СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШЕСТЕРЕН Российский патент 1998 года по МПК B23P6/00 

Изобретение относится к машиностроению и ремонту машин, в частности к восстановлению шестерен из цементуемых марок стали термопластическим деформированием.

Известен способ восстановления шестерен из цементуемых марок стали, включающий нагрев до температуры 1000-1100^oC и помещают в установку для раздачи. Раздача производится прошивным пуансоном со скоростью 80-150 мм/с с усилием на штоке 100-120 кН. После раздачи шестерен подвергается отжигу и предварительной механической обработке, шлифованию цапф и торцев венца шестерен и зубодолблению шестерен. Затем зубья шестерни шевингуют, шестерню закаливают с последующим низким отпуском и производят чистовое шлифование цапф, торцев и зубьев венца по наружному диаметру. Во избежание вытекания масла через сквозное осевое отверстие в него вставляется заглушка (Ковальчук Ю. М. , Климин В.И., Брусенцов А.И. и др. Технология и установка для восстановления валов-шестерен гидронасосов типа НШ, тезисы докладов на НТК стран-членов СЭВ и СФРЮ "Современное оборудование и технологические процессы для восстановления изношенных деталей машин". Ремдеталь-83. М.: ЦНИИТЭИ, ч. 2, с.19-20).

Недостатком известного способа является то, что припуски на механическую обработку деформированных шестерен превышают величину наружного цементированного слоя, что влечет за собой после черновой механической обработки дополнительную операцию химико-термической обработки.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ восстановления шестерен из цементуемых марок стали, включающий нагрев до температуры пластичности металла, опрессовку путем пластического деформирования в штампе на остаточную величину раздачи цементированного слоя равную 0,1-0,2 мм, закалку путем охлаждения в штампе, дальнейшую механическую обработку до номинальных размеров (патент России N 1648711, B 23 P 6/00, опубл. Б.И. 18, 1991).

Однако данный способ не позволяет получить материал с высокими физико-механическими свойствами пластичности и вязкости, что приводит к пониженной прочности.

Задача изобретения - повышение качества за счет увеличения долговечности восстановленных шестерен.

Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановления шестерен из цементируемых марок стали, включающем нагрев до температуры пластичности, опрессовку путем пластического деформирования в штампе на остаточную величину задачи цементированного слоя, для компенсации износа и последующей механической обработке, закалку путем охлаждения в штампе, дальнейшую обработку до номинальных размеров, согласно изобретению, нагрев осуществляют до температуры выше точки Ac₃ на (30-150)^oC, деформирование осуществляют в интервале температур Ac₃+(30-150)^oC ... Ac₃, затем ведут дополнительное охлаждение шестерни в штампе до температуры ниже точки Ar₁ на (50-80)^oC и проводят дополнительную механико-термоциклическую обработку, заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac₃ на (30-150)^oC, деформирование в интервале температур Ac₃+ (30-150)^oC... Ac₃ и охлаждения до температуры ниже точки Ar₁ на (50-80)^oC, а также окончательное охлаждение в штампе с температуры Ac₃ ведут после деформирования в интервале температур Ac₃+(30-150)^oC... Ac₃.

Такое выполнение способа восстановления шестерен за счет пластической деформации, реализуемой непосредственно перед фазовым превращением или во время его прохождения, обеспечивает возможность зарождения и развития новой фазы не только границам аустенитных зерен, но и многочисленных дефектах кристаллической структуры, образовавшихся в объеме этих зерен, что приводит к образованию более дисперсной структуры. Измельчение структуры металла происходит за счет совместного воздействия деформации и циклического изменения температуры, что значительно повышает эксплуатационные характеристики металла не только в поверхностном слое но и по всей толщине. И наряду с этим способом позволяет получить необходимый припуск на механическую обработку равный 0,2 мм.

Нагрев до температуры выше точки Ac₃+150^oC, деформирование в интервале температур Ac₃+150^oC-Ac₃, дополнительное охлаждение шестерен в штампе до температуры ниже точки Ar₁-80^oC, проведение дополнительной механико-термической обработки, заключающейся в многократном нагреве выше точки Ac₃+150^oC, деформирование в интервале температур Ac₃+150^oC... Ac₃ и охлаждении до температуры ниже точки Ar₁ - 80^oC, а также окончательное охлаждение в штампе с температуры Ac₃ после деформирования в интервале температур Ac₃+(30-150)^oC.. .Ac₃ проводить нежелательно из-за роста остаточного аустенита и формирования при последующем охлаждении крупноигольчатого мартенсита, что снижает прочность и вязкость в целом.

Нагрев до температуры ниже точки Ac₃+30^oC, деформирование в интервале температур Ac₃+30^oC - Ac₃, дополнительное охлаждение шестерни в штампе до температуры выше ниже точки Ar₁ - 50^oC, проведение дополнительной механико-термической обработки, заключающейся в многократном нагреве ниже выше точки Ac₃+30^oC, деформирование в интервале температур Ac₃+30^oC... Ac₃ и охлаждении до температур выше ниже точки Ar₁-50^oC, а также окончательное охлаждение в штампе с температуры Ac₃ после деформирования в интервале температур Ac₃+30^oC. . . Ac₃ проводить нежелательно, так как очень узкий температурный интервал Ac₃+30^oC. ..Ac₃ для пластического деформирования в области металла перед фазовыми превращениями в цементированном слое за несколько циклов (4-6) не удается получить величину остаточной деформации (раздачу цементированного слоя) равной 0,2 мм. А также металл не успевает полностью претерпевать переход из в состояние, и из в состояние, что ограничивает количественное измельчение зерна.

Известен способ механико-термоциклической обработки(МТЦО), в котором в полуцикле охлаждения предусмотрена пластическая деформация для упрочнения металлов в процессе обработки металлов давлением, в частности в процессе прокатки (Федюкин В.К, Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. -Л. : Машиностроение. Лен. отд-е, 1989, c.255, 1161-162, 167-169).

Однако указанный способ не позволяет получить достаточные и необходимые величины остаточной пластической деформации для компенсации износов шестерен.

В предлагаемом способе восстановления шестерен предложена новая совокупность признаков, что позволяет получить требуемую величину остаточной деформации (раздачи цементированного слоя) и мелкозернистую структуру металла, т. е. выполнить иную функцию - повысить физико-механические свойства пластичности и вязкости материала, что значительно увеличивает долговечность восстановленных шестерен.

На чертеже изображена схема термической обработки изношенных шестерен.

Способ осуществляют следующим образом.

Изношенную шестерню объемно нагревают в соляной ванне до температуры выше точки Ac₃ на (30-150)^oC, устанавливают в штамп и опрессовывают до температуры Ac₃, затем ведут дополнительное охлаждение шестерни в штампе до температуры ниже точки Ar₁ на (50-80)^oC и проводят дополнительную механико-термоциклическую обработку, заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac₃ на 30-150^oC, деформирование в интервале температур Ac₃+(30-150^oC... Ac₃ и охлаждении до температуры ниже точки Ar₁ на 50-80^oC. Этот режим термоциклирования обработки повторяют 4-6 раз и окончательно охлаждают в штампе с температуры Ac₃ ведут после деформирования в интервале температур Ac₃+(30-150)^oC . . . Ac₃ до температуры T=180-200^oC. После охлаждения шестерни до температуры 180-200^oC она выпрессовывается из штампа и охлаждается на воздухе. Последующая механическая обработка осуществляется абразивным инструментом.

Пример конкретного выполнения способа.

Изношенные шестерни шестеренных насосов типа НШ-32 из стали 18ХГТ с закаленной цементованной наружной поверхностью длиной 114 мм, наружный диаметр 55 мм, а внутренний 34,5 мм нагревали в соляной ванне до температуры 880, 940, 1060 и 1120^oC, устанавливали в штамп и опрессовывали до температуры 830^oC, затем проводили дополнительное охлаждение в штампе до температуры ниже 650-680^oC и проводили дополнительную механико-термоциклическую обработку, заключающуюся в многократном нагреве до температуры 940-1060^oC, деформирование в интервале температур 940-1060^oC, охлаждении до температуры 650-680^oC. Этот режим термоциклирования обработки повторяли 4-6 раз и окончательно охлаждали в штампе с температуры 830^oC после деформирования в интервале температур 940-1060^oC, до температуры Т=180-200^oC. После охлаждения шестерни до температуры 180-200^oC она выпрессовывалась из штампа и охлаждалась на воздухе. Последующая механическая обработка осуществлялась абразивным инструментом.

Результаты обработки шестерен представлены в таблице. По результатам данных, представленных в таблице, можно сделать вывод, что наиболее оптимальными режимами нагрева, деформирования и охлаждения шестерен с точки зрения получения необходимых приращений наружного диаметра и улучшения механических свойств являются режимы 1 и 2.

Использование изобретения относится к машиностроению и ремонту машин, в частности к восстановлению шестерен из цементуемых марок стали термопластическим деформированием. Способ состоит в том, что изношенную шестерню объемно нагревают в соляной ванне до температуры выше точки Ac₃ на 30 - 150^oC, устанавливают в штамп и опрессовывает до температуры Ac₃, затем ведут дополнительное охлаждение шестерни в штампе до температуры ниже точки Ar₁ на 50 - 80^oC и проводят дополнительную механико-термоциклическую обработку, заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac₃ на 30 - 150^oC, деформировании в интервале температур Ac₃ + (30 - 150)^oC ... Ac₃ и охлаждении до температуры ниже точки Ar₁ на (50 - 80)^oC. Этот режим термоциклирования обработки повторяют 4 - 6 раз и окончательно охлаждают в штампе с температуры Ac₃ после деформирования в интервале температур Ac₃ + (30 - 150)^oC ... Ac₃ до температуры T = 180 - 200^oC. После охлаждения шестерни до температуры 180 - 200^oC она выпрессовывается из штампа и охлаждается на воздухе. Последующая механическая обработка осуществляется абразивным инструментом. 1 табл., 1 ил.

Способ восстановления шестерен из цементуемых марок стали, включающий нагрев до температуры пластичности, опрессовку путем пластического деформирования в штампе на остаточную величину раздачи цементованного слоя для компенсации износа и последующей механической обработки, закалку путем охлаждения в штампе, дальнейшую механическую обработку до номинальных размеров, отличающийся тем, что нагрев осуществляют до температуры выше точки Ас₃ на 30 - 150^oС, деформирование осуществляют в интервале температур Ас₃ + (30 - 150^oС) . .. Ас₃, затем ведут дополнительное охлаждение шестерни в штампе до температуры ниже точки Ar₁ на 50 - 80^oС и проводят дополнительную механико-термоциклическую обработку, заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ас₃ на 30 - 150^oС, деформировании в интервале температур Ас₃ + (30 - 150)^oС . . . Ас₃ и охлаждении до температуры ниже точки Ar₁ на 50 - 80^oС, а также окончательное охлаждение в штампе с температуры Ас₃ ведут после деформирования в интервале температур Ас₃ + (30 - 150)^oС ... Ас₃.