СПОСОБ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Российский патент 2009 года по МПК B24B39/00 

Изобретение относится к области электромеханических способов обработки и упрочнения поверхностей деталей машин и может найти применение в машиностроении.

Известен способ электромеханической обработки металлических деталей машин, включающий пропускание импульсов тока в месте контакта ролика инструмента с деталью с обеспечением нагрева выступающих гребешков поверхности детали и осуществление давления инструмента на последние с обеспечением их деформирования, сглаживания и упрочнения поверхностного слоя металла детали. В процессе обработки деталь и инструмент непрерывно охлаждают раствором смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ)[1].

Недостатком вышеупомянутого способа является низкий срок использования роликов инструмента, недостаточно высокая износостойкость обработанных поверхностей деталей и как результат низкий срок их эксплуатации.

Техническим результатом является повышение срока эксплуатации деталей за счет повышения износостойкости обработанной поверхности деталей и увеличение срока использования роликов инструмента.

Указанный результат достигается тем, что в способе электромеханической обработки металлических деталей машин, включающем пропускание импульсов тока в месте контакта ролика инструмента с деталью с обеспечением нагрева выступающих гребешков поверхности детали и осуществление давления инструмента на последние с обеспечением их деформирования, сглаживания и упрочнения поверхностного слоя металла детали, при этом пропускание импульсов тока осуществляют при плотностях энергии импульсов 700-3000 Дж/мм² с созданием на поверхности детали упрочненных точек, расположенных дискретно, плотность расположения которых находится в пределах 60-80% от всей упрочняемой поверхности детали.

Повысить срок эксплуатации детали возможно за счет повышения износостойкости ее поверхности. Производя обработку поверхности детали по предложенному способу, улучшаются условия трения поверхностей, тем самым повышается износостойкость и как результат повышение срока эксплуатации детали.

Известно, что в процессе трения участвует не вся поверхность детали, а износ происходит в местах соприкосновения наиболее выступающих частей их поверхностей [2]. Для уменьшения износа применяют различные смазочные материалы, масла, которые адсорбируются на металлической поверхности, образуя граничную фазу квазикристаллической структуры толщиной до 0,1 мкм, обладающей более и менее прочной связью с поверхностью и продольной когезией. Механизм трения при смазке на полностью упрочненной поверхности происходит следующим образом. Под нагрузкой происходит упругая и пластическая деформации на площадках контакта, под которыми здесь следует понимать площадки наиболее близкого прилегания поверхностей, покрытой пленкой смазочного материала, вплоть до молекулярного слоя. На площадках контакта происходит взаимное внедрение поверхностей без нарушения целостности смазочной пленки. Сопротивление движению при скольжении складывается из сопротивления сдвигу граничного слоя и сопротивления «пропахиванию» поверхностей внедрившимися объемами. В результате чего на площадках контакта, подвергнутых наиболее значительной пластической деформации, и в местах с высокими местными температурами происходит разрушение смазочной пленки с наступлением адгезии обнажившихся поверхностей и даже схватывание металлов на местах разрушений пленки, приводя, иногда, к лавинному процессу схватывания.

Повышение износостойкости упрочненной поверхности детали предложенным способом обуславливается тем, что в начальный момент времени в неупрочненных участках износ детали происходит интенсивнее, чем на упрочненных участках, при этом изнашивание в неупрочненных участках не превышает критическое, при котором эксплуатация детали невозможна. В эти подвергнутые износу участки попадает смазывающее вещество, которое удерживается во время трения и систематически смазывает трущиеся поверхности. Благодаря подвижности молекул смазочного материала на поверхности трения адсорбция протекает с большей скоростью, что сообщает смазочной пленке «самозалечиваться» в местах ее повреждений на поверхности деталей, тем самым улучшая условия трения.

Упрочненные точки возможно располагать как в шахматном порядке, так и хаотично, при этом точки могут располагаться одиночно или группами.

Согласно проведенным экспериментальным исследованиям срок эксплуатации деталей, обработанных предложенным способом, увеличивается на 70-90%.

Срок эксплуатации роликов инструмента повышается в результате уменьшения количества импульсов, проходящих в единицу времени. Ролики инструмента при электромеханической обработке деталей испытывают идентичные тепловые нагрузки, что и ролики контактных шовных машин. Известно [3], что при контактной шовной сварке ролики с большим числом импульсов тока, проходящих через пятно контакта обрабатываемой детали с его поверхностью в единицу времени, подвергаются наибольшему разрушению, так как температура на рабочей поверхности ролика достигает до 900°С, что превышает температуру рекристаллизации для многих материалов, из которых изготовляются ролики. Перегрев ролика приводит к разрушению его рабочей поверхности, тем самым обеспечивая сравнительно небольшой срок его эксплуатации. Согласно источнику [3] срок эксплуатации роликов тем выше, чем меньше число импульсов тока проходит через ролик в единицу времени при его неизменном охлаждении. При использовании предложенного способа обработки поверхностей деталей токовая нагрузка на ролики значительно уменьшается, тем самым увеличивая срок их эксплуатации.

Проведение процесса упрочнения при плотностях энергии импульсов 700-3000 Дж/мм² обусловлено расчетами и подтверждено результатами экспериментальных опытов. Энергия импульса рассчитана путем произведения силы тока на напряжение в единицу времени к площади контактной поверхности ролика с деталью. Применение большей энергии импульса при обработке поверхностей деталей приводит к увеличению глубины упрочнения, но и значительно ухудшает микрогеометрию поверхности, что требует использования дополнительной финишной обработки, например процесса шлифования, применение которого является экономически не оправданным, так как абразив снимает неровности поверхности вместе с упрочненным слоем. В результате применения меньших плотностей энергии способ приводит к выглаживанию обрабатываемой поверхности детали без образования закалочных структур.

Технико-экономическая эффективность изобретения, в сравнении с прототипом, заключается в том, что обработанные детали по предложенному способу имеют больший ресурс работоспособности вследствие улучшения условий трения, а уменьшение числа импульсов тока, проходящих через каждый ролик в единицу времени, приводит к уменьшению токовой нагрузки роликов, снижает температуру их рабочих поверхностей и в 2,5-3,8 раз повышает срок эксплуатации роликов инструмента.

Список литературы.

1. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. - М.: Машиностроение, 1989. - 200 с.

2. Гаркунов Д.Н. Триботехника: Учебник для студентов вузов. - 2-е изд., переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.

3. Николаев А.К., Розенберг В.М. Сплавы для электродов контактной сварки. - М.: Металлургия, 1978. - 96 с.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электромеханической обработке поверхностей деталей. Пропускают импульсы тока в месте контакта ролика инструмента с деталью с обеспечением нагрева выступающих гребешков поверхности детали. Осуществляют давление инструмента на выступающие гребешки поверхности детали с обеспечением их деформирования, сглаживания и упрочнения поверхностного слоя металла детали. Пропускание импульсов тока осуществляют при плотностях энергии импульсов 700-3000 Дж/мм² с созданием на поверхности детали упрочненных точек, расположенных дискретно. Плотность расположения упрочненных точек на поверхности детали находится в пределах 60-80% от всей упрочняемой поверхности детали. В результате чего повышается срок эксплуатации обработанных деталей и увеличивается срок использования роликов.

Способ электромеханической обработки металлических деталей машин, включающий пропускание импульсов тока в месте контакта ролика инструмента с деталью с обеспечением нагрева выступающих гребешков поверхности детали и осуществление давления инструмента на последние с обеспечением их деформирования, сглаживания и упрочнения поверхностного слоя металла детали, отличающийся тем, что пропускание импульсов тока осуществляют при плотностях энергии импульсов 700-3000 Дж/мм² с созданием на поверхности детали упрочненных точек, расположенных дискретно, плотность расположения которых находится в пределах 60-80% от всей упрочняемой поверхности детали.