СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B24B39/00 B23P9/00 C21D7/13 

Предложенное изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для упрочнения деталей из сталей и сплавов поверхностным упрочняющим деформированием с использованием нагрева поверхностного слоя и энергии удара.

Известен способ упрочнения поверхностей деталей (см. авт.св. № 1253068, B24C 1/10, 01.20,2006), при котором осуществляют термическую обработку с последующим упрочнением ударной обработкой дробью, с целью повышения прочностных характеристик монокристальных образцов, перед термической обработкой выбирают диаметр дроби в пределах 30-200 мкм, ею обеспечивают скорость потока 30-76 м/с в течение 45 с, нагрев при термической обработке осуществляют в вакууме до (1125±75)°С, выдерживают 1,5-2,5 ч и охлаждают, а затем поверхность подвергают поверхностной пластической деформации стеклянной дробью диаметром 30-100 мкм при давлении воздуха 2-4 кгс/см² в течение 30 с.

Признаки, совпадающие, - осуществляют термическую обработку с последующим упрочнением ударной обработкой.

Причины, препятствующие поставленной задаче, - сложность технологического оборудования и процесса, неосуществим контроль, что снижает эффективность.

Известен способ упрочнения металлических деталей (см. Пат. № 1238410, C22F 1/00, 01.20.2006), включающий создание предварительных растягивающих напряжений в направлении действия рабочих нагрузок и последующее поверхностное пластическое деформирование, а, с целью повышения усталостной прочности, предварительные растягивающие напряжения создают путем последовательного нагрева участков поверхности детали до температуры 0,3-0,9 температуры плавления металла импульсами продолжительностью 1,2-6,0 мс.

Признаки, совпадающие, - деталь нагревают и подвергают поверхностному пластическому деформированию.

Причины, препятствующие поставленной задаче, - достаточно сложное оборудование для осуществления и контроля процесса, что снижает эффективность.

В качестве прототипа выбран известный способ поверхностного упрочнения деталей (см. авторское свидетельство № 1230807, B24B 39/00, бюл. №18, 1986 г.), при котором деталь нагревают с одновременным упрочнением инструментом трения и подвергают поверхностному пластическому деформированию роликом и закалке при вращении и относительном осевом перемещении инструментов и детали, а с целью повышения износостойкости за счет увеличения глубины закаленного слоя поверхностное пластическое деформирование осуществляют перед нагревом детали, в качестве инструмента трения выбирают диск трения и задают ему окружную скорость 100-120 м/с, детали сообщают окружную скорость 0,003-0,03 м/с, усилие прижатия диска трения и деформирующего ролика выбирают равным 0,1-0,2 кН/мм толщины диска, и продольную подачу выбирают равной ширине диска трения на оборот детали.

Признаки, совпадающие, - деталь нагревают с одновременным упрочнением т.е. подвергают поверхностному пластическому деформированию, содержит инструмент для нагрева детали, деформирующий ролик (в заявляемом устройстве упрочняющие стержни), механизм их нагружения (в заявляемом устройстве механизм их перемещения).

Причины, препятствующие поставленной задаче, - неудобство конструкции, возможность применения только для тел вращения, малая эффективность вследствие длительности цикла нагрева.

Задачей настоящего изобретения является реализация способа поверхностного упрочнения деталей с одновременным нагревом поверхностного слоя и поверхностным пластическим деформированием и создание устройства для поверхностной упрочняющей обработки деталей с одновременным нагревом поверхностного слоя, позволяющего повысить качество поверхности обработанного материала, его стойкость к поверхностному истиранию, а также повысить стойкость поверхностного слоя против воздействия агрессивной среды.

Технический результат заключается в том, что предложенный способ поверхностного упрочнения деталей включает устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки, содержащее нагревательные элементы в виде плазменных горелок и деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней, выполненных с обеспечением уменьшения их контактной площади и увеличения точек контакта в направлении от нагревательных элементов, при этом осуществляют дополнительный нагрев поверхностного слоя детали до температуры ниже структурно-фазовых превращений посредством плазменных горелок, созданием пятна контакта в точке касания факелов для обеспечения предельной плотности внутренней энергии поверхностного слоя.

Для достижения технического результата предлагается способ поверхностного упрочнения деталей, включающий относительное перемещение устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки и детали с обеспечением одновременного нагрева и поверхностного пластического деформирования детали, при этом используют устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки, содержащее нагревательные элементы в виде плазменных горелок и деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней, выполненных с обеспечением уменьшения их контактной площади и увеличения точек контакта в направлении от нагревательных элементов, при этом осуществляют дополнительный нагрев поверхностного слоя детали до температуры ниже структурно-фазовых превращений посредством плазменных горелок, созданием пятна контакта в точке касания факелов для обеспечения предельной плотности внутренней энергии поверхностного слоя.

Поскольку протекание в поверхностном слое под воздействием инструмента механических, тепловых и структурно-фазовых явлений приводит к его упрочнению и, как следствие, формированию качественно нового поверхностного слоя с более высокими физико-механическими характеристиками, влияющими на повышение таких эксплуатационных свойств деталей, как усталостная прочность, контактная выносливость, износостойкость.

При этом кинетическая сущность процесса поверхностного пластического деформирования заключается в объемной повреждаемости поверхностного слоя, при которой в деформируемом элементе зарождаются и накапливаются различного рода дефекты и повреждения. Также следует учитывать, что как только повреждаемость материала в локальном микрообъеме достигает предельной (критической) величины, начинается процесс его разрушения в виде микро- и макронарушений.

Следовательно, наибольший эффект упрочнения поверхностного пластического упрочнения достигается за промежуток времени или циклов нагружения, при котором в элементах поверхностного слоя накапливается критическая (предельная) повреждаемость. Согласно термодинамической теории процесс идет в двух противоположных, взаимосвязанных и одновременно протекающих в деформируемых объемах поверхностного слоя явлений: роста плотности скрытой энергии различного рода дефектов и повреждений, накапливающихся в материале вследствие работы внешних сил, и снижения ее вследствие различного рода релаксационных процессов, протекающих внутри деформируемого элемента поверхностного слоя. При этом рост плотности скрытой энергии связан с повреждаемостью материала и, как следствие, упрочнением поверхностного слоя, а ее снижение - с динамическим возвратом (разупрочнением) вследствие теплового эффекта пластической деформации. Значительная часть тепловой энергии, связанной с тепловым эффектом пластической деформации, не задерживается в деформируемом элементе поверхностного слоя, а рассеивается по телу детали, в деформирующее тело и в окружающую среду за счет теплообмена. И лишь незначительная часть этой энергии задерживается в деформируемом элементе, повышая его внутреннюю энергию на величину ΔЕ_Т.

Таким образом, накапливаемая в деформируемом элементе поверхностного слоя внутренняя энергия ΔЕ определяется суммой двух составляющих: потенциальной (скрытой) ΔЕ_С и кинетической (тепловой) ΔЕ_Т; ΔЕ=ΔЕ_С+ΔЕ_Т.

Эта энергия связана с повреждаемостью материала (ΔЕ_С) и его термическим разупрочнением (ΔЕ_Т), является ответственной за прочностные свойства поверхностного слоя, формируемого в процессе поверхностного пластического деформирования.

Поэтому максимально упрочненным поверхностный слой считается, когда плотность Е внутренней энергии в деформируемых элементах, находящихся на поверхности детали, достигнет предельной величины Е*. Это состояние поверхностного слоя характеризуется наиболее высокими прочностными свойствами, так как твердость, остаточные напряжения и обеспечивают максимальное повышение эксплуатационных характеристик детали. Предельная плотность Е* внутренней энергии, соответственно нарушение межатомных связей наступает в результате поглощения предельной для данной кристаллической решетки величины энергии.

При механическом нагружении до разрушения поверхностного слоя процессу нарушения межатомных связей предшествует искажение кристаллической решетки до критической величины. При механическом нагружении предельное искажение кристаллической решетки обусловлено скоплением в деформируемых локальных объемах поверхностного слоя критической плотности дислокации, при которой дальнейшее поглощение энергии кристаллической решеткой приводит к нарушению межатомных связей.

Учитывая, что удельная энергия, затрачиваемая на предельное искажение кристаллической решетки, не зависит от вида подводимой энергии (тепловая или механическая) и соответствует величине теплосодержания (энтальпии) металла. А также то, что в процессе нагрева энергия поглощается кристаллической решеткой практически равномерно по всему объему металла, а при пластической деформации вследствие анизатропности и несовершенства кристаллической решетки происходит неоднородное поглощение энергии. Следовательно, для обеспечения максимального упрочнения в процессе нагружения в локальных объемах, находящихся на границе контакта поверхности с инструментом, искажения кристаллической решетки должны достигать предельно возможной величины.

Соответственно при пластическом поверхностном деформировании целесообразно насыщение поверхностного слоя энергией за счет его предварительного нагрева.

Это не только ускорит процесс поверхностного пластического деформирования и снизит энергозатраты, но позволяет регулировать величину плотности внутренней энергии, накапливаемой локальным микрообъемом поверхностного слоя, а также задавать глубину его расположения от наружной поверхности детали. Что имеет важное практическое значение, особенно при проектировании операций упрочнения на стадии конструкторско-технологической подготовки производства.

При предлагаемом способе подогрев металла осуществляется плазменной горелкой (или комплектом горелок). Зона нагрева расположена перед зоной пластического деформирования. Температура нагрева 320-550°С.

Применение этого способа приводит к многократному ускорению разогрева локальной обрабатываемой зоны детали, это обусловлено тем, что при проведении работ с помощью плазменной горелки создается повышенный уровень теплового потока, температура достигает 8000°С. Что обеспечивает условия, способствующие прогреву металла на требуемую глубину за короткое время. Высокая скорость разогрева поверхностного слоя соответственно уменьшает внесение изменений химического состава материала, включая и возможные структурные его изменения. Нагрев осуществляется за счет пятна контакта в точке касания факела. Нет необходимости прогревать все сечение. Преимущество применения и в том, что плазменная горелка отличается небольшими габаритами, простотой технологического процесса, обеспечивается работоспособность в любом пространственном положении. Немаловажным фактором является экологическая чистота предложенного способа, поскольку отсутствуют продукты горения, а также широкие возможности механизации и автоматизации процесса. При использовании комплекта устройств работу горелок легко синхронизировать. Контроль температуры можно осуществлять, например, пирометрическим способом.

Известен инструмент для пластического деформирования поверхностей (см. авторское свидетельство № 1771934, B24B 39/04, бюл. № 40, 1992 г.), содержащий соединенный с приводом и установленный в корпусе с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения составной боек упрочняющих элементов стержневого вида, установленных в держателе с возможностью относительного осевого перемещения, и демпфирующий узел с целью повышения надежности и улучшения качества обрабатываемых поверхностей путем равномерного распределения усилия удара и фиксации инструмента относительно обрабатываемой поверхности, он снабжен кондукторной втулкой, установленной в корпусе с его торцевой стороны, противоположной ударному приводу, держатель упрочняющих элементов выполнен составным в виде двух соосно установленных частей и размещенного между ними упругого элемента, одна часть держателя установлена неподвижно, а другая - смонтирована с возможностью осевого возвратно-поступательного движения, составные части бойка сопряжены по сферической поверхности, при этом торцевая поверхность кондукторной втулки выполнена профильной, а деформирующий узел выполнен в виде упругого элемента и установленной на корпусе втулки со ступенчатым отверстием, при этом ограничивающая ступень большего диаметра - внутренняя поверхность втулки - установлена с зазором относительно наружной поверхности корпуса, а упругий элемент размещен в упомянутом зазоре, а с целью расширения технологических возможностей упрочняющие элементы выполнены сменными.

Признаки, совпадающие, - содержит соединенный с приводом и установленный в корпусе с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения составной боек упрочняющих элементов стержневого вида, установленных в держателе с возможностью относительного осевого перемещения, с равномерным распределением усилия удара.

Причины, препятствующие поставленной задаче, - сложность конструкции, не эффективно при упрочнении поверхностей с подогревом поверхностного слоя.

Известно устройство для упрочняющей обработки (см. авторское свидетельство № 1796428, B24B 39/00, бюл. №7, 1993 г.), содержащее корпус, в пазах которого установлены упрочняющие элементы и нагревательные элементы, с целью повышения производительности за счет интенсификации режимов обработки, корпус выполнен цилиндрическим и смонтирован с возможностью вращения относительно оси, по периферийной поверхности его в чередующемся с упрочняющими элементами порядке выполнены радиально ориентированные гнезда, в которых посредством крепежных элементов установлены нагревательные элементы, выполненные в виде электромагнитов, а крепежные элементы выполнены в виде П-образного прихвата и опоры, соединенных посредством винтов.

Признаки, совпадающие, - наличие упрочняющих элементы и нагревательных элементов.

Причины, препятствующие поставленной задаче, - малая надежность конструкции, малая эффективность вследствие длительности цикла нагрева, неприемлемо для обработки деталей сложной формы.

Известно устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки деталей (см. авт.св. № 1539051, 5 B24B 39/04, БИ № 4, 1990), содержащее корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней и регулируемый нажимной плунжер с распределительным элементом в виде слоя шариков, диаметр которых меньше диаметра цилиндрических стержней, с целью повышения производительности за счет повышения КПД и интенсификации процесса за счет равномерного распределения энергии удара на цилиндрические стержни, диаметр шариков составляет 0,9-0,95 диаметра цилиндрических стержней, причем в каждой группе цилиндрические стержни отличаются длиной на величину их радиуса.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней и регулируемый нажимной плунжер с распределительным элементом в виде слоя шариков, диаметр которых меньше диаметра цилиндрических стержней, стержни разделены на группы.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются малая эффективность, обусловленная повышенными затратами энергии удара на пластическую деформацию, отсутствие возможности эффективно осуществить изменение глубины деформирования в процессе обработки, а также получения требуемой плотности и направленной текстуры поверхностного слоя обрабатываемой детали.

В качестве прототипа выбрано известное устройство для поверхностной отделочно-упрочняющей обработки (см. Пат. № 2283744, B24B 39/00, БИ № 26, 2006), содержащее корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней с бойковой и контактной деформирующей частями, регулируемый нажимной механизм в виде плунжера и расположенный между плунжером и торцами упомянутых цилиндрических стержней распределительный элемент в виде слоя шариков, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней, контактная деформирующая часть цилиндрических стержней выполнена с цилиндрической полостью, в которой смонтирована вставка из упругого материала с закрепленным в ней пучком инденторов, диаметр которых менее 2 мм.

Признаки, совпадающие: наличие корпуса с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней с бойковой и контактной деформирующей частями, регулируемого нажимного механизма в виде плунжера и расположенного между плунжером и торцами упомянутых цилиндрических стержней распределительного элемента в виде слоя шариков, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней.

Причины, препятствующие поставленной задаче, - неприемлемо при предварительном подогреве, малая жесткость, что снижает эффективность, что не позволяет существенно улучшить параметр шероховатости и создать оптимальный интервал сплошности.

Задачей настоящего изобретения является реализация способа поверхностного упрочнения деталей с одновременным нагревом поверхностного слоя и поверхностным пластическим деформированием и создание устройства для поверхностной упрочняющей обработки деталей с одновременным нагревом поверхностного слоя, позволяющего повысить качество поверхности обработанного материала, его стойкость к поверхностному истиранию, а также повысить стойкость поверхностного слоя против воздействия агрессивной среды.

Технический результат заключается том, что устройство для поверхностной упрочняющей обработки снабжено нагревательными элементами в виде плазменных горелок, выполненных с возможностью перемещения и фиксации в направлении относительно обрабатываемой поверхности, и защитным кожухом, выполненным из условия предохранения от нагрева цилиндрических стержней, цилиндрические стержни разделены на группы с помощью вставок с образованием участков с геометрическим рисунком и выполнены с деформирующей частью, разделенной на несколько составляющих с обеспечением уменьшения ее контактной площади и увеличения точек контакта в направлении от нагревательных элементов.

Для достижения технического результата устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки содержит корпус, деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней, разделенных на группы, и регулируемый нажимной плунжер с распределительным элементом в виде слоя шариков, диаметр которых меньше диаметра цилиндрических стержней, при этом оно снабжено нагревательными элементами в виде плазменных горелок, выполненных с возможностью перемещения и фиксации в направлении относительно обрабатываемой поверхности, и защитным кожухом, выполненным из условия предохранения от нагрева цилиндрических стержней, цилиндрические стержни разделены на группы с помощью вставок с образованием участков с геометрическим рисунком и выполнены с деформирующей частью, разделенной на несколько составляющих с обеспечением уменьшения ее контактной площади и увеличения точек контакта в направлении от нагревательных элементов.

Предлагаемое устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки поясняется чертежами, на фиг.1 - представлен общий вид в разрезе, на фиг.2 - схематический пример рисунка отпечатков, полученный набором стержней с деформирующей частью разделенных вставками на группы I-IV.

Устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки содержит корпус 1, деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней 2, разделенных на группы, и регулируемый нажимной плунжер 3 с распределительным элементом в виде слоя шариков 4, диаметр которых меньше диаметра цилиндрических стержней 2, при этом оно снабжено нагревательными элементами в виде плазменных горелок 6, выполненных с возможностью перемещения и фиксации в направлении относительно обрабатываемой поверхности, и защитным кожухом 7, выполненным из условия предохранения от нагрева цилиндрических стержней 2, цилиндрические стержни 2 разделены на группы с помощью вставок 5 с образованием участков с геометрическим рисунком и выполнены с деформирующей частью, разделенной на несколько составляющих с обеспечением уменьшения ее контактной площади и увеличения точек контакта в направлении от нагревательных элементов.

На корпусе 1 перед деформирующими элементами установлена плазменная горелка 6 (комплект горелок), которые имеют возможность перемещения и фиксации в направлении относительно обрабатываемой поверхности, посредством которых обеспечивается требуемая температура за счет пятна контакта в точке касания факелов. Это обеспечивает интенсификацию режимов обработки, увеличение глубины прогреваемого слоя и возможность его изменять по ходу технологического процесса. Затем подогретую поверхность подвергают поверхностному упрочнению. Между горелками и устройством размещен защитный кожух 7, предохраняющий от нагрева деформирующие стержни. При работе устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки используется явление передачи ударного импульса от плунжера 3, приводимого в движение пневмомолотком (не показано), через замкнутый объем слоя закаленных стальных шариков 4, диаметр которых не превышает диаметр цилиндрических стержней 2, упаковке стержней 2. Плунжер 3, получивший ударный импульс в направлении обрабатываемой поверхности, передает его шарикам 4, а те, в свою очередь, цилиндрическим стержням 2. После взаимодействия с поверхностью стержней 2 контактной деформирующей частью цилиндрические стержни 2 получают импульс отдачи, передают его шарикам 4, шарики - плунжеру 3. Затем процесс продолжается по той же схеме. Замкнутый объем стальных шариков 4 обеспечивает гибкость связи плунжер 3 - упаковка стальных цилиндрических стержней 2.

Данная конструкция устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки позволяет за каждый динамический контакт с обрабатываемой деталью получать идентичное распределение пластических отпечатков на ее поверхности, представляющих набор последовательно расположенных ячеек с заданным отпечатком (форма отпечатка определяется набором деформирующих стержней, разделенных на группы вставками и образующих участки с геометрическим рисунком, при этом в каждой группе деформирующая часть стержней выполнена с разделением на несколько составляющих с уменьшением контактной площади при увеличении точек контакта в направлении от нагревательных элементов.

Однородное кинематическое взаимосвязанное перемещение (линейное перемещение, вращение, осцилляция) системы стержней 2, деформирующая часть которых выполнена с разделением на несколько составляющих с уменьшением контактной площади и увеличением точек контакта, относительно детали или наоборот смещает систему отпечатков единичного воздействия на некоторый шаг и формирует на обрабатываемой поверхности систему пластических отпечатков. Получаемая при этом система отпечатков и образуемый ею микрорельеф могут быть одинаково распределенными на любом участке поверхности, т.е. регулярными. В этом случае параметры микрорельефа повторяются с определенным шагом.

Это позволяет конструктивно просто образовывать «вторичные» регулярные микрорельефы, в которых первый микрорельеф не устраняется полностью, а служит основой, базой для второго модулирующего регулярного микрорельефа за один проход. Такая обработка может быть применена для доупрочнения тонкого поверхностного слоя деталей с целью устранения или снижения подслойного максимума остаточных напряжений, когда в поверхностном слое создаются меньшие по величине, чем на глубине, сжимающие или растягивающие напряжения.

Следует отметить, что при формировании пластического отпечатка вокруг углубления образуется валик из некоторой части вытесненного материала, и на поверхности отмечаются следы интенсивной пластической деформации, приводящей к выходу на поверхность множественных линий скольжения и характерных складок. Образующийся валик играет отрицательную роль, так как это материал с нарушенной сплошностью - передеформированный. Накопление ударов приводит к опасному росту валика. Отмеченное явление в большей степени присуще для алюминиевых сплавов и бронзы.

Чем больше радиус сферы индентора, тем быстрее исчерпывается резерв пластичности, что связано с малостью прикладываемой энергии деформации в диапазоне воздействия на деталь. Таким образом, следует уменьшить площадь контактной части деформирующих стержней 2, это достигается разделением ее на несколько частей. Что позволяет пятно контакта с одной стороны и с другой увеличить степень воздействия на зерна в локальной зоне, увеличив количество точек касания.

Обработка же инденторами, разделенными на несколько составляющих с уменьшением контактной площади при увеличении точек контакта, позволяет существенно улучшить напряженное состояние поверхностного слоя.

А поскольку на контактной части деформирующих стержней 2 увеличивается число контактных точек, то увеличивается соответственно скорость воздействия на зерна упрочняемой локальной зоны, т.е. степень упрочнения. Следует учесть, что при обработке определенным диаметром деформирующей части стержня 2 наступает момент образования установившейся шероховатости. Уменьшая в определенной последовательности контактную часть стержней 2, можно существенно улучшить параметр шероховатости, при этом сформировать направленный микрорельеф поверхностного слоя, создать оптимальный интервал сплошности.

Сущность предлагаемого устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки заключается в том, что осуществляется возможность за один проход осуществлять наложение одного регулярного рельефа на другой. При этом задавать форму отпечатков в виде ячеек постоянной или переменной плотности. При этом обеспечить формирование микрорельефа за один проход инструмента на каждом участке поверхности, не превышающем по размерам габаритные размеры рабочей зоны, обеспечив высокую точность параметров получаемого микрорельефа

Это позволяет повысить резерв пластичности, обеспечить снижение образования валика при формировании пластического отпечатка, особенно для мягких материалов (алюминиевых сплавов, бронз). Дополнительно добиться помимо упрочнения еще и уплотнения поверхностного слоя и закрытия макропор, что снижает возможность проникновения активных сред вглубь металла. А также имеется возможность простой и легкой замены контактной деформирующей части при выборе требуемого рисунка ячеек пластических отпечатков.

Использование устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки, в целом, позволяет создать частично регулярные микрорельефы, представляющие собой систему непрерывно или дискретно расположенных углублений, между которыми остается исходный стохастический микрорельеф. Это позволяет значительно повысить износостойкость и долговечность узлов трения, а также увеличить прирабатываемость и сопротивление схватыванию.

Как отмечалось ранее, учитывая, что создание регулярного микрорельефа многоинденторными системами позволяет обеспечить достаточно высокую однородность всех геометрических параметров, функционально связанных с конструктивными параметрами многоинденторной системы и режимами обработки, конструктор может нормировать параметры микрорельефа, задавая их на основе аналитического расчета или эксперимента через параметры обработки. Число элементов регулярного микрорельефа на единицу площади N также является управляемым параметром и задается набором деформирущих стержней и их разделением на участки, т.е. определяется конструктивными характеристиками инструмента, при этом исключается необходимость их измерения с помощью приборов.

Получение регулярного микрорельефа с применением предложенного устройства позволяет создать оптимальный интервал сплошности поверхностного упрочненного слоя, что соответствует оптимальной скорости изнашивания и коэффициенту трения.

Предложенное упрочнение поверхностного слоя пластическим деформированием способствует повышению контактной выносливости и износостойкости деталей, упрочняющий наклеп в данном случае наиболее эффективен для изделий из материалов повышенной пластичности: алюминиевых сплавов, также изделий из бронз для эффективной защиты в коррозионно-активных средах, а для декоративных изделий, выполненных из бронз, - от атмосферного воздействия. Это объясняется уплотнением поверхностного слоя и закрытием макропор для проникновения активных сред вглубь металла.

Предложенное изобретение обеспечивает расширение области применения упрочняющей обработки и увеличение производительности.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способу и устройству для упрочнения деталей поверхностным деформированием с использованием нагрева поверхностного слоя. Осуществляют относительное перемещение устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки и детали с обеспечением одновременного нагрева и поверхностного пластического деформирования детали. Используют устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки, содержащее нагревательные элементы в виде плазменных горелок и деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней, выполненных с обеспечением уменьшения их контактной площади и увеличения точек контакта в направлении от нагревательных элементов. При этом дополнительно нагревают поверхностный слой детали до температуры ниже структурно-фазовых превращений посредством плазменных горелок, созданием пятна контакта в точке касания факелов для обеспечения предельной плотности внутренней энергии поверхностного слоя. В результате повышается качество поверхности обработанного материала, его стойкость к поверхностному истиранию, а также повышается стойкость поверхностного слоя против воздействия агрессивной среды. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ поверхностного упрочнения деталей, включающий относительное перемещение устройства для поверхностной отделочной упрочняющей обработки и детали с обеспечением одновременного нагрева и поверхностного пластического деформирования детали, отличающийся тем, что используют устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки, содержащее нагревательные элементы в виде плазменных горелок и деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней, выполненных с обеспечением уменьшения их контактной площади и увеличения точек контакта в направлении от нагревательных элементов, при этом осуществляют дополнительный нагрев поверхностного слоя детали до температуры ниже структурно-фазовых превращений посредством плазменных горелок, созданием пятна контакта в точке касания факелов для обеспечения предельной плотности внутренней энергии поверхностного слоя.

2. Устройство для поверхностной отделочной упрочняющей обработки, содержащее корпус, деформирующие элементы в виде цилиндрических стержней, разделенных на группы, и регулируемый нажимной плунжер с распределительным элементом в виде слоя шариков, диаметр которых меньше диаметра цилиндрических стержней, отличающееся тем, что оно снабжено нагревательными элементами в виде плазменных горелок, выполненных с возможностью перемещения и фиксации в направлении относительно обрабатываемой поверхности и защитным кожухом, выполненным из условия предохранения от нагрева цилиндрических стержней, цилиндрические стержни разделены на группы с помощью вставок с образованием участков с геометрическим рисунком и выполнены с деформирующей частью, разделенной на несколько составляющих с обеспечением уменьшения ее контактной площади и увеличения точек контакта в направлении от нагревательных элементов.