Способ получения резьбовых сегментов сборной быстросъемной гайки резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес
METHOD FOR PRODUCING THREADED SEGMENTS OF A PREFABRICATED QUICK-DETACHABLE NUT OF A THREADED CONNECTION OF A DEVICE FOR BALANCING AUTOMOBILE WHEELS

Способ относится к области высокоточной обработки деталей из легированных сталей и формированию на них специальных защитных покрытий. Может быть использован в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных сталей.
Одним из основных показателей качества балансировочных станков и их составляющих является их надежность. Наиболее распространенной причиной отказов составляющих балансировочных станков признана не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей в процессе эксплуатации их деталей и рабочих органов. Как правило, все разрушения деталей начинаются с разрушения их поверхностей.
Применение упрочняющих и защитных покрытий существенно повышает качество продукции в машиностроении, обеспечивает надежную работу узлов и деталей в тяжелых условиях эксплуатации оборудования, позволяет снизить материальные и энергетические затраты на эксплуатацию машин, уменьшить расход дорогостоящих конструкционных материалов.
Известен способ изготовления деталей из конструкционных сталей [1], включающий черновую механическую обработку, стабилизирующий отпуск, окончательную механическую обработку и двухступенчатое газовое азотирование с выдержкой в атмосфере аммиака сначала при температуре 510-515°С, затем при 540-545°С и последующее охлаждение. Окончательную механическую обработку проводят путем двухкратной чистовой механической обработки с промежуточным и окончательным отпуском в селитровой ванне при температуре 520-540°С в течение 0,25-0,5 ч, а двухступенчатое газовое азотирование деталей проводят в постоянном магнитном поле напряженностью 100-150 Э в течение 1-2 ч с последующим охлаждением со скоростью 20-30°С/мин.
Такой способ позволяет повысить твердость и износостойкость обработанных поверхностей, а также несколько снизить деформацию деталей при обработке. Недостатком способа-аналога является то, что при обработке таким способом происходят деформации длинномерной детали, требующие последующей механической обработки - правки и хонингования, что значительно ухудшает качество азотированного слоя.
Известен способ азотирования в плазме тлеющего разряда (патент РФ №2409700, кл. С23С 8/36, С23С 8/24, C21D 9/22, 20.01.2006), включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности и закалку, плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, силовые линии которого параллельны обрабатываемой поверхности, при этом электронное облако максимально локализовано у детали-катода.
Главным недостатком данного аналога является сложность его реализации и то, что с увеличением габаритов детали требуется увеличение размеров магнитной системы для получения достаточной индуктивности, что не всегда возможно.
2
3
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ азотирования деталей узлов трения скольжения с получением наноструктурированного приповерхностного слоя [3], включающий предварительную термообработку и последующее азотирование деталей, причем в нем согласно изобретению в качестве предварительной термообработки используют закалку при температуре 920-940°С, последующий высокий отпуск с нагревом до 600-650°С в течение 2-10 часов и удаление обезуглероженного слоя, затем проводят ионно-плазменное азотирование в диапазоне температур 500-570°С при напряжении на катоде 300-320 В, плотности тока 0,20-0,23 мА/см, при использовании в качестве газовой среды аммиака со степенью диссоциации от нуля до 80%, расходе аммиака до 20 дм/ч, давлении в камере при катодном распылении 1,3-1,35 Па, при насыщении 5-8 ГПа, при этом азотирование проводят в режиме циклического изменения температуры и степени диссоциации аммиака, при этом в первой половине цикла температура составляет 570°С при максимальном азотном потенциале, а во второй половине цикла температуру снижают до 500°С, при этом азотный потенциал снижают за счет увеличения степени диссоциации аммиака до 40-80%, при этом число упомянутых циклов должно быть не менее 10.
Недостатком способа-прототипа являются сложность реализации технологического процесса и невысокие функциональные возможности.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей, обусловленных повышением прочностных характеристик поверхностей, контактной долговечности и износостойкости стальных деталей.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения резьбовых сегментов сборной быстросъемной гайки резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес, включающем проведение объемной закалки и отпуска кольцевой заготовки резьбовых сегментов и ионно-плазменное азотирование поверхности резьбовых сегментов, согласно изобретению упомянутую заготовку резьбовых сегментов закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 25-30 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки с получением резьбовых сегментов и осуществляют ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов до получения защитного азотированного покрытия толщиной, равной половине толщины защитного азотированного покрытия стального резьбового вала указанного резьбового соединения, и твердостью в диапазоне 55-65 HRC, при этом упомянутая толщина защитного азотированного покрытия стального резьбового вала составляет 0,3-0,4 мм.
Достигаемым техническим результатом является повышение срока службы покрытия в условиях эрозии и коррозии.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Стальную заготовку, имеющую форму кольца, подвергают закалке с получением объемной твердости заготовки резьбовых сегментов в диапазоне 25-30 HRC и последующему отпуску. Далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку заготовки после термообработки. При высокоточной механической обработке, на ней в том числе, нарезается внутренняя резьба, а в последующем, заготовка разрезается на два резьбовых сегмента (фрезерная операция на станке с ЧПУ). После этого осуществляют ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов до получения защитного азотированного покрытия толщиной, равной половине толщины защитного азотированного покрытия стального резьбового вала указанного резьбового соединения, и твердостью в диапазоне 55-65 HRC, при этом упомянутая толщина защитного азотированного покрытия стального резьбового вала составляет 0,3-0,4 мм.
Сборная конструкция быстросъемной гайки имеет два резьбовых сегмента. В рабочем состоянии, для фиксации колеса при проведении балансировки на устройстве для балансировки автомобильных колес, внутренняя резьба резьбовых сегментов находится в непосредственном взаимодействии с наружной резьбой резьбового вала, усилие затяжки колеса производится вращением (доворотом) быстросъемной гайки до упора.
Для расфиксации колеса после проведения балансировки, быстросъемную гайку частично откручивают для снятия усилия в резьбовом соединении с резьбовым валом, а затем резьбовые сегменты шарнирно разводятся для быстрого снятия с резьбового вала, при этом витки внутренней резьбы резьбовых сегментов выходят из зацепления с наружной резьбой резьбового вала и быстросъемная гайка может быть снята без вращения.
Режимы термообработки:
- закалка - нагрев до температуры 870°С и выдержка в течение 1 часа на этой температуре, с охлаждением в воде температурой 20…30°С. Твердость после закалки HRC47…53.
- отпуск - нагрев до температуры 600°С и выдержка в течение 1,5 часов на этой температуре, с охлаждением в воде температурой 20…30°С. Твердость после отпуска HRC25…30.
Для получения различной объемной твердости на всю глубину заготовки резьбовых сегментов закаливают получая объемную твердость кольцевой заготовки резьбовых сегментов в диапазоне 25…30 HRc. На высокоточных станках с ЧПУ осуществляется чистовая, окончательная (высокоточная) механическая обработка закаленных заготовок сегментов.
Уже готовые точные детали сегментов подвергаются ионно-плазменному азотированию. Ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов проводят до получения покрытия толщиной, равной половине толщины покрытия резьбового вала и твердости, в диапазоне 55…65 HRc. Далее собирается сборная конструкция быстросъемной гайки, которая работает в паре с резьбовым валом.
Более высокая объемная твердость резьбового вала, в сравнении с твердостью резьбовых сегментов, а также увеличенная толщина слоя на резьбовом валу, в сравнении с толщиной слоя на резьбовых сегментах обеспечивает более высокую жесткость витков резьбового соединения на вале, а жесткость витков на резьбовых сегментах имеет возможность упругой деформации под профиль резьбы вала при высоких нагрузках во время зажима автомобильного колеса на резьбовом вале балансировочного устройства.
Ионно-плазменное азотирование резьбового вала проводится при рабочей температуре в диапазоне 530…540 градусов по Цельсию. При этом в результате азотирования создается нанокомпозитный поверхностный слой высокой твердости, без изменения геометрических размеров деталей.
Источники информации
1. Патент на изобретение RU 2250273, МПК7 С23С 8/26, опубл. 12.20.2002
2. Патент на изобретение РФ №2409700, кл. С23С 8/36, С23С 8/24, C21D 9/22, опубл. 20.01.2006
3. Патент на изобретение RU №2522872 МПК С23С 8/36, опубл. 20.07.2014