанавливали со смещением из зенита 10-15 мм и производили наплавку. Через период времени t 13 с наплавленный слой достигнет твердости 22.25 HRC_э, расстояние от наплавочной ванны до точки начала резания l V_н • t 55 мм. Механическую обработку производили на расстоянии от наплавочной ванны 55 мм одновременно с наплавкой.

Износ инструмента составил 0,2 мм после 25000 ходов инструмента, что составляет стойкость инструмента 71 мин.

Способ позволяет обрабатывать материалы с высокой твердостью до 450.470 HB, причем износостойкость инструмента почти в 3 раза возрастает по сравнению с прототипом.

За счет применения в качестве привода инструмента линейного электромагнитного двигателя в сочетании с вращением инструмента под действием силы резания и вращения заготовки энергоемкость способа снижается в 1,4 раза по сравнению с известными аналогами.

Шероховатость обработанной о данному способу поверхности снижается в 1,3 раза за счет использования сочетания возвратно-поступательного движения инструмента и вращения круглой режущей части.

Данный способ обработки позволяет получить регулируемый рельеф обрабатываемой поверхности (ячеистой формы), что способствует повышению эксплуатационных свойств полученной по данному способу детали, в частности, износостойкости в 2 раза.

Использование: изготовление и восстановление деталей машин и инструмента. Сущность изобретения: в процессе автоматической наплавки обрабатываемую деталь вращают, а режущий инструмент располагают на расстоянии от электрода, определяемом временем остывания наплавленного слоя до оптимальной для резания температуры, и сообщают ему возвратно-поступательное движение в направлении от наплавочной ванны к зоне более холодного металла. Режущий инструмент используют с круглой режущей частью, которую устанавливают с возможностью вращения вокруг своей оси на штоке - державке линейного электромагнитного двигателя. Способ позволяет получить регулируемый рельеф обрабатываемой поверхности. 1 ил.

Способ механической обработки деталей в процессе автоматической наплавки, в котором обрабатываемую деталь вращают, а режущий инструмент располагают на расстоянии от электрода, определяемом временем остывания наплавленного слоя до оптимальной для резания температуры, и сообщают ему возвратно-поступательное движение, отличающийся тем, что возвратно-поступательное перемещение режущего инструмента осуществляют в направлении от наплавочной ванны к зоне более холодного металла, причем используют режущий инструмент с круглой режущей частью, которую устанавливают с возможностью вращения вокруг своей оси на штоке-державке линейного электромагнитного двигателя.