УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2003 года по МПК C21D1/08 C21D9/32 

Описание патента на изобретение RU2219250C1

Изобретение относится к области термической обработки изделий и может быть использовано для упрочнения крупногабаритных изделий, в частности пазов дисков турбины газоперекачивающих агрегатов.

Из литературных источников известны установки, на которых производят закалку зубьев крупномодульных шестерен [1, 2, 3, 4], которые наиболее близки по форме к дискам турбины, при этом нагрев под закалку осуществляется с применением токов высокой частоты. Охлаждение при закалке осуществляется окунанием нагретого изделия в жидкость (водный раствор, масло, соляной раствор и т.д.).

Указанные установки не могут быть применены для термопластического упрочнения пазов дисков, так как имеют существенные недостатки.

Во-первых, они применяются для принципиально иной цели - закалки, что предполагает совершенно другую конструкцию установки как в части нагрева (принципиально иная конструкция индуктора), так и в части охлаждения. При закалке нагрев ведется выше точки АС3, что предопределяет необходимые структурно-фазовые изменения поверхностного слоя. При термопластическом упрочнении нагрев значительно ниже и исключает структурно-фазовые изменения. Объединяющим фактором в известных (для закалки шестерен) и в предлагаемой установке (для термоупрочнения) является только процесс нагрева токами высокой частоты.

Во-вторых, указанные установки являются стационарными, так как входящее в их состав оборудование (генераторы ТВЧ, ванны для охлаждения и т.д.) являются крупногабаритными и тяжелыми, а следовательно, их нельзя применить в полевых (на месте испытаний) условиях для обработки пазов дисков турбины газоперекачивающих агрегатов.

Наиболее близким является установка для пламенной поверхностной закалки ручьев барабана лебедки [5], содержащая поворотный стол и газовые горелки с форсунками для охлаждающей жидкости. В указанной установке газовая горелка с форсунками для охлаждения представляют собой единый узел, в который газ и охлаждающая жидкость попадают попеременно. В связи с близким расположением горелки и форсунки на обрабатываемую поверхность в первые секунды охлаждения попадает горячая вода. Для процесса закалки это не имеет значения.

Поскольку термоупрочнение происходит при таких высоких скоростях охлаждения, что весь процесс осуществляется за 0,03-0,05 с, то применение указанной установки для целей термоупрочнения невозможно. Кроме того, при термопластическом упрочнении расстояние от передних торцов горелки и форсунки до изделия должно быть разным и строго определенной величины. В противном случае в поверхностном слое изделия не удается сформировать необходимое поле сжимающих остаточных напряжений.

В основу изобретения поставлена задача создать компактное и мобильное устройство, позволяющее эффективно термоупрочнять элементы крупногабаритных изделий с любой сложностью профиля.

Данная задача решается за счет того, что в установке для термопластического упрочнения (ТПУ) крупногабаритных изделий, содержащей газовую горелку и спрейер, установленных на стойке, согласно изобретению горелка и спрейер расположены раздельно на расстоянии не менее 110 мм с возможностью их продольного перемещения, длина спрейера выбрана из соотношения Lспр= (1,7-2,3)Lгор, где Lгор - длина горелки, а стойка закреплена на раме, выполненной с крепежными элементами на концах, при этом крепежные элементы имеют форму и размеры замка лопатки.

Горелка и спрейер расположены раздельно на расстоянии не менее 110 мм в связи с тем, что меньшее расстояние не позволяет сохранять температуру охлаждающей жидкости (воды), равной 15-20oС (в процессе работы горелки происходит подогрев воды, находящейся в спрейере). Более высокая температура воды не обеспечивает необходимую скорость охлаждения и, соответственно, не удается сформировать оптимальное напряженно-деформированное состояние в поверхностном слое упрочняемом изделии. В то же время не целесообразно располагать горелку и спрейер на большом расстоянии друг от друга, так как это приведет к неоправданному увеличению габаритов установки.

Особенностью процесса ТПУ является то, что нагрев изделия на необходимую глубину (10-15 мм) должен осуществляться при плавном и равномерном повышении температуры поверхностного слоя одновременно по всей глубине. При этом разница между наибольшей и наименьшей температурами в области нагрева не должна превышать 20-25oС. Этого можно добиться только в том случае, если количество теплоты, подводимое от горелки к детали, равно теплоте, передаваемой посредством теплопроводности от поверхности вглубь изделия. Такой баланс подводимой и передаваемой теплоты обеспечивает необходимую равномерность температурного поля по всей толщине изделия.

При термопластическом упрочнении вслед за нагревом осуществляется ускоренное охлаждение поверхностного слоя водяным душем. Поскольку процесс охлаждения должен проходить с максимальной скоростью, то расстояние от спрейера до изделия выбирается исходя из условия создания наибольшего температурного перепада в поверхностном слое.

Таким образом, несоблюдение расстояний от газовой горелки или от спрейера до изделия означает нарушение режимов термоупрочнения. При конструировании установки это соответствие расстояний обеспечивается необходимым соотношением длин газовой горелки и спрейера, которое подчиняется зависимости Lспр= (1,7-2,3)Lгор. Большим значениям Lгор соответствуют меньшие значения коэффициента (1,7-2,3).

Крепежными элементами установки для термопластического упрочнения пазов являются замки лопаток, устанавливаемые в диск. Это сделано с целью соблюдения необходимой точности расположения горелки и спрейера относительно упрочняемого паза. Кроме того, в этом случае установка становится более компактной и мобильной, так как не требуется дополнительного стационарного устройства для закрепления платформы с газовой горелкой и спрейером.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 - относительное расположение спрейера и газовой горелки, на фиг.3 - общая компоновка устройства с элементами крепления установки к изделию, на фиг.4 - узел закрепления стойки на раме.

Диск турбины 1 совместно с ротором (не показан) установлен в исходном для упрочнения состоянии. Устройство для нагрева 2, выполненное в виде газовой горелки, установлено на платформе 3 совместно со спрейером 4. Платформа 3 в процессе работы перемещается в вертикальном направлении по стойке 5. Направляющим элементом при этом является втулка 6. Установка платформы 3 в заданное положение происходит с помощью фиксатора 7. Неподвижная втулка 8 является ограничителем нижнего фиксированного положения платформы 3. Стойка 5 посредством гаек 11 и шайб 12 жестко закреплена на раме 9 с устройством нагрева-охлаждения, при этом рама 9 выполнена с крепежными элементами 10 на концах.

Установка работает следующим образом. Диск 1 с ротором устанавливается для упрочнения первого паза. Для обеспечения заданного положения торцов спрейера и газовой горелки относительно изделия перед упрочнением производится регулировка длин указанных элементов путем их продольного перемещения. После настройки платформа 3 переводится в такое положение, при котором ось горелки располагается на уровне упрочняемого паза. Для соблюдения данного условия во втулке 6 и стойке 5 имеется сквозное отверстие, в которое вставляется фиксатор 7, обеспечивающий неподвижность платформы в заданном положении в процессе нагрева паза. Затем в горелку 2 поступает газ (Рг) для нагрева паза. По окончании процесса нагрева фиксатор 7 вынимается из отверстия в стойке 5 и платформа 3 под собственным весом падает в свое нижнее положение, определяемое втулкой 8. Положение втулки 8 на стойке 5 выбирается таким образом, чтобы после падения платформы 3 ось спрейера 4 располагалась на уровне упрочняемого паза. Одновременно с этим вода под давлением (Рж) подается через спрейер на нагретый паз, охлаждая его поверхности до комнатной температуры. После обработки первого паза ротор поворачивается для обработки следующего.

Предлагаемая установка проста по конструкции, удобна в эксплуатации, компактна, мобильна и поэтому позволяет упрочнять елочные пазы дисков турбин не только в заводских, но и в полевых условиях, а именно непосредственно на газоперекачивающих станциях.

Источники информации, принятые во внимание
1. Головин Г.Ф., Зимин Н.В. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева. - Л.: Машиностроение, 1979. - 120 с.

2. Демичев А.Д. Поверхностная закалка индукционным способом. - Л.: Машиностроение, 1979. - 80 с.

3. Сидоренко В.Д. Применение индукционного нагрева в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1980. - 231 с.

4. Темопластическое упрочнение - резерв повышения прочности и надежности деталей машин: Монография / Б.А. Кравченко, В.Г. Круцило, Г.Н. Гутман. - Самара: СамГТУ, 2000. - 216 с.

5. А. С. 1738863 "Установка для пламенной поверхностной закалки ручьев барабана лебедки", МПК C 21 D 1/08, БИ 21, опубл. 07.06.92г.

Похожие патенты RU2219250C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Петров Станислав Владимирович[Ua]
  • Сааков Александр Герасимович[Ua]
RU2107739C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 1996
  • Кравченко Б.А.
RU2143011C1
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ 2000
  • Блинов Ю.И.
  • Козловский А.М.
  • Сельницын М.Г.
  • Пыхов С.И.
  • Беззубов А.В.
  • Шуринов В.А.
RU2160791C1
Способ термической обработки стальных рельсов 2016
  • Балановский Андрей Евгеньевич
RU2644638C2
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ СЛОЖНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ 2010
  • Сироткин Олег Сергеевич
  • Блинков Владимир Викторович
  • Вайнштейн Игорь Владимирович
  • Кондратюк Дмитрий Иванович
  • Чижиков Сергей Николаевич
  • Кожурин Михаил Васильевич
RU2425894C1
СПОСОБ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Круцило В.Г.
RU2258086C1
СПОСОБ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Круцило Виталий Григорьевич
RU2351660C2
СПОСОБ ЛАЗЕРНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ 1996
  • Петриков В.Г.
  • Голованов А.Л.
  • Гаврилов Г.Н.
  • Костромин С.В.
RU2121004C1
Установка для термопластического упрочнения лопаток 1977
  • Крамаровский Борис Ильич
  • Горелов Владимир Васильевич
  • Кравченко Борис Алексеевич
  • Островский Яков Михайлович
  • Вдовин Владислав Адольфович
  • Орлов Олег Сергеевич
  • Нилов Геннадий Михайлович
  • Чураков Владимир Проковьевич
  • Стеньшин Александр Петрович
  • Голованов Юрий Александрович
SU726187A1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОУПРОЧНЕННОЙ СТАЛИ С НАНОРАЗМЕРНОЙ СТРУКТУРОЙ И ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2018
  • Скворцов Андрей Николаевич
RU2704426C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 219 250 C1

Реферат патента 2003 года УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области термической обработки изделий и может быть использовано для упрочнения крупногабаритных изделий, в частности пазов дисков турбины газоперекачивающих агрегатов. Установка для термопластического упрочнения крупногабаритных изделий содержит газовую горелку и спрейер, установленные на стойке. Горелка и спрейер расположены раздельно на расстоянии не менее 110 мм с возможностью их продольного перемещения. Длина спрейера выбрана из соотношения Lcпp=(1,7-2,3)Lгop, где Lгop - длина горелки. Стойка закреплена на раме, выполненной с крепежными элементами на концах. Изобретение позволяет создать мобильное и компактное устройство для эффективного термоупрочнения элементов крупногабаритных изделий с любой сложностью профиля. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 219 250 C1

1. Установка для термопластического упрочнения крупногабаритных изделий, содержащая газовую горелку и спрейер, установленные на стойке, отличающаяся тем, что горелка и спрейер расположены раздельно на расстоянии не менее 110 мм с возможностью их продольного перемещения, длина спрейера выбрана из соотношения Lcпp=(l,7-2,3)Lгop, где Lгop - длина горелки, а стойка закреплена на раме, выполненной с крепежными элементами на концах.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что крепежные элементы имеют форму и размеры замка лопатки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2219250C1

Установка для пламенной поверхностной закалки ручьев барабана лебедки 1989
  • Сапожников Василий Иванович
  • Концовенко Анатолий Данилович
SU1738863A1
Установка для термической обработки каждого зуба в отдельности дисковых пил для горячей резки металла 1949
  • Бутачин М.Я.
  • Рогазинский В.Г.
  • Тихонов К.А.
SU85557A1
DE 3246790 А1, 20.06.1984
DE 3536609 А, 16.04.1987.

RU 2 219 250 C1

Авторы

Кравченко Б.А.

Степаненко О.А.

Медведев С.Д.

Вишняков М.А.

Монахов А.В.

Коровин И.А.

Даты

2003-12-20Публикация

2002-05-06Подача