Способ изготовления деталей сложного и периодического профиля

Способ изготовления деталей сложного и периодического профиля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к способам изготовления деталей машин и инструментов периодического профиля, получаемых методами электродуговой наплавки в среде защитных газов, и может быть использовано в авто-, судо-, станкостроении. Цель изобретения - повышение качества изделий сложного и периодического профиля и увеличение срока служ бы инструмента за счет исключения контакта инструмент - деталь. Для получения на поверхности наплавленных деталей элементов сложного, и периодического профиля используют формообразующий рабочий инструмент , на который перед формообразованием крепят промежуточный элемент из листового материала. Затем формообразующий элемент внедряют в расплавленную хвостовую часть ванны на расстоянии диаметра катодного пятна от оси дуги. После кристаллизации расплава в месте формообразования инструмент отделяют от триметаллических деталей. Способ позволяет повысить стойкость формообразующего инструмента за счет отсутствия налипания наплавляемого металла и сплавления его с инструментом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

П9) (! 1) (sI)s В 23 К 9/04, 103:04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4656159/27 (22) 28.02.89 (46) 30.05.91. Бюл. N 20 (71) Саратовский политехнический институт (72) Ю,H.Êàçàêîâ и А.А.Казинский (53) 621.791.92(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1320026, кл. В 23 К 9/04, 1985, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

СЛОЖНОГО |4 ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам изготовления деталей машин и инструментов периодического профиля, получаемых методами электродуговой наплавки в среде защитных газов, и может быть использовано в авто-, судо-, станкостроении, Цель изобретения — повышение качества изделий сложного и периоИзобретение относится к машиностроению, а именно к способам формообразования рабочих элементов деталей машин и инструментов периодического профиля, получаемых методами электродуговой наплавки в среде защитных газов, и может быть использовано в авто-, судо-, станкостроении для производства заготовок деталей машин и инструментов с наплавленными рабочими элементами, Цель изобретения — повышение качества изделий сложного и периодического профиля и увеличение срока службы инструмента путем исключения контакта инструмент — деталь.

На чертеже показана схема расположения инструмента 1, промежуточного элемента 2, электрода 3, заготовки 4 во время дического профиля и увеличение срока службы инструмента за счет исключения контакта инструмент — деталь, Для получения на поверхности наплавленных деталей элементов сложного. и периодического профиля используют формообразующий рабочий инструмент, на который перед формообразованием крепят промежуточный элемент из листового материала. Затем формообразующий элемент внедряют в расплавленную хвостовую часть ванны на расстоянии диаметра катодного пятна от оси дуги, После кристаллизации расплава в месте формообразования инструмент отделяют от триметаллических деталей. Способ позволяет повысить стойкость формообразующего инструмента за счет отсутствия налипания наплавляемого металла и сплавления его с инструментом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. формообразования требуемой поверхности в хвостовой части ванны 5.

Для получения на поверхности наплавленных деталей элементов сложного и периодического профиля используют рабочий инструмент, на который перед формообра- C) зованием крепят промежуточный элемент, (д) выполненный из листового материала и об- 0 легающий рабочую часть инструмента, толщину промежуточного элемента выбирают равной а=к 2"" 3

3 сy VH где F<.3. — площадь контакта промежугочного элемента с расплавом ванны, см;

il — коэффициент теплопроводности материала основы, кал/см с С; с y — удельная объемная теплоемкость материала основы, кал/см С;

1652036

10

Чн — скорость наплавки, см/с;

К вЂ” коэффициент пропорциональности (равный для стального промежуточного элемента 0,2 см, для бронзового 0,3 см, для алюминиевого 0,4 см

Затем инструмент внедряют в расплвленную хвостовую часть ванны на расстоянии диаметра катодного пятна от оси дуги, после кристаллизации расплава в месте формообразования инструмент отделя ют от промежуточного элемента, а по окончании процесса деталь механически обрабатывают, Промежуточный элемент представляет собой деталь, выполненную из дешевого, легко обрабатываемого листового металла или полученную методами порошковой ме, таллургии толщиной д, и имеет поверхность, обращенную к расплаву, в точности соответствующую поверхности рабочего элемента детали, которую необходимо получить на данном участке детали. Соответственно, формообразующий инструмент имеет поверхность, эквидистантную поверхности формообразующего рабочего элемента детали и отстоящую от нее на расстоянии д.

Перед внедрением формообразующего инструмента в расплав хвостовой части ванны для получения поверхности детали промежуточный элемент закрепляют на формообразующей поверхности инструмента путем легкой напрессовки или приклеивания. После этого инструмент с промежуточным элементом внедряют в расплав хвостовой части ванны, Здесь происходит вытеснение расплава, а промежуточный элемент начинает нагреваться, отбирая тепло от расплава и одновременно предотвращая нагрев инструмента. Далее происходит частичное или полное сплавление промежуточного элемента и наплавки по поверхности контакта, но за счет толщины д промежуточного элемента не.происходит его полного расплавления, Удаление дуги от места формообразования, переход тепла расплава в тело промежуточного элемента и другие виды теплоотдачи приводят к быстрой кристаллизации расплава в месте формообразования, после чего инструмент с усилием отделяют от промежуточного элемента, материал которого остается на поверхности детали, Последующей механической обработкой с поверхности детали удаляют материал промежуточных элементов и доводят поверхностьдо требуемых размеров, В процессе формообразования инструмент необходимо располагать на расстоянии L от оси электрода, исключающем переход дуги на формообразующий инструмент, и принима25

55 ют его равным диаметру катодного пятна дуги, который вычисляется по формуле

1 = 3,46 ds/ /К1, (1) где d> — диаметр электрода, мм;

К1 — коэффициент сосредоточенности, для наплавки в среде защитных газов, равный 6, Условие необходимости внедрения формообразующего инструмента с промежуточным элементом только в расплав ванны записывается формулой, определяющей требуемую длину ванны 4р.

lsr = O F. b + L (2) где O и Ь вЂ” габаритная высота и ширина формообразующего элемента поверхности детали в продольном сечении; е — отношение длины ванны за электродом 4х к сумме глубины проплавления h p и высоты наплавленного слоя ОН, Длину ванны, соответствующую заданным режимам, определяют

lsx = ч/2 70 22б Тол, (3) где q — эффективная тепловая мощность дуги {ВА);

1 — теплопроводность материала основы, кал/см с С;

Т» — температура плавления материала основы, С.

Значение lsx сравнивают с требуемым !

8т и, если lsx < lsT, то снова производят расчет, но уже по увеличенным режимам до тех пор, пока не наступит хотя бы равенство между lsx и ls . Ток и напряжение, назначенные в последний раз, устанавливают при оаботе. По току наплавки назначают скорость подачи электрода Ч,, а затем — скорость наплавки Чн, исходя из равенства объемов наплавляемого металла и формообразуемых элементов детали на базовой длине заготовок.

Требуемую для качественного формообразования толщину промежуточного элемента, обеспечивающую сплавление его с расплавом и целостность самого формообразующего инструмента, определяют по эмпирической формуле.

В результате проведения экспериментов по формообразованию с промежуточными элементами при наплавке сталей на стали, цветных металлов на стали получено значение коэффициента для стальных элементов К = 0,2 IcM ), длв бронзовых элементов

К=О,З(см )для алюминиевых К=0,4(см ), при токах наплавки 100 — 600 А и скоростях наплавки VH = 5 — 25 м/ч. При этом формообразование качественное. Способ позволяет получить триметаллическую леталь.

1652036

При формообразовании рабочих элементов происходит сплавление промежуточного элемента с расплавом по поверхности контакта, при этом получается триметаллическая деталь. Материал промежуточного элемента подбирают так, что его механические свойства наилучшим образом удовлетворяют эксплуатационным условиям, в этом случае не удаляют материал элементов с поверхности детали, а лишь проводят чистовую механическую обработку. Способ получения триметаллических деталей испольэ,ют для повышения эксплуатационных свойств детали и экономит дефицитные материалы основы и наплавки. При формообразовании промежуточный э емент изготавливают так. что его поверхность, обращенная к инструменту, соответствует требуемой на участке ф".ðìîîáðàçîâàíèÿ поверхности детали с припуском на механическую обработку. Наиболее частые сочетания . основа — дешевый материал, материал наплавки создает сердцевину рабочего элемента, способную работать на изгиб, а тонкий поверхностный слой из материала промежуточных элементов может эффективно работать в условиях износа.

При уменьшении начальной температуры промежуточного элемента потребуется больше тепла для прогрева его до температуры плавления, а значит, уменьLLlèòcÿ необходимая толщина д элемента, обеспечивающая надежное формообразование. По этому понижение на альной температуры элемента повышает эффективность процесса формообразования за счет уменьшения объема механической обработки при снятии материала элементов с поверхности детали.

Понижения начальной температуры элементов добиваются охлаждением их в холодильных устройствах.

С целью экономии дефицитных материалов промежуточные элементы изготавливают из дешевых материалов, а затем после окончания процесса формообразования полностью удаляют промежуточные элементы с поверхности детали мехобработкой, Способ реализуется следующим образом, Предварительно изготавливают обработкой металла давлением промежуточные элементы. На заготовке детали начинают процесс наплавки на режимах, полученных в расчете, одновременно промежуточный элемент легко напрессовывают на формообразующий инструмент, который затем внедряют в расплав хвостовой части ванны на требуемую глубину в заданном месте на время формообразования, а затем инстру20 готовкой под наплавку служит прокат 22х

45

50 г, 10 мент отделяют от промежуточного элемента и выводят на позицию формообразования нового рабочего элемента. После этого цикл повторяется вновь, Наплавленную таким образом деталь обрабатывают механическими способами, снимая с поверхности детали материал промежуточных элементов.

Если требуется получение триметаллической детали, то предварительно подбирают материал промежуточных элементов, удовлетворяющий эксплуатационным условиям, и после наплавки детали осуществляют лишь чистовую механическую обработку ее поверхности. Для повышения эффективности формообразования перед напрессовкой на инструмент промежуточные элементы охлаждают в холодильном устройстве, Пример. Формообразование зубьев протяжки 2405 — 1126 П ГОСТ 18217-80. Зах30х 991 мм. Наплавку ведут проволокой

НП40 2Г2М диаметром 2 мм в среде защитных газов с добавкой 15 — 20 вес. > феррохрома. Расплав удерживают медными кристаллизаторами. Промежуточные элементы изготавливают из ленты У8. Габа ритные размеры пуансона 1 в сборе с промежуточным элементом 2 определяются геометрией стружечной канавки с припуском на механическую обработку: Ь = 1,7 см, . h = 1,0 см. Для подсчета требуемой для формообразования длины ванны зададим ориентировочно режим наплавки,.исходя из условия стабильности и высокой производительности процесса: U = 26 В; = 300 А.

Количество электродов п задают равным двум, Тогда диаметр катодного пятна по формуле (1) равен

0,3 см.

3,46 0,2»

Эффективную тепловую мощность q вычислим по формуле

q=n .л„0,24. U, где к — КПД дуги, равный 0,8, т.е, q = 2 0,8. 0,24. 300 26 =2800 BA

Скорость подачи электрода Ч, для тока

300 А и электрода диаметром 2 мм равна

Vg = 180 м/ч = 5 см/с. Объем металла, наплавляемого за одну секунду равен: т /э !3 3,14 5 0,2 0 3 ч =- 2

4 2

=0,3 см .

Объем рабочего элемента на шаге t =

=24 мм равен 4,5.см по ГОСТ 18217-80.

Время прохождения электродом длины, равной шагу, определим по формуле

1652036

03 15 с.

Отсюда скорость наплавки

VH — = 0,16 см/с, 24

Длина ванны при назначенных режимах по формуле (3)

2800

2 3,14 0,08 1480 åõ е — „„=1,4, I» = h+ e+ Ь + 1 = 1 1,4+ 1,7+ 0 3 =

= 3,4см, Длина ванны ех больше требуемой Ьт, поэтому предварительно выбранные ре>кимы можно оставить неизменными, Для определения толщины промежуточного элемента определим F>,э, как

"п.э. = p S = 2,75 2 = 5,5 см, 2 где p — периметр стружечной канавки (2,75 см);

S — ширина заготовки под наплавку (4 см).

Тогда

0,2 2 5,5 0,08 — 0 26

3 1,44 0,16

Значение величин при расчете йе = 1,0 см;

Л= 0,08 кал/см .с С; q = 1,44 кал/см С при Т= 700 С, Для надежного формообразования при токе 300 А, напряжении 26 В, наплавке двумя электродами, скорости наплавки 5,67 м/ч, диаметре электрода 2 мм промежуточный элементдолжен бытьтолщиной 2,6 мм, Пропуск на последующую механическую обработку также равен 2,6 мм. Промежуточные элементы 2 внешней поверхностью по форме впадины стружечной канавки изготавливают из ленты У8 толщиной 2,6 мм.

Элемент напрессовывают на формообразующий инструмент 1 и внедряют в ванну

7 на расстоянии 8,6 мм от оси электрода 3 на 9,6 с, после чего выводят инструмент из ванны 7, и цикл повторяется вновь после продвижения инструмента 1 на 24 мм в направлении наплавки.

Предельный случай для заданных выше режимов наплавки, когда промежуточный элемент в совокупности с инструментом формообразует впадину прямоугольного сечения глубиной h = 1,0 см и шириной Ь1, определяется из формулы (2) с учетом завис и мости (3)

bi =-1ех — h.я — 1 =- 3,7 — 1,4 — 0,3 =2 см.

5 Площадь поверхности контакта

Рп.э.1 = (2 Ь + b1) S = (2 + 2) 2 =- 8см2, толщина промежуточного элемента в этом случае равна

2 80,08 д = 0,2 3 1 44.0 16 = 0,4 см.

Таким образом, способ позволяет получить триметаллические детали, повысить

15 стойкость формообразующего инструмента за счет отсутствия налипания наплавляемого металла и сплавления его с инструментом.

20 Формула изобретения

1, Способ изготовления деталей сложного и периодического профиля, при котором используют электродуговую наплавку в среде защитных газов, а в процессе наплав25 ки осуществляют одноразовое или многократное формообразование инструментом, который располагают за электродом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества и увеличения срока службы инстру30 мента путем исключения контакта инструмента — деталь, перед формообразованием на поверхность инструмента устанавливают промежуточный элемент из листового материала, при этом толщину промежуточного

35 элемента выбирают равной

2Р„,э Л

Зс) Ч, где Гл,3. — площадь контакта промежуточного элемента с расплавом ванны, см;

2.

il — коэффициент теплоп роводности материала основы, кал/см2 с С; с y — удельная обьемная теплоемкость материала основы, кал/см С;

3, 0

Чн — скорость наплавки, см/с;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, в процессе формообразования инструмент располагают в хвостовой части ванны на расстоянии диаметра катодного пятна дуги от оси дуги, после формообразования инструмент удаляют, а затем деталь механически обрабатывают, 2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса формообразования, промежуточные элементы предварительно охлаждают.

1652036

Составитель С. Мезенцева

Редактор M. Келемеш Техред М,Моргентал Корректор А. Осауленко

Заказ 1735 Тираж 531 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101