Инструмент для фрикционной поверхностной закалки детали

Полезная модель относится к области технологии машиностроения и может быть использована для поверхностной закалки деталей.
Известен способ упрочняющей обработки выглаживанием заготовки с наноструктурированием ее поверхностного слоя, включающий движение выглаживателя с индентором по поверхности механически обработанной заготовки с установленными нагрузкой и скоростью. Используют индентор с цилиндрической формой заточки, выполненный из мелкодисперсного кубического нитрида бора, при этом осуществляют многократные проходы выглаживателя по заготовке с принудительным охлаждением рабочей зоны сухим воздухом или инертным газом (патент RU №2458777).
Недостатком способа является низкая производительность процесса упрочнения из-за необходимости осуществления многократных проходов и недостаточная глубина упрочненного слоя.
Известен способ упрочнения поверхности деталей обработкой трением с перемешиванием вращающимся инструментом, включающий движение инструмента по поверхности механически обработанной заготовки с установленными нагрузкой и скоростью. Упрочнение поверхности производят вращающимся инструментом, содержащим корпус и рабочий стержень, вдавленный с силой в поверхность обрабатываемой детали, по траектории, обеспечивающей обработку всей поверхности, с подачей инструмента равной или меньшей диаметра нижней части рабочего стержня, высота которого равна 0,8…0,9 глубины упрочняемого слоя (патент RU №2595191).
Недостатком способа является необходимость применения специального оборудования для создания значительного усилия прижима инструмента к детали и высокой скорости вращения для обеспечения нагрева поверхностного слоя до температуры аустенизации.
Наиболее близким является выглаживающий инструмент со сменной поворотной пластиной-индентором, содержащий корпус с цилиндрическим отверстием, в котором винтом зафиксирована державка с установленной внутри пружиной, регулируемой винтом, установленным в отверстии корпуса. Инструмент снабжен выступающей площадкой, имеющей треугольную форму и гнездо, выполненное под углом α=1…3° к оси державки, при этом сменная поворотная пластина-индентор выполнена из сверхтвердого инструментального материала, имеет клиновидную форму рабочей поверхности, установлена в упомянутом гнезде и зафиксирована жестко прижимом и винтом (патент №181225).
Недостатком инструмента является то, что он не может обеспечить высокую мощность тепловыделения из-за малой площади контакта необходимого для аустенизации обрабатываемого материала.
Для устранения указанного недостатка предлагается инструмент для фрикционной закалки поверхности детали, содержащий корпус с цилиндрическим отверстием, в котором установлена державка, пружина, регулируемая винтом, установленным в отверстии корпуса. В державке выполнено отверстие, в котором закреплен цилиндрический рабочий стержень из жаропрочного материала, который имеет в сечении П-образную форму основания.
Фрикционную закалку поверхности детали производят вращающимся инструментом, рабочий стержень которого прижат силой пружины к обрабатываемой поверхности и обеспечивает разогрев контактной поверхности фрикционным теплом. Нагревание материала до температур закалки приводит к образованию аустенитной структуры и ее последующего распада на мартенсит при охлаждении за счет смещения в направлении подачи, перпендикулярном оси инструмента. Закалка осуществляется за один проход с шириной поверхностного слоя, определяемой диаметром стержня инструмента. Заданная траектория движения и подача инструмента обеспечивают обработку всей требуемой поверхности детали. Цилиндрический рабочий стержень с основанием П-образной формы в сечении из жаропрочного материала (карбид вольфрама с рением или керамика) позволяет обеспечить большой ресурс инструмента за счет повышения стойкости инструмента при контактной температуре 1100…1400°С и снижения отвода тепла в инструмент.
На фиг. 1 показан инструмент для фрикционной закалки поверхности детали в разрезе. На фиг. 2 - общий вид инструмента для фрикционной закалки поверхности детали.
Инструмент содержит корпус 1 с цилиндрическим отверстием, в которое вставлена державка 2, в которой закреплен цилиндрический рабочий стержень 3 из жаропрочного материала (карбида вольфрама с рением или керамики) с основанием П-образной формы в сечении. В корпусе 1 установлена пружина 4 для создания нагрузки на инструмент в диапазоне от 500Н до 5000Н, регулировочный винт 5, в паз 6 корпуса установлен штифт 7, фиксирующий положение державки 2 в корпусе 1. Стержень 3 закреплен в державке 2 винтами 8. В корпусе 1 установлены уплотнения 9 и 10.
Плоскую заготовку детали прямоугольной формы из стали 20X13 в состоянии поставки обрабатывали на многоцелевом фрезерном центре МА-600 фирмы OKUMA чистовым фрезерованием. Следующим переходом без снятия заготовки выполнялась закалка поверхности вращающимся инструментом, рабочий стержень которого выполнен из твердого сплава ВК6-ОМ диаметром 10 мм. Корпус 1 вращающегося инструмента подводили к поверхности обрабатываемой детали, прижимали с силой Р=3500 Н, создаваемой пружиной 4, сообщали ему вращательное движение (4000 об/мин) и скорость движения (125 мм/мин). Закалку поверхности выполняли по заданной траектории. Микротвердость исходного материала составляла HV 190. После упрочнения поверхности микротвердость составляет HV 680. Измерения микротвердости проводились по всей обработанной поверхности индентором Виккерса при нагрузке 50 г (0,5Н) на микротвердомере ecoHARD ХМ1270С.
Применение предлагаемого инструмента позволит увеличить микротвердость в 3-4 раза и получить поверхность с высокими прочностными свойствами - мартенситную структуру поверхности с глубиной упрочненного слоя до 0,7 мм.