×
20.05.2013
216.012.40f0

СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области машиностроения, в частности к лазерной термической обработке деталей. Поверхностный слой шестерни изготовлен из ванадиевой стали. Поверхностный слой нагревают сфокусированным лучом лазера плотностью мощности в интервале 10…10 Вт/м со скоростью перемещения шестерни относительно лазерного луча 1…3 мм/с. Шестерне придают пространственное и колебательное движение таким образом, чтобы лазерный луч располагался по нормали к рабочей поверхности зуба. Пространственное движение шестерни осуществляют таким образом, чтобы траектория лазерного луча была в соответствии с формой рабочей поверхности зуба шестерни. Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерности структуры в поверхностном слое, твердости и глубины упрочненного слоя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к лазерной термической обработке деталей.

Известен способ лазерной термической обработки материалов, реализованный в описании изобретения к патенту №2345148 от 13.07.2006 г., МПК G21D 1/09 «Способ лазерной термической обработки материалов», заключающийся в том, что предварительно определяют допустимую максимальную температуру на поверхности обрабатываемого материала, превышающую температуру необходимого структурного или фазового превращения, скорость перемещения светового отрезка и максимальные температуры вдоль линии перемещения светового отрезка в центре и на расстоянии х=±b/2 от центра, где b - ширина зоны обработки, по этим параметрам настраивают мощность и распределение плотности мощности лазерного излучения, а длину L светового отрезка выбирают в диапазоне значений L=(1,0…1,3)b.

Недостатком известного способа при проведении упрочняющей обработки является то, что не регламентируется положение лазерного луча по отношению к обрабатываемой поверхности, не регламентируются требования к фокусировке лазерного луча в процессе обработки. Тем самым не обеспечиваются условия образования равномерной структуры, твердости и глубины упрочненного слоя.

Известен способ упрочнения поверхности деталей из железоуглеродистых сплавов, представленный в описании изобретения к патенту №2305136 от 19.06.2006 года, МПК G21/D 1/09, сущность которого заключается в том, что предварительно на поверхность детали наносят многокомпонентное светопоглощающее покрытие на основе оксида цинка, а затем воздействуют на нее лазерным излучением, при этом используют лазерный излучатель, излучающие трубки которого размещены в виде пакета из нескольких рядов, излучающие трубки первого и второго наружных рядов расположены в виде неравносторонних восьмигранников, третьего и четвертого - в виде равносторонних четырехгранников, обеспечивающий многолучевое лазерное излучение с равномерной плотностью мощности в сечении, минимальную разницу в продолжительности воздействия излучения на различные участки поверхности от центра дорожки к краям при перемещении пятна луча по упрочняемой поверхности в любом направлении и по любой траектории.

Недостатками этого существующего способа являются следующие:

- невозможность обрабатывать труднодоступные и криволинейные поверхности малых размеров;

- невозможность ориентирования лазерного луча в более выгодное положение по нормали к обрабатываемой поверхности.

К прототипу следует отнести способ термической обработки стальных конструкций с концентраторами напряжений, представленный в описании изобретения к патенту №2204615 от 31.07.2001 года, МПК G21D 1/09, заключающийся в том, что нагрев зоны концентратора напряжений сфокусированным лучом лазера проводят в интервале до температуры, обеспечивающей после охлаждения формирование в поверхностном слое структуры мартенсита с содержанием углерода 0,22…0,25% и плотностью дислокаций 2,7…3,0×1011 см-2, в процессе нагрева осуществляют дополнительное непрерывное охлаждение обрабатываемой поверхности охлаждающей жидкостью, при этом расстояние от центра лазерного пятна, расположенного на обрабатываемой поверхности, до фронтальной границы распространения охлаждающей жидкости на поверхности детали определяется соотношением b=R+0,9…1,1 мм, где b - расстояние от центра лазерного пятна, расположенного на обрабатываемой поверхности, до фронтальной границы распространения охлаждающей жидкости на поверхности детали; R - радиус лазерного пятна на обрабатываемой поверхности.

Недостатком существующего способа является то, что в нем не регламентируется положение лазерного луча по отношению к обрабатываемой поверхности.

Целью решаемого технического решения является повышение износостойкости рабочих поверхностей тяжелонагруженных зубчатых передач.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерности структуры в поверхностном слое, твердости и глубины упрочненного слоя. Технический результат обеспечивается тем, что на рабочей поверхности шестерни формируют светопоглощающий слой из цапан лака.

Далее сфокусированным лучом лазера плотностью мощности в интервале 107…108 Вт/м2 со скоростью 1…3 мм/с нагревают поверхностный слой до температуры, обеспечивающей структурное или фазовое превращение, увеличивая твердость от поверхности вглубь. При этом шестерне придают пространственное и колебательное движение таким образом, чтобы лазерный луч располагался по нормали к рабочей поверхности зуба. Причем пространственное движение шестерни осуществляют таким образом, чтобы траектория лазерного луча была в соответствии с формой рабочей поверхности зуба шестерни, а колебательное движение осуществляют с частотой 50 Гц/с и амплитудой колебаний до 1 мм в направлении, перпендикулярном траектории движения лазерного луча.

Способ поясняется примером.

Пример лазерной термической обработки рабочей поверхности зубьев шестерни, изготовленной из стали 55 ф.

Термическая обработка шестерни производилась в следующей последовательности:

- шестерня была закреплена на стенде, который обеспечивал пространственно-колебательное движение шестерни;

- лазерный луч расположили по нормали к рабочей поверхности зуба шестерни;

- нагревание поверхностного слоя рабочей части зуба осуществляли лазерным лучом плотности мощности в интервале 107…108 Вт/м2 со скоростью перемещения шестерни относительно лазерного луча 1…3 мм/с, колебательное движение шестерни осуществляли с частотой 50 Гц с амплитудой до 1 мм в направлении, перпендикулярном траектории движения лазерного луча.

Стенд обеспечивал пространственное движение шестерни по кривой, соответствующей форме рабочей поверхности зубьев, и вращательное - относительно центра тяжести. Схема обработки рабочей поверхности показана на фиг.1. На фиг.1 показаны рабочая поверхность зуба 1 и рабочая поверхность зуба 2.

Точка А - начало первого продольного прохода термообработки, точка Б - окончание первого продольного прохода термообработки рабочей поверхности зуба, l - шаг продольной подачи.

Перемещение шестерни по отношению к неподвижному лазерному лучу происходило таким образом, чтобы термообработка начиналась в точке А профиля в продольном направлении к точке Б. В точке Б происходило перемещение обрабатываемой шестерни на 1 мм по поверхности зуба. Далее - направление обработки от точки Б' к точке А'. В точке А' обрабатываемая шестерня перемещается по поверхности зуба на 1 мм и так далее, пока не будет обработана одна сторона рабочей поверхности зуба.

По окончании обработки одной стороны рабочей поверхности зуба лазером шестерню перемещали из одного положения в другое положение, чтобы лазерный луч располагался по нормали к обрабатываемой поверхности другого зуба.

В процессе лазерной термической обработки обрабатываемая шестерня подвергалась вибрационному воздействию с параметрами:

- частота колебаний 50 Гц;

- амплитуда колебаний до 1 мм.

После окончания обработки одной стороны рабочих поверхностей зубьев шестерни шестерню переставляли в положение для обработки другой стороны рабочих поверхностей зубьев шестерни и т.д.

Высокая концентрация и локальность подводимой энергии в ограниченном (миллисекундном) временном диапазоне позволило обработать только поверхностный слой рабочей поверхности шестерни с высокими скоростями нагрева и охлаждения без существенного нагрева прилегающих слоев, а следовательно, без нарушения их структуры и свойств.

Вместе с тем в поверхностном слое отмечаются более высокая дисперсность и повышенная микротвердость, пониженная химическая активность.

Кроме того, отмечено, что при лазерном упрочнении имеет место изменение фазового состава. Структура зоны термического воздействия состоит из двух слоев. Первый слой содержит мелкодисперсерный мартенсит и остаточный аустенит. Второй слой состоит из зерен феррита и мартенсита, что обеспечивает повышенную коррозионную стойкость. На фиг.2 показано: светлая зона - зона термоупрочнения, черная зона - микроструктура основного металла, h - глубина упрочненного слоя. В светлой зоне видны отпечатки пирамиды при определении микротвердости на ПТМ - 3.

Исследования показали, что микротвердость по глубине зоны термоупрочнения изменяется и приобрела на глубине 0,4 мм наибольшее значение, а наименьшее - на поверхности зоны термического воздействия лазерного луча (ЗТВ).

На фиг.3 показана зависимость микротвердости HV от глубины упрочненного слоя.

Трибомеханические свойства модифицированного слоя имеют положительный эффект. Во-первых, поверхностный износоустойчивый слой может быть наиболее легко адаптирован на этапе приработки.

Во-вторых, в процессе изнашивания последующие слои ЗТВ благодаря повышенной твердости и низкому коэффициенту трения имеют более высокие износоустойчивые антифрикционные свойства и достигли максимального значения на границе раздела структурных преобразований.

Описание работы стенда представлено на фиг.4.

Приспособление для ориентации шестерни в зоне контакта с лучом лазера состоит из основного блока 7, в котором закрепляется шестерня 2. Закрепление шестерни 2 происходит на концах штоков 4 пневмоцилиндров 3, совершающих возвратно-колебательные прямолинейные движения на толщину зуба. Шестерня 2 фиксируется в основном блоке 7 с помощью фиксатора 6, который плотно заходит в полость между зубьями шестерни, шестерня 2 удерживает от вращательного движения вокруг своей оси.

Вибрационное движение шестерни 2 для получения перекрытия слева лазерного пятна обеспечивается вибратором 5, который создает вращательно-колебательное движение шестерни 2. Для обеспечения реализации вращательно-колебательного движения фиксатор 6 имеет упругое соединение со стенкой основного блока 7, через который он проходит. Основной блок 7 имеет вращательный шарнир 11 с осью 8, через который основной блок 7 соединяется с корпусом 15.

Для создания вращательного движения шестерни 2 в движение приводится основной блок 7 с помощью пневмопривода 13, закрепленного между стеной корпуса приспособления 15 и шарниром основного блока 14. Корпус приспособления 15 вместе с основным блоком 7 присоединяется к подвижному столу 9, который имеет возможности программного перемещении по осям x и y.

Комбинация движений привода 13 и двух движений стола 9 создает необходимую ориентацию поверхности зуба по отношению к лазерному лучу 10. Прямолинейные возвратно-поступательные движения зуба шестерни 2 относительно луча 10 обеспечиваются внутри основного блока пневмоприводами 1, 3. Вибрационные движения в поперечном направлении к траектории движения светового пятна создаются вибратором качательного движения 5.

Устройство снабжено ограничителем хода 12, который подает сигнал об остановке работы после обработки всей поверхности зуба. Совместная работа приводов 1, 3, 13 и ориентация стола 9 в движениях по осям x и y обеспечивается системой управления, которая может быть реализована на основе компьютера.

По предложенному способу были упрочнены поверхностные слои нескольких десятков пар «шестерня - зубчатое колесо» тягового привода. Проверка показала, что ресурс и надежность тягового привода повысились, износостойкость в отдельных случаях повысилась в 5 и более раз.


СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРНИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 26 items.
10.01.2013
№216.012.1924

Способ ликвидации пучин в земляном полотне эксплуатируемых автомобильных и железных дорог на сезоннопромерзающих грунтах

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для стабилизации деформирующихся участков автомобильных и железных дорог вследствие пучения путем преобразования свойств грунтов земляного полотна. Способ позволяет эффективно ликвидировать пучины в земляном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471928
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.23bd

Способ укрепления слабых грунтов основания земляного полотна и состав для его осуществления

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для восстановления или увеличения прочности слабых грунтов основания земляного полотна или земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках распространения грунтов, деформирующихся и дающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474651
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.279a

Способ регулирования жесткости виброзащитной системы и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к машиностроению. Способ включает двухступенчатое гашение вибрации основным и дополнительными элементами. На дополнительную промежуточную платформу прикладывают две силы, направленные в противоположном направлении, обеспечивающие взаимное гашение горизонтальных колебаний....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475658
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.03.2013
№216.012.2ea6

Способ микрофотометрических исследований годичных колец древесины

Способ включает регистрацию отраженного света, характеризующего выявление и измерение морфологической неоднородности древесины. Исследования осуществляют с помощью оптического эндоскопа путем его перемещения по отверстию, просверленному по центру ствола дерева в радиальном направлении с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477473
Дата охранного документа: 10.03.2013
27.03.2013
№216.012.30ca

Способ наплавки коррозионно-эрозионного порошка присадочного материала на стальную поверхность детали

Изобретение относится к способам защиты стальных поверхностей деталей от эрозии, в том числе кавитационной, путем наплавки коррозионно-эрозионного порошка. Предварительно просеивают и прокаливают коррозионно-эрозионностойкий самофлюсующийся присадочный порошковый материал. Создают на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478028
Дата охранного документа: 27.03.2013
20.04.2013
№216.012.3618

Ультразвуковое устройство для поверхностной обработки природного и искусственного камня

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в строительной индустрии для высококачественной поверхностной обработки искусственного и природного камня, а также других хрупких и труднообрабатываемых материалов. Устройство содержит корпус с магнитострикционным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479401
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.11.2013
№216.012.7ec5

Устройство для гашения колебаний

Изобретение относится к машиностроению. Устройство содержит упругие элементы и систему динамического гашения колебаний в виде упруго присоединенной массы. Объект защиты содержит настраиваемую систему динамического гашения колебаний. Система динамического гашения содержит пневмобаллон с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498126
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7ec6

Маховик с регулируемым моментом инерции

Изобретение относится к машиностроению. Маховик содержит массивный обод, являющийся связующим звеном для полумуфт, размещенных на валах электродвигателя и начального звена механизма. Массивные ползуны выполнены с возможностью перемещения в радиальных пазах обода и образуют с ним поступательные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498127
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.07.2014
№216.012.dc60

Устройство для динамического гашения колебаний объекта защиты

Изобретение относится к машиностроению. Устройство для динамического гашения колебаний состоит из рычагов и упругих элементов. Дополнительные рычаги одним концом шарнирно соединены с центром объекта защиты. Другим концом дополнительные рычаги соединены с разных сторон с дополнительным упругим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522194
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.11.2015
№216.013.8ece

Способ определения эрозионной стойкости твердых микро- и нанообъектов

Использование: для определения эрозионной стойкости твердых микро- и нанообъектов при воздействии кавитации. Сущность изобретения заключается в том, что одну грань исследуемого объекта упрочняют, после чего проводят кавитационное воздействие в герметичной камере с жидкостью при избыточном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568167
Дата охранного документа: 10.11.2015
Showing 1-9 of 9 items.
20.02.2013
№216.012.2633

Способ получения серосодержащих сорбентов для очистки сточных вод от тяжелых металлов

Изобретение относится к области промышленной экологии. Сорбент получают из отходов производства эпихлоргидрина. Отходы подают на поликонденсацию с полисульфидом натрия NaS(n=3-4) в присутствии частиц нефтекокса с диаметром 0,15 мм и менее. Полисульфид натрия получают взаимодействием элементной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475299
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.267e

Способ повышения коэффициента мощности при рекуперативном торможении электровоза переменного тока и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к способу повышения коэффициента мощности при рекуперативном торможении электровоза переменного тока и устройству для реализации способа рекуперативного торможения электровоза. Способ заключается в том, что для получения тока возбуждения коллекторных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475374
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.274c

Балластная призма для скоростных грузонапряженных участков бесстыкового железнодорожного пути

Изобретение относится к балластному слою с порозаполняющим веществом. Балластная призма содержит щебень, соединенный связующим материалом на основе синтетического латекса в упругий монолит с открытыми сквозными порами. При этом 0,15-0,20 объема составляет резиноподобная фракция 10-20 мм,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475580
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.274d

Установка для реализации способа механизированного определения загрязнения балласта

Изобретение относится к обновлению или очистке балласта. Установка имеет возможность подключения к бензогенератору. Данная установка содержит дебалансный маховик (6) с цепным приводом (9) и редуктором (10). Амортизатор (11) представляет собой пружинное крепление днища. Решение направлено на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475581
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.279a

Способ регулирования жесткости виброзащитной системы и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к машиностроению. Способ включает двухступенчатое гашение вибрации основным и дополнительными элементами. На дополнительную промежуточную платформу прикладывают две силы, направленные в противоположном направлении, обеспечивающие взаимное гашение горизонтальных колебаний....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475658
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cb8

Устройство для сушки обмоток электрических машин

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при техническом обслуживании и ремонте электрических машин. Предлагаемое устройство для сушки изоляции обмоток электрических машин содержит систему нагрева и подачу воздуха, а также систему контроля за изменением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476975
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.03.2013
№216.012.30dc

Устройство непрерывного температурного контроля и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования электровоза

Изобретение относится к области электроподвижного состава и направлено на совершенствование систем контроля температуры и автоматического регулирования нагрузки силового электрооборудования, например, непрерывного температурного контроля сглаживающих реакторов и тяговых электрических двигателей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478046
Дата охранного документа: 27.03.2013
10.06.2013
№216.012.49de

Устройство диагностики асинхронных электрических двигателей

Изобретение относится к области диагностики электромеханического оборудования, применяемого на железнодорожном транспорте, а также других отраслях промышленности, в частности к диагностике асинхронных электрических двигателей. Устройство диагностики асинхронных электрических двигателей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484490
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.11.2013
№216.012.7d1c

Комбинированное двухрежимное рессорное подвешивание грузового вагона (варианты)

Изобретение относится к железнодорожным транспортным средствам, в частности к тележкам грузового вагона. Комбинированное двухрежимное рессорное подвешивание предполагает два варианта исполнения и содержит большую пружину (7) повышенной жесткости, в которую вложен стакан (8), в стакан вставлен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497701
Дата охранного документа: 10.11.2013
+ добавить свой РИД