Способ поверхностной термомеханической обработки металлических изделий Советский патент 1982 года по МПК C21D7/02 C21D8/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при поверхностном термомеханическом упрочнении мелкомодульных зубчатых колес волновых редукторов.

Известен способ горячего накатывания зубьев и термомеханического, упрочнейия при горячем накатывании зубьев -Xl .

способ требует применения мощных станов для прокатки зубьев, не обеспечивает, достаточно высокой точности зубчатых колес и не может использоваться для изготовления гибких зубчатых колес.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ поверхностей термомеханической обработки металлических изделий, обеспечивающий снижение усилий деформации при достаточно большой глубине упрочнения, включающий нагрев до температуры аустенизации, обкатку роликом,вибрирующим -с частотой 20-30 Гц, с амплитудой, не превышающей глубины лунки контакта изделия с роликом, и охлаждение 2.

Но при этом способе возможно,совмещение формообразования и упрочнения поверхностей вращения несложной формы типа ручьев, канавок. При обра-i ботке гибких зубчатых колес, имеющих как правило, тонкую стенку и мелкий модуль, не обеспечивается требуемой точности ни по шагу, ни по высоте зубьев, а при последующем охлаждении (закалке) происходит коробление, что также снижает точность.

10

Целью изобретения является повышение точности и долговечности изделий.

Цель достигается тем, что по пред.лагаемому способу поверхностной тер момеханической обработки металлических изделий, преимущественно гибких зубчатых колес, включающему нагрев до температуры аустенизации, обкатку вибрирующим в радиальном направле20нии роликом и охлаждение, нагрев производят на глубину, равную высоте зуба и толщине стенки. колеса, после нагрева перед обкаткой роликом на глубину нагретого слоя проводят предва25рительное накатывание зубьев этим же роликом при статических нагрузках,а в процессе охлаждения колеса осущесдвляют калибровку зубьев роликом при статических нагруяках со сте

30 ленью деформации 1-3%. При этом предварительное накатывание зубьев проводят до формообразования 1/3 высоты зуба, обкатку и калибровку производят зубчатым роликом, а окончательную обкатку осущест вляют с амплитудой вибраций, не пре|Вышающей 2/3 высоты зуба, Применение глубинного нагрева токами высокой частоты связано с необходимостью прогрева с поверхности до температуры аустенизации на глубину равную высоте зуба и толщине стенки колеса, что обеспечивает их закалку при последующем охлаждении. Ограничения по глубине нагрева связаны так же с тем, что при увеличении глубины затрудняется последующая механическая обработка внутреннего диаметра колеса. Предварительное накатывание зубье зубчатым роликом-накатником при статических нагрузках позволяет производить плавное и постепенное зацепле ние ролика-накатника с поверхностью обрабатываемого изделия, например, через эталонное колесо, что обеспечивает точность по шагу при окончательном формообразовании поскольку обкатка вибрирующим роликом-накатником осуществляется по предварительно накатанным зубьям. Предварительное накатывание до формообразования 1/3 высоты зуба связано с ограничением допустимых статических нагрузок: при накатывании до формообразования свыше 1/3 высоты зуба статические на:грузкй достигают таких значений, при которых происходит потеря формы вследствие тонкостенности гибких колес, резко понижается точность обработки. Окончательное накатывание зубьев обкаткой вибрирующим зубчатым роликом-накатником на глубину нагретого слоя обеспечивает упрочнение не толь ко зубьев, но и стенки колеса. Ограничение по амплитуде вибраций ролика-накатника, не превькиающей 2/3 выты , связано с необходимостью обеспечения точности по высоте зубьев в процессе окончательного накатывания . Осуществление калибровки зубьев тем же зубчатым роликом-накатником при статических нагрузках в процессе охлаждения колеса исключает коробление, обеспечения тем самым точность профиля. Статические нагрузки выбира ются из условия обеспечения степени деформации 1-3%, при этом меньшее значение степени деформации берется для колес малых размеров, а большее для колес крупных размеров. Уменьшение степени деформации менее 1% не исключает полностью коробления, а увеличение сверх 3% - резко увеличивавт вероятность хрупкого разрушения закаленных зубьев колес. Кроме того при увеличении степени деформации происходит уменьшение размеров, что крайне нежелательно с точки зрения обеспечения точности. Поверхностной термомеханической обработке подвергали заготовки кольца из стали 40Х ( шириной 15 мм, наружным диаметром 120 мм и толщиной . стенки б мм для получения гибких зубчатых колес со следующими характеристиками: Модуль Высота зуба И} 2,2 мм Число зубьев Z. 120 Толщина стенки jj 1 мм Глубинный нагрев токами высокой частоты до, температуры аустенизации производили от лампового генератора ЛЗ-67В секторньш индуктором на глубину 3,2-3,5 мм, что контролировалось по торцовой поверхности заготовки колеса оптическим пирометром ОППИР-Ь17. Предварительное накатывание зубьев зубчатым роликом-накатником, профиль которого соответствовал профилю гибкого колеса, проводили на глубину 0,70-0,75 мм, что достигалось при предельно-допустимой статической нагрузке 800 кГс Окончательное накатывание зубьев осуществ яли тем же роликом-накатником при частоте вибраций 30 Гц от пневмомолотка МО-09, Амплитуду вибраций роликанакатника в пределах 1,50-1,45 обеспечивали поджатием пневмомолотка к обрабатьлваемой заготовке с усилием 400 кГс, Охлаждение колеса после формообразования зубьев проводили в спрейерном устройстве водой под давлением 2 ати. В процессе.охлаждения колеса производили калибровку зубьев при отключенном пневмомолотке и статических нагрузках 200 кГс,что обеспечивало степень деформации 2%. Для получения сравнительных данных изготовляли гибкие колеса по следующей технологии. Формообразование зубьев проводили фрезерованием, после чего осуществляли сквозное упрочнение колес объемной закалкой с печного нагрева с закалкой от в воду. После поверхностной термомеханической обработки и объемной закалки колеса подвергали отпуску при в течение 2 ч. Окончательную механическую обработку проводили растачиванием внутреннего диаметра. Оценку точности колес проводили путем замера шага, высоты зуба и диаметра по впадинам зубьев на длинномере ИЗА-2 с точностью 0,001 мм. Результаты замеров показали, что точность колес, изготовленных поверхностной термомеханической обработкой, не уступает точности фрезерованных с последующим сквозньм упрочнением

и находится в пределах обусловленных чертежом колеса .

Прочность зубьев проверяли испытанием на срез, которые проводили на испытательной машине МУП-20,

Прочность зубьев колес после поверхностной термомеханической обработки возросла на 20% (максимальное усилие среза составило 95 кГс/мм пр 80 кГс/мм у фрезерованных колес с последующей термической обработкой).

Конструктивную прочность стенки колес оценивали по результатам испытаний на статический и ударный изгиб образцов-сегментов, вырезанных из колес.

После поверхностной термомехакической обработки предел прочности .при изгибе увеличивается на 15% (со 151 кГс/мм до 200 кГс/мм, предел упругости на 12% со 107 кГс/мм до 128 кГc/м ), пластичность на 10% (с б,4мм до 7,1 мм) и ударна вязкость на 60% (с 1,4 кГс см/см до 2,2 кГс см/см Д .

Усталостные испытания при циклических изгибных нагрузках проводили по методу задаваемой упругой деформации до 10%. Долговечность гибких колес повысилась в 3-5. раз в зависимости от уровня зёщаваемой упругой деформации.

Применение предлагаемого способа позволит в 2-3 раза уменьшить трудоемкость и себестоимость изготовления, сократить дпительность производственного цикла в 4-5 раз, повысить эксплуатационную надежность и долговечность гибких колес в 3-5 раз

Формула изобретения

1.Способ поверхностной TejpMOMeханической обработки металлических изделий, преимущественно гибких зубчатых колес, включающий нагревание

до температуры аустенизации, обкатг ку вибрирующим в радиальном направлении роликом и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и долговечности; нагревание производят на глубину, равную высоте зуба и толщине стенки колеса, после нагревания перед обкаткой вибрирующим роликом проводят предварительное

5 накатывание зубьев этим же роликом при статических нагрузках, а в процессе охлаждения колеса осуществляют калибровку зубьев при статических нагрузках со степенью деформации 1-3%.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительное накатывание зубьев проводят до формообразования 1/3 высоты зуба.

3.Способ по пп. 1 и 2, отли5чающийся тем, что обкатку и калибровку осуществляют зубчатым ро-ликом.

4.Способ по пп. 1-3, о т л и йс я тем, что окончатель0ную обкатку осуществляют с амплитудой вибрсщий, не превышающей 2/3 высоты зуба.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

1. М&Тситловедение и термическая обработка металлов, 11, 1971,

с. 60-61.

2.Авторское свидетельство СССР 488870, кл. С 21 О 7/06, 1974.