СПОСОБ ИНДУКЦИОННО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2010 года по МПК B23P6/00 B23K9/04 

Изобретение относится к технологии восстановления или упрочнения механизированной электродуговой наплавкой изношенных поверхностей стальных тяжелонагруженных деталей, преимущественно, пассажирских и грузовых вагонов железнодорожного подвижного состава.

Известен способ восстановления деталей, при котором на изношенную часть детали устанавливают и закрепляют сваркой предварительно сформированную оболочку, внешнюю часть которой формируют по конфигурации неизношенной части детали, а внутреннюю поверхность по конфигурации подготовленной к наплавке изношенной части детали, при этом для повышения качества и упрощения технологии оболочку выполняют составной и разной формы в зависимости от формы детали (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №789253, кл. В23К 9/04, опубл. 1979).

Однако применение такого способа требует больших трудозатрат по подготовке сформированной оболочки, при этом значительно усложняется технология восстановления наплавкой, а в ряде случаев способ практически не удается применить, особенно при восстановлении неравномерного износа на больших площадях по сечению и периметру.

Известен также способ наплавки деталей, используемый для восстановления режущих инструментов, при котором используют формирующее устройство большой теплопроводности в виде съемного медного водоохлаждаемого шаблона-кристаллизатора с внутренним отверстием, имеющим конфигурацию рабочей части наплавленного изделия (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1776511, кл. В23К 9/04, опубл. 1992).

Недостатком известного способа является то, что он практически не предназначен для наплавки поверхностей больших размеров с неравномерным износом.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ индукционно-металлургического восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, включающий наплавку путем размещения на изношенной поверхности детали шихты, расплавляемой за счет тепла, выделяемого индуктирующим проводом индуктора (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1540984, кл. В23К 13/00, опубл. 07.02.1990).

К недостаткам данного способа относится высокая трудоемкость восстановления изношенной поверхности деталей, связанная с необходимостью осуществления механической обработки как необработанной, так и обработанной поверхности.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который выражается в повышении производительности, качества и кпд наплавки при снижении удельных энергозатрат, а также в повышении срока службы за счет увеличения усталостной прочности наплавленных деталей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе индукционно-металлургического восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, включающем наплавку путем размещения на изношенной поверхности детали шихты, расплавляемой за счет тепла, выделяемого индуктирующим проводом индуктора, в процессе наплавки деталь перемещают относительно индуктора, а индуктирующий провод индуктора располагают по дуге окружности, обращенной выпуклостью в сторону перемещения детали, радиус которой составляет 0,5-2,5 ширины наплавляемой поверхности, а поперечное сечение индуктора выполняют в виде обращенной узкой частью к наплавляемой поверхности капли, ось симметрии которой наклоняют к упомянутой поверхности под углом 25-115°.

Кроме этого, ось симметрии поперечного сечения индуктирующего провода индуктора наклоняют к наплавляемой поверхности под углом 45°, при этом индуктирующий провод индуктора располагают по дуге окружности, радиус которой равен ширине наплавляемой поверхности детали.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенный способ является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. он явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

На фиг.1 показана принципиальная схема наплавки детали при осуществлении данного способа, вид сбоку, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Предложенный способ заключается в том, что на изношенную наплавляемую поверхность детали 1, закрепленной в приспособлении 2, предварительно наносят порошковую шихту 3, подводят к индуктирующему проводу индуктора 4 поверхность наплавляемой детали, оставляя между ними определенный зазор "в", и далее, по мере расплавления порошковой шихты 3, перемещают деталь 1 с приспособлением 2 относительно индуктирующего провода индуктора 4 с постоянным зазором "в".

Сечение индуктирующего провода индуктора 4 выполняют в виде обращенной узкой частью к наплавляемой поверхности капли. Ось симметрии каплевидного сечения наклоняют к наплавляемой поверхности под углом 25-115°. Благодаря этому удается направить основной поток магнитных силовых линий относительно наплавляемой поверхности. Концентрирование электромагнитной энергии под определенным углом к наплавляемой поверхности и по дуге с определенным радиусом способствует формированию ванны интенсивно перемешивающегося расплавленного металла. Проведенные сравнительные испытания показали, что наиболее оптимальным является угол наклона оси симметрии сечения индуктирующего провода индуктора в 45°.

Индуктирующий провод индуктора 4 располагают по дуге, обращенной выпуклостью в сторону перемещения детали. Радиус дуги выбирают в пределах 0,5-2,5 ширины наплавляемой поверхности, при этом наиболее оптимальным является радиус дуги, равный ширине наплавляемой поверхности.

В сравнительной таблице приводятся экспериментальные данные по наплавке с использованием параметров, отраженных в формуле изобретения.

Анализ акта испытаний позволяет сделать вывод о наличии качественного скачка при использовании принятых величин.

Концентрирование электромагнитной энергии под определенным углом к наплавляемой поверхности детали обеспечивает в процессе наплавки интенсивное перемешивание расплавленной шихты, а концентрирование ее по дуге с определенным радиусом способствует формированию ванны интенсивно перемешивающегося расплавленного металла. В результате этого резко снижаются энергозатраты при одновременном увеличении скорости и производительности наплавки.

Предложенный способ восстановления может быть применен как для упрочнения изношенных поверхностей стальных деталей, так и для их восстановления.

Таблица №1 Угол атаки α, град Радиус дуги R, мм Время наплавки С, мин Расходуемая мощность N, кВт 5 0,5 В 10,5 95 15 1,0 В 10,2 96 15 2,5 В 11,1 98 25 0,5 В 6,1 60 25 1,0 В 5,8 62 25 2,5 В 7,4 64 45 0,5 В 4,8 49 45 1,0 В 4,6 49 45 2.5 В 5,4 53 70 0,5 В 5,7 51 70 1,0 В 5,5 60 70 2,5 В 6,2 64 90 0,5 В 7,5 68 90 1,0 В 7.3 65 90 2,5 В 7,8 71 110 0,5 В 5,7 62 110 0,9 В 5,7 61 110 2,5 В 6,5 68 135 0,5 В 5,1 50 135 1,0 В 4,9 52 135 2,5 В 5,5 55 155 0,5 В 6,2 62 155 1,0 В 6,0 64 155 2,5 В 7,3 65 170 0,5 В 10,8 99 170 1,0 В 9,7 90 170 2,5 В 10,9 100 Примечание: В - ширина наплавляемой детали, мм:

Изобретение относится к технологии восстановления или упрочнения механизированной наплавкой изношенных поверхностей стальных тяжелонагруженных деталей, преимущественно, пассажирских и грузовых вагонов железнодорожного подвижного состава. В процессе наплавки деталь перемещают относительно индуктора, а индуктирующий провод индуктора располагают по дуге окружности, обращенной выпуклостью в сторону перемещения детали, радиус которой составляет 0,5-2,5 ширины наплавляемой поверхности, а поперечное сечение индуктирующего провода индуктора выполняют в виде обращенной узкой частью к наплавляемой поверхности капли, ось симметрии которой наклоняют к упомянутой поверхности под углом 25-115°. Изобретение позволяет упрочнять и восстанавливать изношенные детали, а также повышать производительность, качество и кпд наплавки при снижении удельных энергозатрат и срок службы за счет увеличения усталостной прочности наплавленных деталей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ индукционно-металлургического восстановления изношенных поверхностей стальных деталей, включающий наплавку путем размещения на изношенной поверхности детали шихты, расплавляемой за счет тепла, выделяемого индуктирующим проводом индуктора, отличающийся тем, что в процессе наплавки деталь перемещают относительно индуктора, а индуктирующий провод индуктора располагают по дуге окружности, обращенной выпуклостью в сторону перемещения детали, радиус которой составляет 0,5-2,5 ширины наплавляемой поверхности, а поперечное сечение индуктирующего провода индуктора выполняют в виде обращенной узкой частью к наплавляемой поверхности капли, ось симметрии которой наклоняют к упомянутой поверхности под углом 25-115°.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ось симметрии поперечного сечения индуктирующего провода индуктора наклоняют к наплавляемой поверхности под углом 45°.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что индуктирующий провод индуктора располагают по дуге окружности, радиус которой равен ширине наплавляемой поверхности детали.