СПОСОБ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Российский патент 2012 года по МПК C21D7/13 C21D1/40 C21D1/06 

Изобретение относится к области металлообработки, касается методов поверхностного упрочнения деталей машин электромеханической обработкой в условиях массового и ремонтного производства.

Известны способы электромеханической обработки (см. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. - Л.: Машиностроение. - 1989. - 184 с. и Багмутов В.П., Паршев С.Н., Дудкина Н.Г., Захаров И.Н. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация. - Новосибирск: Наука, 2003. - 318 с.), при которых через зону контакта деформирующего электрод-инструмента (ролика или пластины) и детали проходит ток большой плотности (10⁸-10⁹ А/м²) и низкого (1-6 В) напряжения, вследствие чего на контактирующей поверхности изделия выделяется большое количество тепла, происходят высокоскоростной нагрев локального микрообъема поверхности с одновременным его пластическим деформированием и последующее интенсивное охлаждение за счет отвода тепла внутрь детали, что приводит к повышению твердости, прочности и износостойкости. Электрический ток подводится к детали через электроконтактное устройство и специальную державку с инструментом, которые образуют с деталью общую электрическую цепь. Способ значительно изменяет физико-механические свойства поверхностного слоя изделий и позволяет повысить их служебные характеристики.

Однако данные способы отличаются низкой производительностью обработки поверхностей, большими потерями электроэнергии в технологической оснастке и по длине детали, низким КПД процесса.

Известен способ электромеханической обработки детали (Патент №2414514 принят за прототип, см. Бюл. №8 от 20.03.11), включающий одновременно нагрев поверхностного слоя изделия путем пропускания электрического тока через зону контакта рабочего инструмента с деталью, образующими общую электрическую цепь и механическое воздействие на поверхность детали рабочими инструментами, отличающийся тем, что обработку производят двумя инструментами, изолированными друг от друга и находящимися на одной оси на расстоянии 0,5…5 мм, причем поверхностное упрочнение металла между инструментами осуществляется за счет термического воздействия от прохождения электрического тока. При такой обработке повышается производительность, снижаются затраты электрической энергии и повышается КПД процесса.

Однако данный способ также отличается недостаточно высокой производительностью, значительным перекосом фаз питающей электрической сети ввиду однофазной или двухфазной нагрузки большой мощности.

Известен способ электромеханической обработки деталей машин по патенту РФ №2285728 С2 (принят также за прототип, см. Бюл. №29 от 20.10.2006), включающий одновременно механическое воздействие рабочими инструментами и нагрев поверхностного слоя изделия путем пропускания электрического тока через зону контакта инструмента с деталью, в котором обработку производят тремя рабочими инструментами, каждый из которых подключен к одной из фаз трехфазного источника тока с образованием с деталью и другими инструментами общей электрической цепи, причем инструменты располагают равномерно вокруг оси детали и подают одновременно друг за другом вдоль оси детали с отставанием каждого последующего инструмента от предыдущего на 0,16…0,17 шага подачи. Это повышает производительность обработки, снижает затраты электрической энергии, устраняет перекос фаз.

Данный способ отличается сложностью технологической оснастки, значительными потерями электроэнергии в детали, недостаточно высокой производительностью процесса.

Технический результат предлагаемого изобретения - это дальнейшее повышение эффективности процесса ЭМО за счет увеличения производительности обработки и повышение КПД процесса.

Указанный результат достигается тем, что электромеханическая обработка производится тремя рабочими инструментами, каждый из которых подключен к одной из фаз трехфазного источника тока, изолирован друг от друга и находится на расстоянии 0,5…5 мм от соседнего инструмента, поверхностное упрочнение металла между инструментами осуществляется за счет термического воздействия от прохождения электрического тока, причем обработку производят инструментами, расположенными на разных осях с возможностью независимого их прижатия к поверхности детали так, чтобы зоны контакта инструментов с деталью находились на одной линии.

На чертеже изображена упрощенная схема предлагаемого способа обработки. Рабочие инструменты (ролики или пластины) 2 располагаются на разных осях на расстоянии 0,5…5 мм от соседнего инструмента, так чтобы зоны контакта инструментов с деталью находились на одной линии в специальном устройстве (на чертеже не показано), которое обеспечивает независимое их прижатие к поверхности детали 1 с различными усилиями Q₁, Q₂ и Q₃.

Инструменты 2 подсоединяются с помощью токоподводящих кабелей 3 к трехфазному источнику питания 4, образуя с деталью общую электрическую цепь. В месте контакта инструментов с деталью (зона Г) и между инструментами (зона Д) происходит мгновенный нагрев (током до 4000 А) ее поверхностного слоя выше температуры фазовых превращений, а в местах контакта инструментов с деталью (зона Г) также и механическое воздействие инструментами. В последующем происходит охлаждение нагретых участков вглубь детали за счет ее массы, в результате происходит упрочнение поверхностного слоя изделия.

Сила тока, усилие прижатия инструментов Q₁, Q₂ и Q₃ к детали, их подача s вдоль оси заготовки, расстояние между роликами, материал и форма инструментов принимаются исходя из задач и требований технологического процесса.

При обработке по данному способу на поверхности детали образуются поверхности с участками Г твердостью до 10 ГПа, упрочненные термомеханическим воздействием, и находящиеся между ними участки Д твердостью до 9 ГПа, упрочненные термическим воздействием. Кроме того, сокращаются потери электроэнергии в детали за счет уменьшения расстояния между инструментами, увеличивается производительность обработки за счет увеличения подачи s, устраняется перекос фаз питающей электрической сети. Независимое прижатие инструментов обеспечивает их надежных контакт с поверхностью изделий, что позволяет обрабатывать криволинейные поверхности. Возможность прижатия инструментов с различными усилиями позволяет на поверхности детали получать разное соотношения термического и силового воздействия, а следовательно, и физико-механические свойства упрочненной поверхности

Таким образом, при применении данного способа обработки деталей машин повышается производительность обработки, снижаются непроизводительные потери электрической энергии при выполнении технологической операции, повышается эффективность процесса ЭМО.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к электромеханической обработке деталей. Для увеличения производительности и повышения КПД обработку ведут тремя рабочими инструментами, каждый из которых подключен к одной из фаз трехфазного источника тока, изолирован друг от друга и находится на расстоянии 0,5÷5 мм от соседнего инструмента при одновременном нагреве поверхностного слоя детали путем пропускания электрического тока через зону контакта инструмента с деталью и механическом воздействии на поверхность детали, при этом обработку проводят инструментами, расположенными на разных осях с возможностью независимого их прижатия к поверхности детали при расположении зон контакта инструментов с деталью на одной линии. 1 ил.

Способ электромеханической обработки детали тремя рабочими инструментами, каждый из которых подключен к одной из фаз трехфазного источника тока, изолирован друг от друга и находится на расстоянии 0,5…5 мм от соседнего инструмента, включающий одновременно нагрев поверхностного слоя детали путем пропускания электрического тока через зону контакта инструмента с деталью, образующих общую электрическую цепь, механическое воздействие на поверхность детали рабочими инструментами и поверхностное упрочнение участков детали между инструментами путем термического воздействия от прохождения электрического тока, при этом обработку проводят инструментами, расположенными на разных осях с возможностью независимого их прижатия к поверхности детали при расположении зон контакта инструментов с деталью на одной линии.