Способ упрочнения поверхности металлических изделий Советский патент 1993 года по МПК C21D8/00 

00

о

Изобретение относится к обработке металлов с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее струи жидкости, и может быть использовано в машиностроении при упрочнении поверхности изделий. Цель изобретения - увеличение износостойкости путем формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое изделия. Сущность изобретения заключается втом, что воздействие осуществляется импульсной струей со скоростью истечения жидкости Кт + ОТ/РЖ Сж sin а и частотой следования ИМПУЛЬСОВ 120 -Кпер Кс СГстр Vsin Cf/СжХ х V1 у Sin2 а/Сж 1 / Si где Кт эмпирический коэффициент, например для стали 40ХКТ 1/1,63, безразмерный; (fj - предел текучести обрабатываемого материала;/ - плотность жидкости; Сж - скорость звука в жидкости; а - угол между осью струи и поверхностью изделия; Кпер - коэффициент перекрытия зон упрочнения; dcrp - диаметр струи; S - скорость подачи изделия относительно струи жидкости; Кс - эмпирический коэффициент, учитывающий отличие размера упрочненной зоны от диаметра струи. ел

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к технологии упрочняющей обработки.

Целью изобретения является увеличение износостойкости путем формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое изделия.

Обработка производится сформированной струей жидкости, т.е. деталь располагается на некотором расстоянии от сопла. В этом случае энергия струи жидкости используется более полно. Так как, в данном случае обрабатываемая деталь не связана жестко с рабочей камерой и струю жидкости можно

направить в любую зону детали, требующую обработки. Кроме того, при ударе о поверхность наступает процесс поперечного растекания, жидкость движется со скоростью, в 2-6 раз большей скорости удара, т.е. используя этот эффект, можно упрочнять труд- нодоступные поверхности, обработка которых другими методами невозможна, например стенки Т-образного паза. При этом режим упрочнения избирается исходя из свойств обрабатываемого материала. Так, скорость импульсной струи жидкости, основной параметр обработки, определяет из следующего соотношения

ю

ы

V

Кт -От

рж Сж sin a

где Кт - коэффициент, учитывающий изменение термодинамического состояния по- верхности в результате действия струи и свойства жидкости;

От - предел текучести материала, МПа;

рж - плотность жидкости, кг/м ;

Сж - скорость звука в жидкости, м/с;

а - угол между осью струи поверхностью детали, град.

Данная зависимость основана на следующем. Для того чтобы упрочнить поверхностный слой (ПС) детали, необходимо, чтобы напряжение, действующее в ПС, превышали или были равны пределу текучести материала детали 0ь т.е. на поверхности детали необходимо создать давление Р, равное пределу текучести материала. Так как взаимодействие струи жидкости с поверхностью детали можно рассматривать как создание распределенной нагрузки величиной Р. Следовательно, данное условие принимает вид

P ov-KT,

где Кт - коэффициент, учитывающий изменение термодинамического состояния поверхности.

Давление, создаваемое импульсной струей жидкости на поверхность материала наиболее точно определяется зависимостями основанными на формуле гидроудара Н.Е.Жуковского:

Р Кзрж Сж V sin я,

где К2 - коэффициент, учитывающий свойства жидкости.

Окончательно получаем

Кт

рж Сж V sin a.

Коэффициент Кт зависит от структуры и свойств обрабатываемого материала, а также от свойств рабочей жидкости. Для стали 40Х (HRC 35-39 ед) кг составляет 1,36.

Обработка деталей струей, имеющей скорость, определяемую по приведенной зависимости, дает наибольшую величину сжимающих остаточных напряжений или позволяет получить требуемый уровень остаточных напряжений с меньшими затратами.

Следующим важным параметром упрочнения является частота следования струй жидкости, т.к. диаметр струи и диаметр зоны действия давления, создаваемого струей, меньше габаритных размеров заготовки, Требуется последовательное нанесение уда ров струй с определенным коэффициентом перекрытия.

Предлагается частота следования струй определять исходя из диаметра струй , коэффициента перекрытия КПер отпечатков, подачи, с которой движется приспособление с деталью относительно устройства для создания струй

f ( 120 Кпер Кс (1стр X

vT)/s

Г2 f/ ж

-г- Т

Сж 1 -

/2/

где f-частота следования, Гц; S - подача, м/мин; VH V-sina, Следующая зависимость основана на следующем. При взаимодействии с воздухом после вылета из сопла струя жидкости приобретает сферическую форму в своей головной части, при чем радиус головной части может превышать диаметр струи, Следовательно, в начальный момент

взаимодействие импульсной струи жидкости с поверхностью детали можно рассматривать, как взаимодействие сферы с плоскостью, в допущении, что жидкость сжимается.

При взаимодействии сферы с плоскостью в начальный момент времени давление действует лишь на маленькой площадке, затем диаметр этой площадки растет с определенной скоростью, причем величина этой скорости в начальный момент времени превышает скорость распространения ударной волны, сформировавшейся в момент первого контакта струи и плоскости. В тот момент, когда скорость расширения зоны действия

давления станет равной скорости распространения ударной волны давление резко спадает, т.к. начинается поперечное растекание жидкости, находящейся в струе 7. Следовательно диаметр зоны, в которой действует давление, определяется из условия начала поперечного растекания

VH

0

5

0-дд Кс Остр -р- V уЈ

ЖI -- -

г2

Ьж

где диаметр зоны действия давления, мм;

Кс - коэффициент, учитывающий отличие диаметр j -пловной части струи от диаметра самой струи (Кс 1-4).

Для того чтобы обрабатывать всю поверхность детали и создать поверхностный слой с одинаковыми свойствами на всем протяжении обрабатываемой поверхности необходимо, чтобы на поверхность наносился ряд ударов импульсной струей, причем зоны действия давления должны располагаться с определенным коэффициентом перекрытия.

Имея в своем расположении какое-либо устройство перемещения детали относительно сопла и зная его возможности, например скорость перемещения (S, мм/мин), можно определить режим обработки - частоту следования струй

f 120 Кпер Одц или

крытием зон упрочнения, отличающийся тем. что, с целью увеличения износостойкости путем формирования сжимакщих остаточных напряжений в поверхностном слое изделия, воздействие осуществляют струей со скоростью истечения жидкости Кт Ог/рж Сж sin а и частотой следования импульсов

120-Клер КС-dorp Vsln а/Сжх

xV

1

V2sin2a/cЈ

1/S,