close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6552

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6552
(13) C1
(19)
7
(51) B 21K 1/30,
(12)
C 21D 9/32
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИЗ
ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА
(21) Номер заявки: a 20000905
(22) 2000.10.03
(46) 2004.09.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Дудецкая Лариса Романовна;
Покровский Артур Игоревич; Гаухштейн Иосиф Самуилович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное научное учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии наук
Беларуси" (BY)
(57)
Способ изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна, включающий получение литой заготовки, ее предварительную механическую обработку, горячую пластическую деформацию зуба и изотермическую закалку, отличающийся тем, что литую заготовку перед предварительной механической обработкой подвергают нагреву до 900940 °С, выдерживают при этой температуре 3 часа, охлаждают до температуры 480-520 °С
со скоростью, не превышающей 60-80 °С/час, затем охлаждают на воздухе, изотермическую закалку зубчатого колеса производят с нагревом до 900-940 °С в печи с восстановительной атмосферой, а после изотермической закалки производят окончательную механическую обработку.
BY 6552 C1
(56)
SU 1748912 A1, 1992.
RU 2123406 C1, 1998.
RU 2072395 C1, 1997.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам изготовления зубчатых колес и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных зубчатых
пар из высокопрочного бейнитного чугуна. Бейнитный высокопрочный чугун является
перспективным материалом для изготовления зубчатых колес в автостроении, дизелестроении, тракторостроении и других отраслях машиностроения, обеспечивая уменьшение массы деталей, затрат на изготовление, снижение шумовых характеристик по сравнению с зубчатыми колесами из цементуемых или улучшаемых легированных сталей.
Известные современные способы изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна с бейнитной структурой включают получение литой заготовки, ее механическую обработку (в том числе нарезку зубьев), изотермическую закалку, промывку, дробеструйную
обработку, окончательную механическую обработку [1]. Отсутствие смягчающего отжига
отливок перед механической обработкой затрудняет ее проведение на станках с ЧПУ,
особенно при использовании легирующих добавок - стабилизаторов перлита. Кроме того,
BY 6552 C1
при осуществлении изотермической закалки приходится применять длительные выдержки
на высокотемпературной стадии термической обработки - для предельно возможного насыщения углеродом твердого раствора и образования при закалке бейнитной структуры в
сечении зуба. Подобная обработка приводит к росту аустенитного зерна и поверхностному окислению деталей, что снижает прочностные свойства и увеличивает удельные энергетические затраты.
Известны также способы изготовления зубчатых колес, включающие, кроме указанных операций, деформационную обработку литой заготовки, осуществляемую, в основном, с градиентом степени деформации по сечению шестерни, что обеспечивает оптимальное сочетание прочностных и эксплуатационных характеристик [2]. Применение деформирования в процессе изготовления зубчатых колес не устраняет отмеченных выше
недостатков технологии. Кроме того, деформирование с заданным градиентом степени
деформации делает процесс достаточно сложным (особенно в случае пластического формообразования зуба).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению
является способ изготовления зубчатых колес [3], включающий получение литых заготовок, предварительную механическую обработку, формообразование зуба путем горячего
пластического деформирования при степени деформации 0,7-0,8 у его основания и 0,4-0,5
у вершины, изотермическую закалку и окончательную механическую обработку. Указанный способ был выбран авторами в качестве прототипа при создании изобретения.
Указанный способ имеет следующие недостатки: не предусмотрено проведение смягчающего отжига литых заготовок перед механической обработкой, что затрудняет ее проведение на станках с ЧПУ; строго заданный градиент степени деформации можно обеспечить только при выдавливании заготовок; в процессе нагрева под закалку для насыщения
твердого раствора углеродом необходимы длительные выдержки, что приводит к окислению поверхности зуба, росту аустенитного зерна и, как следствие, снижению контактной
усталостной выносливости зубчатых колес и увеличению энергетических затрат на их изготовление.
При изотермической закалке сердцевина зубчатых колес имеет повышенную пластичность, что увеличивает вероятность поломок зубчатых пар в экстремальных ситуациях.
Задачей настоящего изобретения является улучшение обрабатываемости резанием,
повышение износостойкости и контактной усталостной выносливости зубчатых колес, а
также сокращение цикла термической обработки.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна, включающем получение литой заготовки, ее предварительную механическую обработку, горячую пластическую деформацию зуба, изотермическую закалку и окончательную механическую обработку, литую заготовку перед механической обработкой подвергают нагреву до 900-940 °С, выдерживают при этой температуре
3 часа, охлаждают до температуры 480-520 °С со скоростью, не превышающей 60-80 °С/час,
затем охлаждают на воздухе, а нагрев зубчатого колеса для изотермической закалки производят в печи с восстановительной атмосферой при температуре 900-940 °С.
Предлагаемый способ изготовления зубчатых колес имеет следующие преимущества
по сравнению с известным: термическая обработка литых заготовок по предлагаемому
режиму приводит к выравниванию химического состава по сечению отливки, образованию дополнительных равномерно расположенных в матрице шаровидных включений
графита. При охлаждении с заданной скоростью 60-80 °С/час в отливках из чугуна, легированных никелем и медью, формируется структура преимущественно из зернистого перлита, способствующая ускоренному переходу углерода в твердый раствор при нагреве
зубчатых колес под закалку и улучшению обрабатываемости резанием при механической
обработке. Применение скорости охлаждения, превышающей 80 °C/час, приводит к образованию структур с пластинчатой или игольчатой формой цементита, что повышает твер2
BY 6552 C1
дость и ухудшает обрабатываемость резанием (особенно при нарезке зуба). Применение
скорости охлаждения менее 60 °С/час приводит к значительному удлиннению цикла обработки деталей и перерасходу электроэнергии. Нагрев зубчатых колес при изотермической
закалке в печи с восстановительной атмосферой до 900-940 °С имеет целью устранить
окисление поверхности зуба, что особенно важно для зубчатых колес с зубом, не подвергающимся штамповке, а также повысить износостойкость за счет дополнительного насыщения поверхности зуба углеродом, что способствует образованию дополнительного количества метастабильного аустенита и во время охлаждения препятствует образованию
мартенсита. В процессе эксплуатации зубчатых пар метастабильный аустенит в поверхностном слое превращается в мартенсит, в результате чего возрастает твердость и износостойкость рабочей поверхности зубчатых колес. Меняя время выдержки при повышенных
температурах, можно регулировать содержание аустенита в структуре деталей. Нагрев до
температуры ниже 900 °С приводит к неполному аустенитному превращению и впоследствии к снижению эксплуатационных характеристик в готовых зубчатых колесах. Нагрев
до температуры выше 940 °С приводит к росту аустенитного зерна и снижению пластичности у готовых деталей. Перенос деталей из печи с восстановительной атмосферой на
воздух по достижении температуры 480-520 °С обусловлен полным завершением к этому
моменту аустенитного превращения и экономией энергоносителей для обогрева печи. Перенос их на воздух при температуре выше 520 °С сопровождается ростом внутренних напряжений, короблением деталей, увеличением твердости и ухудшением обрабатываемости. Перенос на воздух при температуре ниже 480 °С приводит к более длительному нахождению деталей в печи и экономически непродуктивен.
В качестве примера осуществлено изготовление зубчатых колес главной передачи автомобиля МАЗ по предлагаемому способу и способу-прототипу. Литые заготовки имели
следующий химический состав, мас. %: углерод 3,4-3,6, кремний 2,0-2,4, марганец 0,3-0,4,
никель 0,4-0,6, хром до 0,1, сера до 0,02, фосфор до 0,08, магний 0,04-0,06. Заготовки подвергали смягчающему отжигу по режиму: нагрев до температуры 900 °С, выдержка 3 часа,
охлаждение с печью до температуры 500 °С с регулируемой скоростью, далее на воздухе.
После предварительной механической обработки и нарезки зуба заготовки деформировали на кривошипно-шатунном прессе усилием 1200 т в закрытом штампе, нагретом до температуры 400 °С, со степенью деформации 50...80 % по сечению. Нагрев заготовок осуществляли в индукторе до температуры 900-950 °С током высокой частоты. Перед окончательной механической обработкой зубчатые колеса подвергали изотермической закалке
при температуре 320 °С с нагревом под закалку в атмосфере воздуха или диссоциированного метана (18 % СО + 40 % Н2 + 3-5 % NH3, ост. азот и углекислый газ).
Зубчатые колеса подвергали испытаниям на износостойкость, усталостную выносливость, определяли твердость сердцевины и поверхности зуба, а также ударную вязкость.
Износостойкость определяли по изменению геометрических размеров рабочей поверхности зуба после 24 часов работы. Испытания на усталость проводили по ГОСТ 25.502-79 на
образцах литых и деформированных с заданным обжатием. Результаты испытаний зубчатых колес приведены в таблице.
3
BY 6552 C1
Таблица 1
Результаты испытаний зубчатых колес из высокопрочного чугуна
СкоВремя
Темпера- рость
Нагрев
вы№ Способ тура на- охлажпод задержгрева, °С
ден.,
калку
ки, час
°С/час
1
2
3
4
5
6
Известна воз1
ный
4
духе
НВ1
7
200220
Свойства
Износ рабочей поНВ2
верхности, мм
8
9
0,026
360
ан,
Дж
σ-1,
МПа
10
11
420
440
Предв восст. 160лагае- 850±20
70±10
1
0,006
400 450
480
атм.
180
мый
Предв восст. 1603 лагае- 900±20
70±10
1
0,004
440 460
570
атм.
180
мый
Предв восст. 1604 лагае- 950±20
70±10
1
0,008
440 450
500
атм.
180
мый
Предв восст. 1805 лагае- 900±20 100±10
1
0,003
460 360
480
атм.
200
мый
Предна воз- 1606 лагае- 900±20
70±10
1
0,024
370 420
400
духе
180
мый
Предв восст. 1557 лагае- 900±20
70±10
3
0,004
440 470
600
атм.
170
мый
Предв восст. 1508 лагае- 950±20
70±10
3
0,008
440 460
570
атм.
160
мый
Примечания: НВ1 - твердость перед механической обработкой,
НВ2 - твердость после закалки,
ан - ударная вязкость, Кдж/мм2,
σ-1 - усталостная прочность, МПа.
Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет существенно повысить физико-механические свойства зубчатых колес, ответственные за их эксплуатационную стойкость. Одновременно уменьшает опасность возникновения во время эксплуатации схватывания и преждевременного износа.
Предлагаемый способ изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна предполагается внедрить на государственном предприятии "Минский автомобильный завод" в
2001 году. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения способа (в ценах на
01.01.2000 г.) составляет: по детали 5336-2403050 "Шестерня полуоси" на программу
47940 штук более 10 млн. руб., по детали 5336-2403056 "Сателлит" на программу 184480
штук - более 2 млн. руб., общий годовой эффект для зубчатой пары более 12 млн. руб.
2
4
BY 6552 C1
Источники информации:
1. Hitchkox A.L. Adi has what it takes for hich performance gearing//Metall progress. 1986. - V. 30, 12. - P. 49-51.
2. A.c. СССР 1731836, МКИ5, С 21D 5/00. Способ изготовления изделий из высокопрочного чугуна/С.Н. Леках, Л.Р. Дудецкая, В.И. Тутов, Н.И. Бесстужев, В.А. Тиманюк,
А.И. Покровский, А.Н. Крутилин, В.А. Гринберг; Белорусский политехнический институт. - 1 4834864/02; Заявлено 16.04.90; Опубл. 07.05.1992 // Бюл. № 17. - Открытия. Изобретения. - 1992. - № 17.
3. А.с. СССР 17448912, МКИ5, В 21К 1/30. Способ изготовления зубчатых колес из
высокопрочного чугуна/Л.Р. Дудецкая, А.И. Покровский, В.А. Тиманюк, С.Н. Леках, Н.И.
Бестужев; Физико-технический институт АН БССР. № 4832677/27; Заявлено 20.04.90;
Опубл. 23.07.1992 // Бюл.№ 12. - Открытия. Изобретения. - 1992. - № 12.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
5
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
189 Кб
Теги
by6552, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа