Результат интеллектуальной деятельности: Способ гидродробеструйного упрочнения деталей

Изобретение относится к методам механической обработки, а именно к способам поверхностного пластического упрочнения деталей машин.

Известен способ гидродробеструйного упрочнения [1]. Этот способ влияет на распределение остаточных напряжений в упрочненной детали: на величину и знак остаточных напряжений на поверхности, их распределение по глубине упрочненного слоя и на шероховатость обработанной поверхности. Известны различные способы упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. Способ гидродробеструйного упрочнения (ГДУ) состоит в том, что закаленные стальные шарики из стали ШХ15 с помощью рабочей жидкости (например, трансформаторного масла), эжектируются на обрабатываемую поверхность и обеспечивают повышение прочностных свойств обрабатываемой детали [1] Диаметры используемых шариков равны 1,3 мм, 1,589 мм, 2 мм, 2,381 мм, 3 мм и др.

Недостатком этого способа является необходимость применения для упрочнения шариков относительно большого диаметра (2…3 мм) для формирования нужного распределения сжимающих остаточных напряжений на нужной глубине, при этом с увеличением диаметра шариков ухудшаются параметры шероховатости обработанной поверхности.

В работах [2,3] показаны методы расчета распределения остаточных напряжений в упрочненном слое детали. В зависимости от нужного распределения остаточных напряжений в подповерхностном слое: толщины слоя со сжимающими напряжениями, положением и величиной максимума сжимающих остаточных напряжений, назначаются режимы обработки: давление рабочей жидкости (0,4…0,6 Мпа) и время обработки (1...3 мин).

Известно, что существует возможность управления распределением остаточных напряжений и шероховатостью при гидродробеструйной обработке, получены дифференциальные уравнения для расчета остаточных напряжений [2,3]. Подтверждается также возможность управлять распределением остаточных напряжений, точностью и шероховатостью при поверхностном пластическом деформировании с использованием расчетных методик режимов упрочнения, показан необходимый режим для формирования рекомендованных чертежом детали остаточных напряжений, последующие проходы не влияют на распределение остаточных напряжений, а лишь улучшают шероховатость обработанной поверхности.

Технической задачей предполагаемого изобретения является упрочнение поверхности деталей и обеспечение требований ее качества (распределения остаточных сжимающих напряжений в упрочненном слое и шероховатости поверхности) при гидродробеструйном упрочнении.

Техническая задача решается за счет того, что способ гидродробеструйного упрочнения деталей, при котором шарики с помощью рабочей жидкости эжектируются на обрабатываемую поверхность, состоит в том, что, согласно изобретения, упрочнение выполняют на двух установках для гидродрубеструйного упрочнения в два технологических перехода с использованием шариков разных диаметров из закаленной хромоуглеродистой стали, причем первый переход осуществляют на первой установке шариками с диаметрами D, равными 2-3мм, подаваемыми под давлением масла 0,4 МПа, со скоростью 6 м/c, в течение 3 мин; затем осуществляют второй переход на второй установке шариками с диаметрами d, меньшими 2мм, подаваемыми под давлением масла 0,45 МПа, со скоростью 10 м/c, в течение 2 мин.

Согласно предлагаемому способу упрочнение поверхности деталей рекомендуется выполнять на установках для гидродробеструйного упрочнения в два технологических перехода:

- на первом технологическом переходе выполняется гидродробеструйное упрочнение шариками относительно большого диаметра D, (например, D=3 мм) для формирования рекомендованного технологией (чертежом детали) распределения сжимающих остаточных напряжений в подповерхностном слое упрочняемой детали, выполняемых при соответствующем давлении рабочей жидкости и времени обработки;

- на втором технологическом переходе для улучшения шероховатости упрочненной поверхности гидродробеструйная обработка выполняется шариками меньшего диаметра d меньше 2 мм (например, диаметром d=1,3 мм), пластически деформируются микронеровности от первого технологического перехода, что практически не влияет на ранее достигнутое на первом технологическом переходе обработки подповерхностное распределение остаточных напряжений, режимы обработки.

- На основании опытных данных установлено, что большой диаметр D шариков для первого технологического перехода равен 2-3 мм, больший диаметр ограничен особенностями макрорельефа обрабатываемой поверхности.

- Относительно размера малого диаметра d шариков, можно использовать соотношение: d меньше 2мм.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Для осуществления изобретения в два технологических перехода используют две установки для гидродробеструйного упрочнения, например, каждая из которых содержит камеру для упрочнения, сопло-эжектор, бак с маслом, насосную установку [4].

Для проведения гидродробеструйного упрочнения детали из стали 12ХН3А ее помещают в камеру для упрочнения, включают привод первой установки и осуществляют ГДУ на первом технологическом переходе, которому соответствуют следующие расчетные режимы: материал шариков - закаленная хромоуглеродистая сталь ШХ15 ГОСТ 3722-81, твердость 62…64 HRC, (которые применяются в шарикоподшпниках), диаметр шариков D=3 мм давление масла 0,4 МПа, время обработки 3 мин.

Затем деталь извлекают из камеры первой установки и помещают во вторую аналогичную установку для осуществления ГДУ на втором технологическом переходе, которому соответствуют следующие расчетные режимы: диаметр шариков из хромоуглеродистой стали ШХ15 d=1,3 мм, давление масла 0,45 МПа, время обработки 2 мин.

В результате получаем деталь с заданным распределением остаточных напряжений в ее подповерхностных слоях, имеющую поверхность с хорошим качеством шероховатости, обладающую упрочненной поверхностью с повышенной усталостной прочностью.

Способ имеет практическое применение для упрочнения деталей типа валов, осей, зубчатых колес и других деталей различной конфигурации, не доступной из-за конфигурации другим методам упрочнения.

Список использованной литературы.

1. В.В. Петросов. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. - М. Машиностроение, 1977.- 168с.

2. Мазеин, П.Г. Моделирование формирования остаточных напряжений и деформаций при поверхностном пластическом деформировании стальных деталей / П.Г. Мазеин//Докт. дисс.- Челябинск, 1994. - 413с.

3. Effect of Shot Size in Surface Improvement via Shot Peening; Analytical, Modeling and Experimental Approaches,2019//Y Prawoto1*, PG Mazein1, AV Kosterin1 and Z Ahmad2/International Journal of Metallurgy and Metal Physics 2019,4:033.

4. Патент РФ №186267 на полезную модель Установка для ГДУ. П.Г. Мазеин, В.С. Столяров, Д.В. Беликов.04.04.2018.