СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РЕЗЬБЫ Российский патент 2015 года по МПК C21D1/09 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения резьбовых, преимущественно длинномерных, изделий, и может быть использовано для упрочнения метрической резьбы в изделиях, работающих при повышенных нагрузках.

Известен способ упрочнения резьбы, основанный на использовании лазерного воздействия на поверхность резьбы, при этом регулирование поглощаемой поверхностью энергии лазерного излучения осуществляют путем изменения поглощающей способности поверхности выступов и впадин резьбы (патент РФ №2241766, кл. C21D 1/09, от 10.12.2004 г.).

По мнению авторов данного изобретения это позволяет повысить качество закаленного слоя за счет выравнивания его глубины при расширении диапазона использования лазерной технологии обработки резьбовых поверхностей.

Недостатком данного способа является сложность процесса и относительно низкая производительность процесса обработки, обусловленные тем, что, во-первых, данный способ требует предварительной подготовки обрабатываемой поверхности, заключающейся в нанесении светопоглощающего покрытия гальваническим методом и осаждением на поверхность химических растворов. Сложность заключается также и в том, что необходима защита поверхности резьбы технологическими масками. Использование масок при нанесении их на резьбовую поверхность снижает точность получения заданных размеров защиты выступов и впадин резьбы, что повышает вероятность получения структурного градиента, выходящего за пределы допустимости, и снижает качество обрабатаваемой поверхности.

Известен также способ упрочнения резьбы, включающий поверхностную обработку впадин и выступов резьбовой поверхности лазерным излучением (патент №2047661, кл. C21D 1/09, от 10.11.1995 г.).

Данный способ позволяет формировать слой с гетерогенными электрохимическими свойствами за счет оплавления выступов зубьев резьбы под действием лазерного излучения и изменять электрохимический потенциал, обеспечивающий разность потенциалов между впадинами и зубьями резьбы и созданию искусственной гальванопары между обработанными поверхностями резьбового соединения, что в конечном итоге повышает корозионно-усталостную долговечность.

Недостатком данного способа является относительно низкая эффективность обработки впадин и выступов резьбовой поверхности, вызванная тем, что не для всех материалов возможно создание требуемой искусственной гальванопары между обрабатываемыми поверхностями.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является способ обработки резьбовой поверхности изделия, вкючающий формирование пятна лазерного луча на дне резьбовой канавки по ее центру и перемещение лазерного луча относительно продольной оси при одновременном вращении изделия, при этом величина перемещения лазерного луча равна величине шага резьбы за один оборот вращения (патент №2241765, кл. C21D 1/09, от 27.07.2004 г.).

Техническое решение, описанное в данном патенте, направлено на повышение упрочнения резьбы за счет повышения точности позиционирования лазерного луча на дне резьбовой канавки путем синхронизации частоты вращения обрабатываемой поверхности со скоростью перемещения луча лазера вдоль ее образующей.

Недостатком данного способа является недостаточная точность позиционирования лазерного луча на дне резьбовой канавки, вызванная тем, что в данном случае требуется корректировка положения элементов оптической системы, что снижает производительность способа и повышает вероятность сбоя синхронизации частоты вращения и скорости перемещения луча лазера.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении упрочнения резьбы и производительности способа.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе упрочнения резьбы, включающем формирование пятна лазерного луча на дне резьбовой канавки по ее центру, перемещение лазерного луча относительно продольной оси при одновременном вращении изделия, при этом величина перемещения лазерного луча равна величине шага резьбы за один оборот, формирование пятна лазерного луча осуществляют при удельной плотности энергии излучения газового лазера, работающего в непрерывном режиме, равной 12÷20 Вт/см², а диаметр пятна лазерного луча выбирают из соотношения d=(1,2÷1,7)s, где d - диаметр пятна лазерного луча, s - шаг резьбы.

В качестве источника нагрева может быть использован волоконный лазер.

На фиг.1 представлена иллюстрация способа упрочнения резьбы, где 1 - участок метрической резьбы, подвергаемый лазерной обработке, 2 - луч лазера, направляемый на дно резьбовой канавки по ее центру, 3 - ось вращения заготовки с резьбой, 4 - направление перемещения лазерного луча.

Способ упочнения резьбы осуществляется следующим образом.

Заготовка с резьбой закрепляется в шпинделе с возможностью ее вращения вокруг оси 3.

При включении лазера вначале формируется пятно лазерного луча на дне резьбовой канавки по ее центру, при этом диаметр пятна лазерного луча выбирают из соотношения d=(1,2÷1,7)s, где d - диаметр пятна лазерного луча, s - шаг резьбы, и после выведения работы лазера на рабочий режим начинается обработка резьбовой поверхности заготовки. Величина перемещения лазерного луча равна величине шага резьбы за один оборот, формирование пятна лазерного луча осуществляют при удельной плотности энергии излучения газового лазера, работающего в непрерывном режиме, равной 12÷20 Вт/см².

Использование газового лазера, обеспечивающего удельную плотность энергии излучения лазера, равную 12÷20 Вт/см², при пятне лазерного луча d=(1,2÷1,7)s обеспечивает устойчивое позиционирование лазерного луча на дне резьбовой канавки.

Использование при этом газового лазера с присущей ему высокой когерентностью и размеру фокального пятна, близкого к длине световой волны, позволяет уменьшить угол расхождения лазерного луча «θ», что в совокупности с выбором соотношения диаметра пятна и шага резьбы обеспечивает устойчивое позиционирование лазерного луча на дне резьбовой канавки на всем протяжении обработки. В конечном итоге это позволяет значительно уменьшить структурный градиент обрабатываемой резьбовой поверхности и тем самым повысить упрочнение резьбы и повысить производительность способа обработки.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения резьбовых преимущественно длинномерных изделий, и может быть использовано для упрочнения метрической резьбы в изделиях, работающих при повышенных нагрузках. Для повышения прочности резьбы и производительности способ упрочнения резьбы включает формирование пятна лазерного луча на дне резьбовой канавки по ее центру и перемещение лазерного луча относительно продольной оси при одновременном вращении изделия, при этом величина перемещения лазерного луча равна величине шага резьбы за один оборот вращения, формирование пятна лазерного луча осуществляют при удельной плотности энергии излучения газового лазера, работающего в непрерывном режиме, равной 12÷20 Вт/см², а диаметр пятна лазерного луча выбирают из соотношения d=(1,2÷1,7)s, где d - диаметр пятна лазерного луча, s - шаг резьбы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ упрочнения резьбовой поверхности изделия, включающий формирование пятна лазерного луча на дне резьбовой канавки по ее центру с помощью источника нагрева в виде лазера, перемещение лазерного луча относительно продольной оси изделия при одновременном вращении изделия на величину шага резьбы за один оборот вращения, отличающийся тем, что формирование пятна лазерного луча на дне канавки осуществляют при удельной плотности энергии непрерывного излучения лазера, равной 12÷20 Вт/см², а диаметр пятна лазерного луча выбирают из соотношения d=(1,2÷1,7)s, где d - диаметр пятна лазерного луча, s - шаг резьбы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника нагрева используют газовый лазер.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника нагрева используют волоконный лазер.