Способ формирования защитного покрытия на поверхности стального резьбового вала резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес Российский патент 2021 года по МПК C23C8/26 C23C8/38 C21D1/78 

Способ относится к области высокоточной обработки деталей из легированных сталей и формированию на них специальных защитных покрытий. Может быть использован в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных сталей.

Одним из основных показателей качества балансировочных станков и их составляющих является их надежность. Наиболее распространенной причиной отказов составляющих балансировочных станков признана не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей в процессе эксплуатации их деталей и рабочих органов. Как правило, все разрушения деталей начинаются с разрушения их поверхностей.

Применение упрочняющих и защитных покрытий существенно повышает качество продукции в машиностроении, обеспечивает надежную работу узлов и деталей в тяжелых условиях эксплуатации оборудования, позволяет снизить материальные и энергетические затраты на эксплуатацию машин, уменьшить расход дорогостоящих конструкционных материалов.

Известен способ изготовления деталей из конструкционных сталей [1], включающий черновую механическую обработку, стабилизирующий отпуск, окончательную механическую обработку и двухступенчатое газовое азотирование с выдержкой в атмосфере аммиака сначала при температуре 510-515°С, затем при 540-545°С и последующее охлаждение. Окончательную механическую обработку проводят путем двухкратной чистовой механической обработки с промежуточным и окончательным отпуском в селитровой ванне при температуре 520-540°С в течение 0,25-0,5 ч, а двухступенчатое газовое азотирование деталей проводят в постоянном магнитном поле напряженностью 100-150 Э в течение 1-2 ч с последующим охлаждением со скоростью 20-30°С/мин.

Такой способ позволяет повысить твердость и износостойкость обработанных поверхностей, а также несколько снизить деформацию деталей при обработке. Недостатком способа-аналога является то, что при обработке таким способом происходят деформации длинномерной детали, требующие последующей механической обработки - правки и хонингования, что значительно ухудшает качество азотированного слоя.

Известен способ азотирования в плазме тлеющего разряда [2], 20.01.2006), включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности и закалку, плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, силовые линии которого параллельны обрабатываемой поверхности, при этом электронное облако максимально локализовано у детали-катода.

Главным недостатком данного аналога является сложность его реализации и то, что с увеличением габаритов детали требуется увеличение размеров магнитной системы для получения достаточной индуктивности, что не всегда возможно.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ азотирования деталей узлов трения скольжения с получением наноструктурированного приповерхностного слоя [3], включающий предварительную термообработку и последующее азотирование деталей, причем в нем согласно изобретению в качестве предварительной термообработки используют закалку при температуре 920-940°С, последующий высокий отпуск с нагревом до 600-650°С в течение 2-10 часов и удаление обезуглероженного слоя, затем проводят ионно-плазменное азотирование в диапазоне температур 500-570°С при напряжении на катоде 300-320 В, плотности тока 0,20-0,23 мА/см², при использовании в качестве газовой среды аммиака со степенью диссоциации от нуля до 80%, расходе аммиака до 20 дм³/ч, давлении в камере при катодном распылении 1,3-1,35 Па, при насыщении 5-8 ГПа, при этом азотирование проводят в режиме циклического изменения температуры и степени диссоциации аммиака, при этом в первой половине цикла температура составляет 570°С при максимальном азотном потенциале, а во второй половине цикла температуру снижают до 500°С, при этом азотный потенциал снижают за счет увеличения степени диссоциации аммиака до 40-80%, при этом число упомянутых циклов должно быть не менее 10.

Недостатком способа-прототипа являются невысокие функциональные возможности.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей, обусловленных повышением прочностных характеристик поверхности, контактной долговечности и износостойкости стальных деталей.

Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования защитного азотированного покрытия на поверхности стального резьбового вала резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес, включающий проведение объемной закалки и отпуска заготовки стального резьбового вала и ионно-плазменное азотирование поверхности стального резьбового вала, согласно изобретению упомянутую заготовку вала закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 35-40 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки резьбового вала с получением готового стального резьбового вала и осуществляют его ионно-плазменное азотирование до получения толщины защитного азотирования покрытия в диапазоне 0,3-0,4 мм повышенной твердости в диапазоне 55-65 HRC.

Достигаемым техническим результатом является повышение срока службы покрытия в условиях эрозии и коррозии.

Предлагаемый способ работает следующим образом. Вначале на металлорежущих станках производится черновая (предварительная) обработка валов.

Далее для снятия внутренних напряжений проводится объемная закалка и отпуск заготовок вала. Для получения объемной твердости на всю глубину заготовки вала закаливают, получая объемную твердость у вала в диапазоне 35…40 HRc. На высокоточных станках с ЧПУ осуществляется чистовая, окончательная (высокоточная) механическая обработка закаленных заготовок валов.

Далее уже готовые точные детали резьбового вала подвергаются ионно-плазменному азотированию. Ионно-плазменное азотирование резьбового вала проводится до получения толщины защитного слоя в диапазоне 0,3…0,4 миллиметра повышенной твердости, в диапазоне 55…65 HRc.

Высокая объемная твердость резьбового вала и увеличенная толщина защитного слоя на резьбовом валу обеспечивает высокую жесткость витков резьбового соединения на вале при высоких нагрузках во время зажима автомобильного колеса на балансировочном устройстве.

Ионно-плазменное азотирование резьбового вала проводится при рабочей температуре в диапазоне 530…540 градусов по Цельсию. При этом, в результате азотирования создается нанокомпозитный поверхностный слой высокой твердости, без изменения геометрических размеров деталей.

Источники информации

1. Патент на изобретение RU 2250273, МПК⁷ С23С 8/26, опубл. 12.20.2002

2. Патент на изобретение РФ №2409700, кл. С23С 8/36, С23С 8/24, C21D 9/22, опубл. 20.01.2006

3. Патент на изобретение RU №2522872 МПК С23С 8/36, опубл. 20.07.2014

Изобретение относится к области высокоточной обработки деталей из легированных сталей и формированию на них специальных защитных покрытий и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных сталей. Способ формирования защитного азотированного покрытия на поверхности стального резьбового вала резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес включает проведение объемной закалки и отпуска заготовки стального резьбового вала и ионно-плазменное азотирование поверхности стального резьбового вала. Упомянутую заготовку вала закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 35-40 HRC. Далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки резьбового вала с получением готового стального резьбового вала и осуществляют его ионно-плазменное азотирование до получения толщины защитного азотированного покрытия в диапазоне 0,3-0,4 мм повышенной твердости в диапазоне 55-65 HRC. Обеспечивается повышение срока службы покрытия в условиях эрозии и коррозии.

Способ формирования защитного азотированного покрытия на поверхности стального резьбового вала резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес, включающий проведение объемной закалки и отпуска заготовки стального резьбового вала и ионно-плазменное азотирование поверхности стального резьбового вала, отличающийся тем, что упомянутую заготовку вала закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 35-40 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки резьбового вала с получением готового стального резьбового вала и осуществляют его ионно-плазменное азотирование до получения толщины защитного азотирования покрытия в диапазоне 0,3-0,4 мм повышенной твердости в диапазоне 55-65 HRC.