×
09.05.2019
219.017.4d71

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, предпочтительно, для упрочнения наружной поверхности деталей железнодорожного подвижного состава. Для повышения качества обработки и ресурса работы деталей на поверхностный слой детали, установленной с возможностью вращения, воздействуют импульсным дуговым разрядом через активную технологическую среду между обрабатываемой деталью и электродом, подключенным к высоковольтному источнику постоянного тока, при этом на поверхностный слой детали воздействуют дуговым разрядом от высоковольтного источника постоянного тока под отрицательным потенциалом 6-10 кВ с частотой 40-120 Гц, который направляют под углом 90° от электрода к обрабатываемой поверхности детали через струю воды диаметром 1,0-3,0 мм и дистанционным зазором между электродом и обрабатываемой поверхностью детали 2-10 мм и создают в поверхностном слое детали конусообразные проплавления мелкозернистой структуры глубиной до 300 мкм и диаметром основания 0,2-0,5 мм, а затем осуществляют механическую обработку рабочей поверхности детали. Конусообразные проплавления с мелкозернистой структурой создают за 1-3 прохода при скорости равномерного перемещения детали 5-20 мм/с относительно электрода и струей воды, вытекающей со скоростью 0,1-20 м/с. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к физико-химическим процессам, направленным на повышение технико-экономических свойств различных деталей, например, типа тел вращения и может быть использовано, предпочтительно, для упрочнения наружной поверхности деталей железнодорожного подвижного состава.

Известен способ упрочнения стальной детали путем ее нагрева от высоковольтного источника постоянного электрического тока, заключающийся в том, что на обрабатываемую поверхность детали цилиндрической формы воздействуют с помощью электрода стабилизированным высоковольтным электрическим дуговым разрядом через текучее вещество в качестве технологической диэлектрической среды в дистанционном зазоре между электродом и изделием. При этом деталь подключают к клемме "минус", а графитовый электрод - к клемме "плюс" высоковольтного источника постоянного тока; деталь и электрод погружают в ванну в технологический диэлектрический раствор солей высших жирных кислот, устанавливают дистанционный зазор между обрабатываемой поверхностью детали и электродом в пределах 0,08-0,20 мм, поддерживают ток дуги в пределах 20-50 А, вращают деталь около неподвижного или также вращающегося электрода (см., например, описание изобретения к а.с. СССР №1540286, кл. C21D 1/09 от 20.01.1987).

Недостатками такого способа являются ограничение обрабатываемых деталей только цилиндрической формой и малыми размерами, необходимость наличия ванны с раствором солей высших жирных кислот, большая сложность выдерживания очень малых дистанционных зазоров между деталью и электродом, соизмеримых с величиной электроэррозии разрядного торца электрода, большой расход электроэнергии из-за необходимости нагрева детали и сопутствующего нагрева большого объема раствора солей высших жирных кислот и стенок ванны, дороговизна обработки, вредность процесса обработки для персонала и экологии из-за выделения паров раствора и его сброса в качестве отходов производства, повышенная хрупкость поверхностного слоя детали из-за его сплошности.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ упрочнения рабочей поверхности стальных деталей, при котором на поверхностный слой детали, установленной с возможностью вращения, воздействуют импульсным дуговым разрядом через активную технологическую среду между обрабатываемой поверхностью детали и электродом, подключенным к высоковольтному источнику постоянного тока (см., например, описание изобретения к а.с. СССР №1759900, кл. C21D 1/09, 07.09.1992).

Недостатками такого способа являются малая глубина изменения физической структуры поверхностного слоя изделия, большой расход электроэнергии, необходимость в герметичной камере, невозможность обработки изделий сложной формы и больших размеров и невыполнимость локальной обработки изделий.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение технологических и эксплуатационных свойств материала детали: пластичности, прочности, твердости, износоустойчивости, а также повышение технологичности процесса обработки детали при максимальном его упрощении и экологической безопасности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе упрочнения рабочей поверхности стальных деталей, при котором на поверхностный слой детали, установленной с возможностью вращения, воздействуют импульсным дуговым разрядом через активную технологическую среду между обрабатываемой поверхностью детали и электродом, подключенным к высоковольтному источнику постоянного тока, на поверхностный слой детали воздействуют дуговым разрядом от высоковольтного источника постоянного тока под отрицательным потенциалом 6-10 кВ с частотой 40-120 Гц, который направляют под углом 90° от электрода к обрабатываемой поверхности детали через струю воды диаметром 1-3 мм и дистанционным зазором между электродом и обрабатываемой поверхностью детали 2-10 мм, и создают в поверхностном слое детали конусообразные проплавления мелкозернистой структуры глубиной до 300 мкм и диаметром основания 0,2-0,5 мм, после чего осуществляют механическую обработку поверхности детали.

Конусообразные проплавления с мелкозернистой структурой могут быть созданы за 1-3 прохода при скорости равномерного перемещения детали 5-20 мм/с относительно электрода и струей воды, вытекающей со скоростью 0,1-20 м/с из торца электрода.

На чертеже изображена схема устройства для осуществления предложенного способа.

Обрабатываемую деталь 1, например вал тормозной рычажной передачи, закрепляют в патроне 2 обычного токарного станка, создавая на ее рабочей поверхности область 3 высокого разряда, формируемого в процессе обработки между высоковольтным электродом 4, в качестве которого использован катод, и обрабатываемой деталью 1, при этом катод пропущен через изолятор 5 высоковольтного электрода, имеющий трубку 6 подачи жидкости.

Устройство смонтировано на суппорте 7 станка и закреплено с возможностью вращения обрабатываемой детали 1 в переднем конусе 8 и конусе 9 задней бабки токарного станка.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

На обрабатываемую поверхность детали 1 воздействуют импульсным электрическим дуговым разрядом от высоковольтного источника постоянного тока. Высоковольтный импульсный электрический дуговой разряд, возникающий с частотой 40-120 Гц вдоль струи активной технологической диэлектрической среды (воды) в дистанционном зазоре между катодом (электродом 4) и обрабатываемой поверхностью детали 1, длящийся в течение 10-2500 мс и выделяющий энергию 5-60 Дж, моментально разрушает как струю, так и себя. Струя через 6-25 мс вновь самовозобновляется и тут же вдоль нее происходит новый импульсный высоковольтный дуговой электрический разряд.

Воздействие на обрабатываемую поверхность детали 1 единичным периодическим электрическим дуговым разрядом от высоковольтного источника постоянного тока заявляемым способом позволяет, например, за 1000 мс при скорости 10°C/с разогреть точечный микроучасток поверхностного слоя детали 1 до температуры 1400-1450°C в зоне разряда и проплавить в поверхностном слое детали 1 на глубину от 5 до 300 мкм «точечный столбик» - микроячейку столбчатой формы с диаметром основания 0,2-0,5 мм. В результате высокоскоростного температурного расширения возникают громадные ударные силовые волны с давлением 10 Па, обеспечивающие пластическое деформационное упрочнение металла поверхностного слоя детали 1, а при возникновении резонансных явлений и более глубоких (до 5 мм) слоев металла. При этом происходят перемешивание расплава, его поверхностное насыщение кислородом, углеродом и азотом из окружающей ионизированной среды, в том числе за счет диализа воды, и последующее моментальное твердение за счет интенсивного теплообмена с холодной массой детали 1 (со скоростью снижения температуры 10°C/с). В сталях перлитного класса и особенно в титановых сплавах в результате скоростной перекристаллизации в «точечном столбике» образуются высокопрочные с высоким коэффициентом твердости зачаточные микроскопических размеров 1-7 мкм столбчатые кристаллы и дендритные кристаллиты с включением оксидов, карбидов и нитридов, что повышает прочность, твердость, износоустойчивость материала детали 1.

Наружная торцевая поверхность затвердевшего «точечного столбика» представляет собой усадочное углубление-кратер конусообразной формы, имеющий, в зависимости от величины дистанционного зазора (2-10 мм) между катодом и деталью 1, диаметр у основания 0,2-0,5 мм, глубину от 5 до 300 мкм. При этом чем больше дистанционный зазор, тем больше диаметр основания конусообразного кратера и тем меньше глубина измененной структуры - «точечного столбика» в поверхностном слое детали 1. При неизменяемых режимах обработки все кратеры имеют одинаковый диаметр.

Таким образом, за 1-3 прохода (т.е. полных оборота детали 1 вокруг своей оси при ее вращении в переднем конусе 8 и конусе 9 задней бабки токарного станка) создают в поверхностном слое детали 1 равномерно распределенную множественно-микроячеистую топологическую структурную решетку типа «кольчуги», имеющей твердость поверхностного слоя большей, чем при объемной закалке детали. В результате образования в массиве металла поверхностного слоя детали 1 множества перпендикулярных к обрабатываемой поверхности отдельных и/или соприкасающихся и/или перекрывающих друг друга высокопрочных, перекристаллизованных микрокристаллических «точечных столбиков» он стал обладать наряду с высокой прочностью и твердостью еще и возросшей пластичностью, которая наблюдается и в более глубоком поверхностном слое детали 1. Обработка практически не ухудшает морфологические качества поверхности и не изменяет конфигурацию и размеры детали 1.

Далее осуществляют механическую обработку поверхности детали 1, в качестве которой используют обкатку или шлифовку. Полученные в результате заявленной обработки физическая структура поверхностного слоя изделия и физико-механические характеристики сохраняются в течение многих лет, повышая тем самым срок эксплуатации детали.

Заявляемый способ характерен локальной направленностью, что также делает его во многих случаях более предпочтительным, эффективным и экономичным по сравнению с известными способами, и может осуществляться без использования ванн и герметичных камер.

Заявляемый способ обеспечивает возможность обработки, как отдельных деталей, так и в сборке с другими изделиями, в любом положении их в пространстве, в любых условиях, любой длины (например, от металлообрабатывающих резцов до рельсов, уложенных на железнодорожных путях), любой формы и конфигурации (например, от железнодорожных колес до турбинных лопаток и крыла самолета). Обработке могут быть подвергнуты как наружные, так и внутренние поверхности детали. Обработка может быть одним из последних и, даже, последним звеном в технологической цепи изготовления изделия, в том числе в автоматизированном цикле серийного производства.

Другой характерной особенностью заявляемого является высокая эффективность сочетания электродуговой обработки с последующей за ней операцией механической обработки поверхности детали (поверхностной пластической деформацией). Микротвердость предварительно обработанного электрическими дуговыми разрядами участка поверхности детали дополнительно увеличивается на 28%.

На опытной механизированной установке была проведена обработка ряда изделий (деталей) с использованием различных заявленных режимов из следующих марок сталей: Ст 20, Ст 45, М 76, У 8, 12Х18Н10Т, ЗОХЗНМАФ, 45ХН2МФА и титановых сплавов: ВТЗ-1, ОТ4-1, ВТ6 и ВТ18У. В процессе обработки изделий на катод (электрод 4) подавали постоянный электрический отрицательный потенциал 2-10 кВ. Дуговой разряд направляли под углом 90° от электрода к обрабатываемой поверхности детали через струю воды диаметром 1-3 мм, вытекающей со скоростью 0,1-20 м/с из торца электрода. Частота периодических разрядов составляла 40-120 Гц. Плотность разрядов при одном проходе составляла 6-25 на 1 мм поверхности детали. Дистанционные зазоры между обрабатываемой поверхностью изделия и электродом устанавливали равными 2, 3, 4, 6, 8, 10 мм. Линейные скорости равномерного поступательного или вращательного перемещения катода или детали относительно друг друга устанавливали равными 5, 10, 15, 20 мм/с.

Обработка заявленным способом образцов из сталей аустенитного класса и из таких металлов, как алюминий, медь, цинк увеличивает их пластические свойства: относительное удлинение на 22%, относительное сужение на 61%, что обеспечивает упрощение и удешевление последующих обработок образцов давлением, резанием, шлифовкой и протяжкой и исключает хрупкость и образование трещин.

Далее приведен пример конкретного осуществления заявленного способа.

Было осуществлено упрочнение рабочей поверхности детали из сплава ВТ6. На катод (электрод 4) был подан отрицательный потенциал 8 кВ. Дуговой разряд был направлен с частотой 85 Гц под углом 90° от электрода к обрабатываемой поверхности детали через струю воды диаметром 2 мм, вытекающей со скоростью 11 м/с из торца электрода. Дистанционный зазор между обрабатываемой поверхностью изделия и электродом установили равным 4 мм. Линейную скорость равномерного вращательного перемещения детали относительно катода установили 10 мм/с. Плотность разрядов при одном проходе составила 10 на 1 мм поверхности детали. В результате в поверхностном слое детали была создана равномерно распределенная микроячеистая топологическая структура: конусообразные проплавления мелкозернистой структуры глубиной 200 мкм и диаметром основания 3,5 мм.

После приведенной выше обработки поверхности образца из титанового сплава ВТ6 электрическими дуговыми разрядами была проведена обкатка его поверхности стальным закаленным роликом диаметром 70 мм и профильным радиусом 5 мм при нагрузке 200 кг на токарно-винторезном станке с однороликовым прижимным обкатником при частоте вращения образца 180 об/мин и подаче при обкатывании 0,144 мм/об. Образец подвергался обкатке в два прохода.

В результате обработки заявляемым способом получили деталь, обладающую повышенной твердостью и прочностью поверхностного слоя, а также увеличилась пластичность слоев металла.

Таким образом, использование заявленного способа упрочнения поверхности стальных деталей позволяет получить высококачественные детали с повышенной износостойкостью, надежностью и долговечностью в условиях воздействия маскимальных и циклических нагрузок, в том числе ударных и знакопеременных в сочетании с трением, при этом, в частности, исключаются заедания в парах трения и резьбовых соединениях и, как следствие, существенно увеличивается ресурс работы деталей.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 436.
20.08.2013
№216.012.6194

Способ оценки технического состояния конусов и устоев железнодорожных мостов в сложных гидрогеологических условиях (варианты)

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля технического состояния конусов и устоев железнодорожных мостов и может быть использовано для контроля и диагностики конусов и устоев мостов. Проводят анализ проектной и нормативной документации моста, устанавливают критерии устойчивости,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490612
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.63d9

Способ интервального регулирования движения поездов на перегоне с автоблокировкой и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Способ интервального регулирования движения поездов на перегоне с автоблокировкой заключается в том, что принятые на локомотиве сигналы аппаратуры рельсовых пеней контролируют на достоверность, формируют и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491198
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.08.2013
№216.012.63da

Способ интервального регулирования движения поездов и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Способ интервального регулирования движения поездов заключается в том, что проводят поезд с малой скоростью по участку с неисправными путевыми устройствами. При успешном прохождении разрешают последующим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491199
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.6741

Способ диагностирования тормозной магистрали подвижного состава (варианты)

Изобретения относятся к железнодорожному транспорту, в частности к способам диагностирования тормозной магистрали подвижного состава в движении поезда или пунктах технического осмотра с целью определения места самопроизвольного срабатывания тормозов. Способ по первому варианту заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492080
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.674b

Станционное устройство для системы регулирования движения поездов

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Станционное устройство для системы регулирования движения поездов содержит блок управления, связанный с устройствами систем автоматической блокировки и электрической централизации, радиомодем и приемник спутниковой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492090
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a78

Способ регулирования температуры газа в системе топливоподачи газотурбовозов

Изобретение относится к энергетике. Способ регулирования температуры газа в системе топливоподачи газотурбовозов, заключающийся в том, что криогенное жидкое топливо из криогенной емкости нагревают и испаряют в теплообменнике-газификаторе, обогреваемом за счет тепла отработавших газов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497014
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7b1a

Централизованная интегрированная система информирования пассажиров, оповещения работающих на железнодорожных путях и станционной парковой связи

Изобретение относится к системе связи, преимущественно системе связи и оповещения на железнодорожном транспорте, и может быть использовано для информирования пассажиров и оповещения работающих на железнодорожных путях станций, перегонов и управления эксплуатационной работой станций. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497176
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7b25

Система цифровой оперативно-технологической связи железнодорожного транспорта

Изобретение относится к технике цифровой связи и может найти применение на железнодорожном транспорте для организации оперативно-технологической связи работников, организующих движение поездов. Технический результат в оптимизации канальных ресурсов первичных сетей оперативно-технологической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497187
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7d1e

Способ управления движением поезда по некодируемым станционным путям и система для его использования

Группа изобретений относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Способ управления движением поезда по некодируемым станционным путям включает передачу информации о номере маршрута движения поезда от поездного диспетчера в бортовую ЭВМ локомотива. С микроЭВМ устройств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497703
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7d1f

Устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Устройство контроля за управлением поезда и бдительностью машиниста содержит взаимосвязанные между собой блок контроля безопасности, усилитель, электропневматический клапан, модули центральной обработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497704
Дата охранного документа: 10.11.2013
Показаны записи 1-10 из 10.
10.01.2013
№216.012.1a70

Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии

Изобретение относится к технике СВЧ, конкретно к области формирования импульсов СВЧ-энергии. Оно может быть использовано в системах питания электрофизической аппаратуры, например ускорителей заряженных частиц, и предназначено для повышения уровня выходной мощности. Устройство содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472260
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.10.2013
№216.012.76d3

Перспективный прицел

Изобретение относится к области прицельных приспособлений и касается механических прицельных приспособлений для спортивного, охотничьего, боевого огнестрельного, пневматического и иного стрелкового оружия и его имитаций. Перспективный прицел состоит из двух планок - планки-целика, находящейся в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496079
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.05.2014
№216.012.cb5a

Способ определения состояния продуктивного пласта импульсным нейтронным методом

Использование: для определения состояния продуктивного пласта импульсным нейтронным методом. Сущность изобретения заключается в том, что перемещают каротажный прибор по стволу скважины, генерируют импульсно-периодический поток быстрых нейтронов в скважине, осуществляют временной анализ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517824
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.11.2014
№216.013.053c

Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей

Изобретение относится к технологии восстановления изношенных поверхностей стальных деталей на основе самофлюсующихся сплавов, обладающих высоким сопротивлением абразивному изнашиванию, стойкости против коррозии и окисления в сочетании с отличными антифрикционными свойствами в широком интервале...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532738
Дата охранного документа: 10.11.2014
19.01.2018
№218.016.0775

Способ повышения нефтеотдачи пласта с высоковязкой нефтью

Изобретение относится к области промысловой геофизики и может быть использовано для интенсификации добычи тяжелой высоковязкой нефти. Заявлен способ повышения нефтеотдачи пласта с высоковязкой нефтью, при котором погружают в скважину снаряд, содержащий спиральную линию, с помощью которой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631451
Дата охранного документа: 22.09.2017
13.10.2018
№218.016.9183

Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания током ультразвуковой частоты индукционных нагревателей, акустических излучателей или иных индуктивно-резистивных нагрузок, расположенных внутри нефтяных скважин. Заявлен способ генерации сигнала на базе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669382
Дата охранного документа: 11.10.2018
09.05.2019
№219.017.4ced

Способ восстановления шеек стальных коленчатых валов

Изобретение относится к технологии ремонтного производства, в частности, к технологии восстановления шеек стальных коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. В способе осуществляют нанесение покрытия, которое состоит из последовательно наложенных друг на друга слоев композиционных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002385211
Дата охранного документа: 27.03.2010
09.05.2019
№219.017.4d49

Способ термической обработки сварных стыков рельсов

Изобретение относится к термической обработке сварных соединений, например сварных стыков рельсов, и может быть использовано на железнодорожном транспорте в составе путевых рельсосварочных машин при производстве сварочных работ в пути. В способе термической обработки сварных стыков объемно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002371535
Дата охранного документа: 27.10.2009
19.06.2019
№219.017.894f

Способ обнаружения и идентификации скрытых опасных предметов

Использование: для обнаружения и идентификации скрытых опасных предметов. Сущность заключается в том, что образуют и модулируют поток нуклидов водорода, ускоряют их к мишени, генерируют нейтроны на мишени, облучают нейтронами объект контроля, регистрируют гамма-кванты радиационного захвата или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002427827
Дата охранного документа: 27.08.2011
07.03.2020
№220.018.0a50

Модуль типовых авиационных интерфейсов

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет возможности подключения к оптическим или медным линиям связи для обмена данными по сети AFDX, Ethernet и возможности подключения мезонинов с набором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716033
Дата охранного документа: 05.03.2020
+ добавить свой РИД