УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2000 года по МПК C21D9/34 B23K10/00 

Изобретение относится к плазменной обработке изделий, в частности к устройствам для плазменного упрочнения железнодорожных колес.

Известно устройство для плазменной поверхностной закалки (1) плазмотроном с секционированной межэлектродной вставкой.

Недостатком известного устройства является невозможность его использования для упрочнения железнодорожных колес с получением обработанной поверхности, имеющей однородные свойства по износостойкости и контактно-усталостной выносливости.

Известно устройство для закалки широкой полосой, в котором применено переменное магнитное поле для увеличения линейного размера струи в одном направлении. Горение дуги происходит в щели, которой заканчивается выходной электрод и по которой анодное пятно перемещается под действием магнитного поля (2). Устройство может использоваться только для плоских поверхностей, а потому не применимо для упрочнения рабочей поверхности гребня железнодорожного колеса, включая выкружку.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству для плазменной обработки является устройство для плазменной обработки изделия, содержащее систему подачи рабочего газа, электроды, один из которых выполнен выходным с внутренним каналом, и щель для выхода рабочего газа. Устройство снабжено преобразователем потока рабочего газа, соединенным с выходным электродом и образующим с ним общий внутренний канал переменного сечения. Торцевая поверхность преобразователя потока рабочего газа выполнена по форме обрабатываемого изделия, а щель выхода рабочего газа образована выходным отверстием преобразователя.

Известное устройство позволяет обрабатывать изделие, имеющее сложную конфигурацию поверхности, однако из-за выходного отверстия преобразователя в виде простой прямоугольной щели трудно получить обработанную поверхность с однородными прочностными свойствами, в частности у гребней железнодорожных колес.

Поэтому целью изобретения является создание устройства плазменной обработки, позволяющее упрочнить рабочую поверхность гребня железнодорожного колеса, включая выкружку, с получением упрочненной поверхности, имеющей однородные свойства по износостойкости и контактно-усталостной выносливости по всей обработанной поверхности.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство для плазменной обработки содержит выходной электрод с внутренним каналом, преобразователь рабочего газа с торцевой поверхностью, выполненной по форме обрабатываемого изделия, и каналом, образующим с упомянутым внутренним каналом электрода внутренний канал и щелевое отверстие. Торцевая поверхность преобразователя в соответствии с настоящим изобретением выполнена по форме рабочей части гребня с выкружкой железнодорожного колеса, причем щелевое отверстие в области, соответствующей рабочей поверхности гребня, выполнено с постоянной шириной, а в области перехода гребня в выкружку и в области выкружки оно выполнено плавно расширяющимся. Щелевое отверстие расположено по образующей поверхности преобразователя.

В предложенном устройстве для плазменной обработки соотношение размеров ширины щели в зоне гребня и наибольшей ширины щели в зоне выкружки составляет 1,5 - 2, а соотношение высоты канала преобразователя к длине щелевого отверстия также равно 1,5 - 2,5.

На фиг. 1. показан общий вид устройства; на фиг. 2 - вид по стрелке А поз.5.

Устройство содержит систему подачи рабочего газа 1, изоляторы 2, электроды 3 и 4. Электрод 4 является выходным. Устройство имеет преобразователь 5 потока рабочего газа с торцевой поверхностью 6, выполненной по форме обрабатываемого изделия, т. е. упрочняемого железнодорожного колеса. Поскольку необходимо упрочнять не всю поверхность колеса, а только ее часть, т.е. содержащей рабочую часть гребня 7 и выкружку 8, то торцевая поверхность 6 преобразователя потока выполнена по форме рабочей части гребня с выкружкой железнодорожного колеса. Щелевое отверстие в области, соответствующей рабочей поверхности гребня 7, выполнено с постоянной шириной, а в области перехода гребня 7 в выкружку 8 и в области выкружки 8 - плавно расширяющимся. Щелевое отверстие расположено по образующей поверхности преобразователя 5.

Такая форма выходного отверстия преобразователя 5 позволяет распределить тепловой поток плазменной струи и направить его в зону выкружки 8 железнодорожного колеса. Наиболее оптимальным является соотношение размеров ширины щели в зоне гребня и наибольшей ширины щели в зоне выкружки 1,5 - 2,5, так как при соотношении, меньшем 1,5, ухудшается распределение теплового потока плазменной струи по длине щели, а при соотношении, большем 2,5, возможно захолаживание зоны гребня.

Наиболее оптимальным в отношении равномерного распределения теплового потока плазменной струи является и соотношение высоты канала преобразователя к длине щелевого отверстия, равное 1,5 - 2,5.

Устройство работает следующим образом. Одним из известных способов возбуждается электрическая дуга между электродами 3 и 4. Рабочий газ последовательно проходит через разрядный промежуток, выходной электрод 4 и преобразователь потока 5 и производит нагрев рабочей поверхности обрабатываемого железнодорожного колеса. В процессе обработки преобразователь 5 устанавливают с зазором ~ 2 мм относительно обрабатываемой поверхности. Вследствие относительного перемещения колеса и плазмотрона происходит обработка всего колеса.

Описанная форма выходного щелевого отверстия позволяет равномерно разогреть обрабатываемую поверхность и получить упрочненную поверхность железнодорожного колеса с однородными прочностными свойствами.

Литература
1. Лещинский и др. Плазменное поверхностное упрочнение. - Киев, Техника, 1990.

2. Fox T.Y. and Harry J.E. Surface heat treatment using a plasma torche with a rectangular proceeding conference on electricity for material processing and conservation. - London. 1977, p. 21-23.

3. Патент РФ N 2069131, кл. В 23 К 10/00, публ. 20.11.96.

Изобретение относится к плазменной обработке железнодорожных колес. Сущность изобретения: в плазмотроне с преобразователем потока рабочего газа торцевая поверхность преобразователя выполнена по форме рабочей части гребня с выкружкой поверхности железнодорожного колеса. Щелевое отверстие преобразователя в области, соответствующей рабочей поверхности гребня, выполнено с постоянной шириной, а в области перехода гребня в выкружку и в области выкружки оно выполнено плавно расширяющимся. Щелевое отверстие расположено по образующей поверхности преобразователя. Такая форма щелевого отверстия позволяет равномерно разогреть обрабатываемую поверхность и получить упрочненную поверхность железнодорожного колеса с однородными прочностными свойствами. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для плазменной обработки, содержащее входной электрод с внутренним каналом и преобразователь потока рабочего газа с торцевой поверхностью, выполненной по форме обрабатываемого изделия, и каналом, образующим с упомянутым внутренним каналом электрода общий внутренний канал и щелевое отверстие, отличающееся тем, что торцевая поверхность преобразователя выполнена по форме рабочей части гребня с выкружкой железнодорожного колеса, причем щелевое отверстие в области, соответствующей рабочей поверхности гребня, выполнено с постоянной шириной, а в области перехода гребня в выкружку и в области выкружки оно выполнено плавно расширяющимся. 2. Устройство для плазменной обработки по п.1, отличающееся тем, что щелевое отверстие расположено по образующей поверхности преобразователя. 3. Устройство для плазменной обработки по п.1 или 2, отличающееся тем, что соотношение размеров ширины щели в зоне гребня и наибольшей ширины щели в зоне выкружки составляет 1,5 - 2,5. 4. Устройство для плазменной обработки по пп.1 - 3, отличающееся тем, что соотношение размеров высоты канала преобразователя к длине щелевого отверстия равно 1,5 - 2,5.