Способ изготовления долговечного инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов Российский патент 2018 года по МПК B23K20/12 C21D9/22 

Описание патента на изобретение RU2647043C2

Настоящее изобретение относится к области сварки трением с перемешиванием, в частности к области сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов.

Из уровня техники известен инструмент для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов, содержащий коллектор, включающий в себя устройство для подвода хладагента через входные отверстия в корпусе инструмента и связанного с системой охлаждающих каналов, выполненных внутри корпуса. Система охлаждающих каналов соединена с полостью, выполненной в нижней части корпуса, и с выходными отверстиями, выполненными в верхней части корпуса. По заявлениям авторов данная конструкция обеспечивает эффективное охлаждение инструмента и, как следствие, его высокую стойкость в процессе интенсивного нагрева (RU № 2446926 C1, публ. 10.04.2012).

Недостатками этого инструмента являются низкая технологичность при производстве инструмента из-за сложности изготовления внутренних каналов охлаждения, а также низкая надёжность конструкции, обусловленная тем, что непосредственно рабочая часть инструмента не имеет прямого охлаждения, вследствие чего возможен локальный перегрев и деградация структуры материала пина и плечиков рабочей части инструмента при больших оборотах сварки, что может привести к его преждевременному разрушению.

Задачей предлагаемого изобретения является изготовление инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов, обладающего высокой технологичностью в процессе производства, а также высокой надёжностью и долговечностью в процессе эксплуатации.

Задача достигается тем, что в качестве материала для изготовления инструмента выбирается инструментальная штамповая сталь, демонстрирующая при отпуске пик вторичной твёрдости на температуре не ниже 500°С, с сохранением твердости на уровне не менее 54 HRC. Обработку исходной заготовки из выбранной стали с твёрдостью не более 25 HRC проводят на токарном станке с использованием твердосплавных резцов до требуемых размеров с припуском от 0,2 до 0,5 мм, с последующей термической обработкой, заключающейся в закалке с последующим отпуском на получение пика вторичной твердости и последующим доведением размеров инструмента до требуемых за счёт снятия припуска операцией точения с использованием резцов с эльборовыми вставками или любого другого инструмента, предназначенного для обработки высокопрочных материалов.

При осуществлении заявленного способа возможно получение инструмента, способного работать при повышенных температурах долгое время с сохранением комплекса высоких механических характеристик, без использования какой-либо дополнительной оснастки или конструктивных решений для охлаждения инструмента, а также достаточно технологичного при производстве за счёт рационального выбора процессов обработки и отсутствия необходимости изготовления внутренних полостей или каналов непосредственно в самом инструменте.

Осуществление изобретения

В качестве материала инструмента может использоваться любая инструментальная штамповая сталь, имеющая пик вторичной твёрдости (ГОСТ 5950-2000, приложение В) при температуре не ниже 500°С при твердости не ниже 54 HRC после отпуска. В нашем случае описан пример изготовления инструмента из штамповой стали Х12МФ.

Из цельной заготовки стали Х12МФ, с твёрдостью не выше 25 HRC, с помощью твердосплавных резцов на токарном станке вытачивается инструмент требуемых геометрических размеров с припуском от 0,2 до 0,5 мм. Припуск необходим, так как при термообработке неизбежна деградация химического состава поверхностного слоя материала, а также для обеспечения точности конечных размеров инструмента. Также на этом этапе обработки высверливаются технологические отверстия, если в этом есть необходимость. Твердость исходной заготовки 25 HRC позволит сохранить свойства обрабатывающего инструмента и продлить его ресурс.

После чего проводится термическая обработка позволяющая сформировать в инструменте необходимые значения эксплуатационных характеристик. Закалка с температуры 1020°С осуществляется на воздухе или в масло. Выдержка при нагреве под закалку составляет одна минута на миллиметр заготовки плюс двадцать минут. Допускается выдержка в печи (для Х12МФ) при температуре закалки без использования защитных атмосфер. Закалка позволяет перевести в твёрдый раствор легирующие элементы, в частности хром, ванадий и молибден. Отпуск производится при температуре 500°С в течение 90 минут. Такой отпуск позволяет сформировать в сталях этого класса карбиды хрома, молибдена и ванадия, устойчивые при указанной температуре отпуска, и обеспечивающие дисперсионное упрочнение материала. Указанная термическая обработка обеспечивает теплостойкость стали Х12МФ при температуре 510°С в течение часа на уровне 59 HRC. Это позволит использовать указанный инструмент для сварки алюминиевых сплавов при больших частотах вращения инструмента. Стоит отметить, что разогрев алюминиевых сплавов, используемых в промышленности до температуры 500°С и выше, нежелателен из-за сильной деградации структуры (укрупнения размеров зерна, а также коагуляции и растворения частиц упрочняющей фазы) областей основного материала, прилегающих непосредственно к сварному соединению (зон термического воздействия). Наиболее распространенная температура материала в процессе сварки трением с перемешиванием 350-450°С.

После термической обработки производится финишная обработка на токарном станке по доведению размеров инструмента до необходимых значений за счёт снятия припуска с помощью резца, содержащего эльборовые вставки, или любого другого инструмента, предназначенного для обработки высокопрочных материалов.

Такая последовательность операций изготовления позволит получить инструмент для сварки трением с перемешиванием, способный работать при повышенных температурах и нагрузках, сохранив при этом рабочий ресурс резцов, используемых при изготовлении инструмента.

Похожие патенты RU2647043C2

название год авторы номер документа
Способ изготовления цельного инструмента для сварки трением с перемешиванием с помощью аддитивных технологий 2023
  • Малофеев Сергей Сергеевич
  • Высоцкий Игорь Васильевич
  • Миронов Сергей Юрьевич
  • Тагиров Дамир Вагизович
  • Кайбышев Рустам Оскарович
RU2805731C1
Способ термической обработки изделий с металлическим покрытием 2016
  • Кокорин Николай Анатольевич
  • Данилов Иван Александрович
  • Кондратенков Михаил Сергеевич
RU2623929C1
Способ изготовления инструмента с напаянными пластинами из быстрорежущей стали 1977
  • Тарасов Анатолий Николаевич
  • Ремизович Людмила Семеновна
SU734302A1
Способ изготовления тонкостенных оболочек из легированных сталей 2019
  • Анненков Дмитрий Викторович
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Зайцев Виктор Дмитриевич
  • Барычева Тамара Петровна
  • Подколзин Николай Никитович
RU2710311C1
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ШТАМПОВАЯ СТАЛЬ 2004
  • Зубкова Елена Николаевна
  • Водопьянова Валентина Павловна
  • Зубков Николай Семенович
  • Марков Михаил Владимирович
RU2274673C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВОГО ИНСТРУМЕНТА И ФОРМ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ИЗ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩИХ СТАЛЕЙ 2011
  • Афонин Борис Владимирович
  • Великолуг Александр Михайлович
  • Воронин Павел Вячеславович
  • Воронин Роман Павлович
  • Грехов Александр Евгеньевич
RU2448806C1
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ЗАКАЛОЧНОГО УПРОЧНЕНИЯ РЕЖУЩЕ-ДЕФОРМИРУЮЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ 2014
  • Зубков Николай Николаевич
  • Васильев Сергей Геннадьевич
  • Попцов Виктор Викторович
RU2556897C1
Способ изготовления режущего инструмента 1979
  • Маеров Георгий Романович
  • Киреев Владимир Павлович
  • Губарев Вениамин Владимирович
  • Шитарев Игорь Леонидович
SU834162A1
Способ термической обработки стали 1982
  • Мухамедов Азод Анварович
  • Якубов Февзи Якубович
  • Херсонский Анатолий Кельманович
  • Мухамедов Анвар Акбарович
SU1133306A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ШТАМПОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ИЗ ОТХОДОВ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ 2009
  • Афонин Борис Владимирович
  • Великолуг Александр Михайлович
  • Воронин Павел Вячеславович
  • Воронин Роман Павлович
  • Ласуков Валерий Дмитриевич
RU2406590C1

Реферат патента 2018 года Способ изготовления долговечного инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области сварки трением. Для получения инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов с высокой технологичностью, высокой надежностью и долговечностью в процессе эксплуатации при температуре вплоть до 500°С исходную заготовку из инструментальной штамповой стали, имеющей твердость не более 25 HRC, вытачивают на токарном станке до требуемого размера инструмента с припуском от 0,2 до 0,5 мм, подвергают последующей термической обработке, состоящей из закалки и отпуска при температуре не ниже 500 °С с обеспечением твердости не ниже 54 HRC после отпуска и доводят размер инструмента до требуемого путем точения со снятием припуска.

Формула изобретения RU 2 647 043 C2

Способ изготовления инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов, включающий обработку исходной заготовки из инструментальной штамповой стали, имеющей твердость не более 25 HRC, на токарном станке до требуемого размера инструмента с припуском от 0,2 до 0,5 мм, термическую обработку путем закалки с последующим отпуском при температуре не ниже 500°С с обеспечением твердости полученной заготовки не менее 54 HRC и финишную обработку заготовки до требуемого размера инструмента путем точения со снятием припуска.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2647043C2

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ФРИКЦИОННОЙ СВАРКИ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ 2010
  • Штрикман Михаил Михайлович
  • Пинский Александр Викторович
RU2446926C1
Способ термической обработки штампов из полутеплостойких сталей 1990
  • Фукс-Рабинович Герман Симонович
  • Моисеев Владислав Федорович
  • Кузнецов Анатолий Наумович
  • Шаурова Нина Константиновна
  • Кузьмина Надежда Владимировна
SU1724703A1
Способ термической обработки инструмента для ультразвуковой сварки 1982
  • Григорьев Александр Михайлович
  • Крючок Александр Григорьевич
  • Крючок Владимир Григорьевич
  • Янович Иван Петрович
SU1024513A1
Способ изготовления инструмента 1941
  • Одинг И.А.
SU61527A1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РЕЖУЩИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ИНСТРУМЕНТОВ 1997
  • Карпов Л.П.
RU2131468C1
Угольное микрофонное устройство 1935
  • Берман Л.В.
  • Никифоров А.К.
SU45955A1

RU 2 647 043 C2

Авторы

Высоцкий Игорь Васильевич

Малофеев Сергей Сергеевич

Тагиров Дамир Вагизович

Кайбышев Рустам Оскарович

Даты

2018-03-13Публикация

2016-07-18Подача