Способ упрочнения металлических закаленных шариков

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАКАЛЕННЫХ ШАРИКОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Алифанов Александр Викторович Лях Анатолий Александрович Алехнович Владимир Никифорович Амельянчик Евгений Станиславович Кривонос Юрий Иванович Лях Александр Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Способ упрочнения металлических закаленных шариков, включающий их сжатие в результате воздействия на них импульсным магнитным полем, отличающийся тем, что напряженность поля задают не менее 107 А/м, длительность импульсов - не более 0,001 с,а необходимое для упрочнения число импульсов выбирают из интервала от 1 до 5 с учетом заранее полученной зависимости указанного числа от диаметра шариков. Способ относится к области металлообработки, в частности к упрочнению металлических закаленных шариков в холодном состоянии отделочно-упрочняющей обработкой. Известен способ магнитного упрочнения инструмента и деталей машин - магнитоимпульсная обработка. Обрабатываемая деталь помещается в полость соленоида со стороны, например, северной полярности таким образом, чтобы центр тяжести детали был удален от положения равновесия. При включении установки деталь втягивается магнитным полем в полость соленоида с некоторым ускорением и совершает внутри полости колебательные движения. При магнито-импульсной обработке за счет инерции деталь (и ее центр тяжести) сместится в противоположную сторону, и она испытает втягивание в соленоид со стороны южного полюса. Со стороны другого полюса соленоида на деталь действует сила, которая и втягивает ее обратно внутрь соленоида. Таким образом, деталь(инструмент), многократно пересекая магнитный поток, совершает в полости соленоида свободные перемещения, которые с течением времени уменьшаются за счет сил трения детали о стенки индуктора и постепенно затухают. Когда колебания прекратятся, деталь займет положение равновесия, а сила, действующая со стороны магнитного поля, будет равна нулю 1. 11580 1 2009.02.28 К недостаткам способа следует отнести неэффективность обработки данным способом деталей типа шариков, недостаточную силу воздействия для изменения структурных неоднородностей шарика и невысокую производительность процесса. Наиболее близким по технической сущности является способ поверхностного упрочнения закаленных шариков в устройстве для упрочнения шариков с обжимом их и обкаткой по всей поверхности. За счет регулировки создаются большие усилия обжима, а силы действуют навстречу друг другу, в результате деформирование происходит на большую глубину, что устраняет разброс показаний прочностных характеристик 2. К недостаткам следует отнести неравномерность распределения усилий, действующих на шарики, повышенный износ деталей устройства, сложность регулировки системы и невозможность поверхностного упрочнения шариков различных размеров на данном устройстве. Задачей предложенного способа является обеспечение возможности упрочнения закаленных шариков широкого диапазона размеров на большую глубину от поверхности, повышение их прочностных характеристик, уменьшение разброса показаний прочностных характеристик и повышение производительности процесса упрочнения. Поставленная задача решается тем, что в способе упрочнения металлических закаленных шариков, включающем их сжатие в результате воздействия на них импульсным магнитным полем, напряженность поля задают не менее 107 А/м, длительность импульсов не более 0,001 с, а необходимое для упрочнения число импульсов выбирают из интервала от 1 до 5 с учетом заранее полученной зависимости указанного числа от диаметра шариков. Закаленные шарики имеют большие структурные неоднородности в объеме и соответственно большое различие механических свойств по сечению. Например, шарики ОАО МПЗ диаметром 3/8// при испытании на разрушающую нагрузку имеют большой разброс показаний 60-190 кН. Причем работоспособность партии шариков определяется наименьшим значением разрушающей нагрузки. Чтобы обеспечить упрочнение, необходимо,чтобы сила, действующая на шарик, вызывала микроструктурные изменения и изменения внутренних напряжений в объеме шарика на большую глубину от поверхности. Обеспечить такие силы позволяет магнитное поле напряженностью более 107 А/м. Длительность магнитных импульсов более 0,001 с не приводит к повышению разрушающей нагрузки и уменьшению разброса. Например, для упрочнения шариков диаметром до 1/2// достаточно одного импульса, при большем диаметре шариков лучший эффект дает увеличение количества импульсов, причем максимальное количество импульсов определяется результатом. Способ осуществляется следующим образом. В многовитковый индуктор магнито-импульсной установки помещают партию шариков 20-30 штук. Шарики изолируют от витков индуктора диэлектриком. Шарики располагают вертикально друг над другом. Затем производят разряд накопительных конденсаторов через витки индуктора. Магнитное поле в индукторе наводит вихревые токи в шариках. Эти поля вызывают силы отталкивания между индуктором и шариком, которые сжимают шарик по всему объему. В результате этого в шарике происходят фазовые и структурные изменения, структура становится однородной, выравниваются напряжения, повышается прочность шарика. В зависимости от размера шариков обработку проводят одним или более импульсами (обычно не более 5). Затем шарики выгружают в контейнер, а в полость индуктора подают новую партию шариков. Так как цикл обработки с выгрузкой занимает не более одной секунды, то производительность процесса может быть очень высокой. В лаборатории ФТИ НАН Беларуси была проведена обработка партии шариков, изготовленных на ОАО МПЗ, диаметром 3/8//, в количестве 153 штук. Обработку проводили способом по патенту Республики Беларусь 3115 и предложенным способом. Испытывали шарики после обработки в лаборатории механических испытаний ОАО МПЗ. Испытания показали, что нагрузка разрушения возросла с 68-115 кН до 92-116 кН, а разброс усилия разрушения уменьшился с 47 кН до 24 кН. Металлографические исследования показали 2 11580 1 2009.02.28 изменение структуры и величины напряжений. Результаты испытаний представлены в таблице. Результаты испытаний шариков Способ По патенту РБ 3115 Предложенный способ Предложенный способ позволяет улучшить качество шариков для подшипников, повысить их стабильность и надежность. Данный способ обработки найдет широкое применение в подшипниковой промышленности. Источники информации 1. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. - М. Машиностроение, 1989. - С. 7-13. 2. Патент 2117054 1, 1998. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3