Способ упрочнения поверхностей металлических заготовок Советский патент 1982 года по МПК C21D1/04 B06B3/00 

(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

Изобретение относится к упрочняюще-чистовой обработке при воздействии ультразвуковых, колебаний и может быть использовано в различных областях машиностроения и приборостроения.

Известен способ упрочнения поверхности металлических заготовок, по которому шарик, служающий обрабатывающим инструментом и связанный с концентратором ультразвукового преобразователя, ударяет по поверхности обрабатываемой заготовки с ультразвуковой частотой и одновременно вдавливается в поверхность с постоянной статической натрузкой 50300 Н. По данному способу ультразвуковое упрочнение ведут на воздухе при нормальных температурах t.

Недостаток способа в том, что при обработке заготовки на воздухе на поверхности о азуются окисные пленки, которые под воздействием ультразвуковых колебаний инструмента разрушаются. В момент контакта инструмента и детали происходит схватывание их ювенильных поверхностей и образование мостиков сварки, которые периодически разрушаются

В момент отрыва ультразвукового инструмента. Это ведет к снижению качества упрочняемого слоя. В зоне контакта обрабатывающего инструмента с поверхностью детали происходит резкое повышение температуры (до 1473 К), что приводит к частичному разупрочнению вследст.виё локального отпуска.

Известен также способ ультразвуковой обработки поверхности металлических заготовок в вакууме с одновременным охлаждением обрабатывающего инструмента и заготовки до температуры от 273 К до порога хладноломкости обрабатываемого материала 2.

Способ не всегда обеспечивает требуемое качество обработки, а подготовительные операции перед упрочнением длительны в связи с необходимостью проведения работы в вакууме.

Цель изобретения - повышение качества обработки и производительности.

Эта цель достигается тем, что в способе упрочнения поверхности металлических Заготовок ультразвуковым инструментом при низких температурах, заготовки перед упрочнением покрывают тонким слоем граничной смазки, ис39472

ключающей окисление поверхности, например, глицерином.

В граничную смазку вводят порошкообразное медьсодержащее вещество, например, сульфат меди в количестве 1-20 мас.%.

В качестве граничной смазки можно использовать металлопдакирующую смазку, например, ЦИАТИМ- 201 с добавлегшем 3-15 мас.% порошка меди.

Покрытие Заготовок тонким слоем граничной смазки, исключающей окисление их.поверхности, позволяет устранить образование окисных пленок на поверхностях обрабатываемых деталей при ультразвуковой обработке, что уменьшает работу выхода электронов и тем способствует протеканию хемосорбдионных процессов И разрыхлению поверхностного слоя. При упрочнении поверхности заготовки из меди и ее сг1лавов на поверхностях инструмента в результате хемосорбционных процессов образуется тонкая пленка меди. Наличие пленки меди уменьшает коэффициент трения, вероятность непосредственного контакта поверхности инструмента и заготовок понижает температуру в зоне деформации и, следовательно, уменьшает износ ультразвукового инструмента.

Охлаждение заготовок перед упрочнением от 273 до 4 К позволяет повысить производительность процесса упрочнения по сравнению с одновременным охлаждением обрабатывающего инструмента и заготовки при ультразвуковой обработке. В предлагаемом способе . предварительно охлаждают заготовки в специальном холодильнике и устанавливают на токарном станке для упрочнения ультразвуковым инструментом. В этом случае отпадает необходимость проводить охлаждение заготовки и инструмента в процессе обработки, что экономит время.

Для, упрочнения заготовок из металлов и сплавов, не содержащих пленкообразующих веществ, в граничную смазку вводят порошкообразное медьсодержащее вещество, например, сульфат меди в количестве 1-20 мас.%. В этом случае на рабочих поверх1состях инструмента образуется тонкая пленка меди в результате хемосорбционного взаимодействия медьсодержаидах веществ, находящихся в зоне обработки, с поверхностно-активными веществами (глицерином, спиртоглицериновой смесью, олеиновой кислотой, сульфанолом) и с поверхностями трения.

В качестве граничной смазки можно использовать металлоплакирующие смазки пластичные (консистентные) и жидкие, содержацше в составе порошок пленкообразующего металла в количестве 3-15 мас.%, подвергающегося избирательному растворению, окись металла или металлоорганическое соединение, подвергающиеся восстановлению или распаду в зоне деформации и выделяющие металл, на образование металлоплакирующей . При обработке заготовок, покрытых тонким слоем металлоплакирующей смазки, на рабочих поверхностях ультразвукового 1шструмента образуется защитная металлическая пленка, в которой имеет место диффузионно-вакансионный механизм. Наличие защитной металлической пленки уменьшает коэффициент трения и вероятность непосредственного контакта поверхностей ультразвукового инструмента и заготовки , понижает температуру в очаге деформации, уменьшает износ инструмента. Уменьшение температуры в очаге деформации позволяет увеличить скорость обработки.

Предварительное охлаждение детали позволяет также уменьшить температуру в зоне контакта инструмента с материалом, создает условия избирательного переноса в процессе упрочнения и повышает производительность труда.

Интенсификация процесса упрочнения ультразвуковым инструментом достигается за счет импульсного, ударного приложения нагрузки с быстрым возрастанием давления до значительной величины, чередующегося со столь же быстрым понижением нагрузки. При таких условиях обработки распределение напряжений отличается локальностью и значительно1 неравномерностью, обрабатываемый материал проявляет большую склонность к упрочнению, чем при обычном пластическом дефорлшровании. .

При ультразвуковом упрочнении брэнзовых заготовок, предварительно покрытых тонким слоем глицерина и охлажденных до минусовой температуры, в процессе обработки в -юне контакта пары инструмент-заготовка создаются условия для проявления эффекта избирательного переноса, выражаюшегося в образовании на рабочих поверхностях инструмента тонкой пленки меди, имеющей значительную механическую прочность на сжатие и низкое сопро тивление тангенциальному сдвигу. Тонь:ая пленка меди сохраняется на рабочих поверхностях инструмента непрерывно в течение всего процесса обработки. Наличие тонкого слоя смазки и пленки уменьшает контактное трение и износ ипструмента. Тонкий слой меди обладает более низким пределом текучести, сопротивлением сдвигу по сравнению с материалом обрабатываюшего инструмента.

Обработка по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Заготовки, например из бронзы, покрывают тонким слоем технического глицерина и охлаждают в холодильнике до 123 К. Охлажденную заготовку закрепляют в патроне токарного станка, прижимают к ней с силой 100 Н

деформирующий инструмеит - стальной шарик диаметром 10 мм, соединенный с концентратором магнитострикционного преобразователя. При режиме обработки - частота ультразвукойых колебаний - 22 кГц, амплитуда 10 мкм, скорость вращения заготовки 150 об/мин при продольной подаче 0,1 мм/об шероховатость упрочненной поверхности уменьшилась с 1,25 до 0,08 мкм и одновременно повысились физико-механические свойства

поверхностного слоя: твердость и прочность, сжимающие остаточные напряжения.

При обработке заготовок из ст. 45 их покрывают тонким слоем технического глицерина, в который вводят сульфат меди в количестве 20 г/л. Заготовки охлаждают до 173 К, закрепляют на станке, прижимая инструмент к заготовке с силой 200 Н. Режим обработки аналогичен режиму при упровдении заготовок

из бронзы..

Использование предлагаемого способа позволяет повысить износостойкость обрабатывающего инструмента за счет создания на инструмете в процессе обработки тонкого слоя меди, обладающего низким пределом текучести и

сопротивлением сдвигу по сравнению с матери1алом обрабатывающего инструмента, повысить Качество упрочненных деталей за счет уменьше шя схватывания ювенильных поверхностей инртрумента и заготовки при обработке охлажденных заготовок.

Формула изобретения

Источники информации, / принятые во внимание при зкспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 567757, кл. С 21 D 1/04, 1976.