РРЕФЕРАТ

Шоріна Е. Д. Розробити технологічний процес зміцнення кулачкаголовного валу з використанням лазерного випромінювання: Дипломний проект
Дімітровградскій інститут технології та дизайну. № 1707.06.04.
Димитровград, 2004 - 116с.: 14 ил. + 7 рис.

Лазер, гарт, карбюрізатор, кулачок головного валу, зносостійкість,зміцнення, борірованіе, потік, такт.

У процесі виконання дипломного проекту проведено опис методівзміцнення. Обраний спосіб і технологія зміцнення кулачка. Проведеновипробування на знос матеріалу. Зроблено вибір устаткування, ріжучого івимірювального інструменту, розроблено технологічний процес. Розрахованаефективність виготовлення даної деталі. Розробили ряд заходів позапобігання нещасних випадків, дані рекомендації по правильномувикористання та організації виробництва.

Зроблено висновки та рекомендації щодо зміцнення кулачка з використаннямлазерного випромінювання.

ЗМІСТ

ВСТУП 6
1. МЕТОДИ Зміцнення МАТЕРІАЛІВ 8
1.1. Термічна обробка 8
1.1.1. Хіміко-термічна обробка 8
1.1.2. Борірованіе 9
1.1.3. Плазмова обробка 11
1.1.4 Лазерна обробка 12
1.2 Лазерна установка 14
1.3. Термічна обробка матеріалів лазерним випромінюванням 16
1.4. Фізичні основи зміцнення лазерним випромінюванням 17
1.5. Вплив безперервного лазерного випромінювання на сплави на основі заліза 19
1.6. Зміцнення кулачка головного валу 24
2. КОНСТРУКТОРСЬКЕ ЧАСТИНА 28
2.1. Призначення вузла «вал головний» автомата хладновисадочного 28
2.2. Вибір способу зміцнення кулачка головного валу 29
2.3. Пристосування для зміцнення 34
2.4. Технологія зміцнення 45
3. ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 47
3.1. Лазерна обробка на CO2 - лазер 47
3.2. Випробування матеріалу на знос 47
3.3 Дослідження зносостійкості покриття 49
4. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 51
Введення 51
4.1. Аналіз технологічності конструкції деталі «Кулачек» 51
4.2. Вибір обладнання, ріжучого, допоміжного і вимірювального інструментів 58
4.3. Розрахунок режимів різання 60
4.4. Нормування технологічного процесу 66
4.5. Розрахунок спеціального калібру-пробки для контролю отвори (60Н7
+0,030 68
5. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА 72
Введення 72
5.1. Розрахунок параметрів потоку 72
5.2. Розрахунок собівартості виготовлення деталі 80
5.3. Техніко-економічні показники потоку 85
Висновок 87
6. БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ 88
Введення 88
6.1. Загальні питання безпеки праці 89
6.2.Меропріятія щодо забезпечення нормальних санітарно-технічних умов 95
6.3. Заходи щодо запобігання нещасні випадків, забезпеченню безпеки обладнання, що експлуатується і транспортних засобів 103
Висновок 109
ВИСНОВОК 110
ЛІТЕРАТУРА 111
ДОДАТКИ 115

ВСТУП

Обробка матеріалу сфокусованим випромінюванням лазера є науковимі технічним напрямком технології машинобудування та інших областейпромисловості, що з'явилися після 1960 року, коли були створені потужніімпульсні генератори монохроматичного випромінювання.

Лазерна обробка матеріалів не є ще усталеними ізакінченим розділом теорії і практики обробки матеріалівконцентрованими потоками енергії. Однак у розробці теоретичнихоснов процесів впливу потужних світлових потоків на матеріали і впрактичних застосуваннях зазначених процесів досягнуті значніуспіхи.

Застосування різних типів лазерів у багатьох областях машино - іприладобудування та правильна їх експлуатація не можливі без чіткогоуявлення про принципи роботи оптичних квантових генераторів і проосновних фізичних явищах, в них відбуваються.

Переваги і перспективність використання лазерів в машинобудуваннівизначаються не тільки прогресу в області власне лазерної техніки, алеі вмілим, науково обгрунтованим вибором оптимальних для кожного конкретногозастосування режимів роботи лазера і параметрів його випромінювання.

Промислова обробка матеріалів стала однією з областей найбільшширокого використання лазерів, особливо після появи лазерів високоїпотужності. Лазерний промінь застосовується для різання та свердління отворів,зварювання матеріалів і термообробки, обробки тонких металевих інеметалічних плівок, отримання на них малюнків і мікросхем. Доведенняноміналів пасивних елементів мікросхем і методи отримання на них активнихелементів за допомогою лазерного променя отримали подальший розвиток ізастосовуються у виробничих умовах. При чому лазерна обробкаматеріалів дозволяє підвищити ефективність і конкурентоспроможність попорівнянні з іншими обробками.

1. МЕТОДИ Зміцнення МАТЕРІАЛІВ

1.1. Термічна обробка

поверхневим зміцненням називається зміцнення поверхневого шарудеталі за рахунок зміни його хімічного стану або структури.

Для одержання сталі з найбільшою міцністю і твердістю необхіднатермічна обробка - загартування. Термообробка - це сукупність операційтехнології теплового впливу на матеріал з метою зміни йогоструктури і споживчих властивостей у потрібному напрямку. Зміцненняповерхні може бути досягнуто: хіміко-термічної, плазмового, лазерногообробкою та ін

1.1.1. Хіміко-термічна обробка

Одним з головних засобів поліпшення якості сталевих деталей --підвищення їх міцності, твердості і зносостійкості - є хіміко -термічна обробка, що полягає у насиченні поверхні вуглецем,азотом, хромом, бромом та іншими елементами. При введенні в поверхневийшар хрому, кремнію, алюмінію та інших елементів можна надати виробустійкість проти корозії, жаростійкість, кислототривких і іншівластивості.

У промисловості отримали широке поширення наступні видихіміко-термічної обробки:

- цементація - насичення вуглецем;

- Азотування - насичення азотом;

- ціанування - одночасне насичення вуглецем і азотом;

- дифузійна металізація - насичення різними елементами (крімвуглецю та азоту), наприклад, хромом, бромом, алюмінієм і іншими. Кожен зцих способів має свої особливості, переваги та недоліки.

1.1.2. Борірованіе

Борірованіе - насичення поверхневого шару металевих виробівбором. До борірованію вдаються, головним чином, з метою підвищенняповерхневої твердості виробів, їх зносостійкості, рідше - корозійноїстійкості і теплостійкості. Борірованію піддають поверхні виробів ззаліза, сплавів на його основі, а також тугоплавких металів, використовуючиявище дифузії. Розрізняють борірованіе тверде, рідке, газове.

При твердому борірованіі очищені вироби поміщають в герметичний абонегерметичних контейнер, засинаючи їх реакційною сумішшю, що складається зпорошкоподібного борізатора (аморфного бору, карбіду бору, Ферробор іін), інертною добавки (окису алюмінію, кварцового піску,тонкоподрібнений шамота), що вводиться для запобігання спікання абоналипання суміші на поверхню виробів, і активатора (галогеніду, звичайно
NH4Cl) у співвідношенні приблизно 60:35 - 39:1 - 5. Вироби укладають так,щоб навколо них був шар реакційної суміші тощіной не менш 20 -30 мм.
Хороша якість дифузійного шару досягається також при насиченнівуглецевих і легованих сталей в суміші карбіду бору і бури. Дляотримання шару боридів товщиною 0,1 - 0,3 мм насичення проводять притемпературі 900 - 1000 оС протягом 5 - 6 годин.

Різновидом твердого є вакуумне борірованіе, здійснюванеу вакуумно-щільних контейнерах при залишковому тиску 10-3 рт.ст. Привисоких температурах випаровування аморфного бору або карбіду бору утворюютьсяпари цього елемента, які конденсуються на оброблюваної поверхні,і атомарний бор дифундує в метал.

Рідинні борірованіе проводять при температурі 850 - 1000 оС врозплавах різних солей з введенням в них борсодержащіх компонентів.
Рідинне електролізне борірованіе зазвичай здійснюють у розплаві бури,іноді з додаванням карбіду бору. Сталеве виріб підключають яккатода в ланцюг постійного струму, анодом служить попередньо борованоготигель з жаростійких і нержавіючих сталей. Задовільною стійкістюволодіють також просочені бурого графітові та керамічні тиглі. Прирозплавлюванні бура дисоціюють термічно, а також внаслідок накладенняпостійного електричного струму з виділенням атомів активного бору,дифундує в обробляється виріб. Насичення проводять при щільностіструму 0,15 - 0,25 а/см2. Рідинне діелектролізное борірованіе здійснюютьв розплавах бури з додаванням карбіду бору. Гарні результати виходятьпри співвідношенні цих компонентів 60: 40. Дифузійний шар можна створититакож в розплавах солей NaCl і BaCl з додаванням карбіду бору.

Газове борірованіе проводять при термічному розкладі газоподібнихз'єднань бору - діборана (В2Н2), треххлорістого бору (ВСl3) та ін, частішевсього в суміші з воднем у співвідношенні відповідно 1:25-100. Притемпературі вище 500 0С діборан майже повністю ращлагается на активний борі водень, які й омивають насичуємо виріб. При газовому борірованіінасичення протікає інтенсивніше, ніж при твердому або рідкому: за 2-5 год притемпературі 800-900 0С утворюється шар боідов товщиною 0,1-0,2 мм. Навиробах із заліза і вуглецевих сталей дифузійний шар відрізняєтьсяголкоподібні будовою і складається з 2 фаз-ромботіческого борид FeB
(16,25% B) на поверхні і що знаходиться під ним Тетрагональна борид Fе2В
(8,48%), мікротвердість становить 1800 год 2000 і 1600 ч 1800 кгс/мм2. Підшаром боридів знаходиться перехідна зона, ця зона складається з твердогорозчину бору та інших легуючих елементів.

Легування сталі забезпечує отримання більш рівномірного по товщиніборідного шару.

Борірованіе викликає поява в поверхневих шарах виробівзалишкових знімають напруг до 50 - 100 кгс/мм2, підвищує їхзносостійкість в 5 - 10 разів, збільшує корозійну стійкістьвуглецевих і низьколегованих сталей. Борірованіе підвищує втомнихміцність виробів. Корозійна-втомна міцність виробів звуглецевих сталей після борірованія збільшується вдвічі і більше.
Недолік борірованія - підвищена крихкість боридів, яку знижують,вводячи в реакційну суміш невелику кількість міді, алюмінію та іншихметалів.

1.1.3. Плазмова обробка

Сутність цієї обробки полягає в тому, що плазму, що має температуру
10 000 - 30 000 0С, направляють на оброблювану поверхню заготовки.
Цим способом можна обробляти заготовки з будь-яких матеріалів, виконуючипрошивання отворів, вирізку заготовок з листового матеріалу, стругання,точіння. При прошивання отворів, різання й вирізці заготовок, головкуставлять перпендикулярно до поверхні заготовки, при струганні і точний --під кутом 40 - 60 0. Плазмові головки застосовують також для зварювання, пайки,наплавлення і створення захисних покриттів на деталях.

Принципово новим методом є метод отримання деталейбезпосередньо з плазми. Він полягає в тому, що в камеру головкиподається порошкоподібний конструкційний матеріал з одночасною подачеюінертного газу при високому тиску. Під дією іншого розрядуконструкційний матеріал плавиться і переходить в стан плазми. Струміньплазми стискається в плазмотрон плазмообразующім газом. Виходячи з соплаголовки, промінь фокусується лінзою електромагнітної і спрямовується на екран.
Системи вертикальної і горизонтальної розгорток забезпечують переміщенняпроменя по всій площі екрану.

Плазму отримують в плазмових головках.

дугового розряду 3 збуджується між вольфрамовим електродом 4,виконаним у вигляді труби і охолодженим проточною водою. У трубу подають газ
(аргон, азот та ін) або суміш газів. Обтиску дугового розряд, газ приз'єднанні з електронами іонізується і виходить з сопла голівки у виглядіяскраво світиться струменя 2, що спрямовується на оброблювану заготівлю
1.

1.1.4 Лазерна обробка

Термічне зміцнення матеріалів і сплавів лазерним випромінюваннямзасноване на локальному нагріві ділянки поверхні під впливомвипромінювання та наступному охолодженні цього поверхневого ділянки знадкритичну швидкістю в результаті тепловідводу теплоти у внутрішнішари металу. При цьому час нагрівання і час охолодження незначні,практично відсутні витримка при температурі нагріву. Ці умовизабезпечують високі швидкості нагріву та охолодження оброблюванихповерхневих ділянок.

Метод заснований на тепловій дії світлового променя високої енергіїна поверхню оброблюваної заготовки. Джерелом світлового випромінюванняє лазер - оптичний квантовий генератор (ОКГ).

Створені конструкції твердотелих, газових та напівпровідникових ОКГ.
Робота оптичного квантового генератора заснована на принципістимульованого генерування світлового випромінювання. Для механічноїобробки використовують твердотелие ОКГ, робочим елементом яких єрубіновий стрижень, що складається з окису алюмінію, активованого 0,05% Cr.

Рубіновий ОКГ працює в імпульсному режимі, генеруючи імпульсикогерентного монохроматичного червоного світла. Енергія світлового імпульсу
ОКГ зазвичай невелика і складає 20 -100 Дж.

лазерну обробку застосовують для прошивання наскрізних і глухихотворів, різання заготовок на частини, вирізування заготовок з листовогоматеріалу, прорізування пазів і т.д. Світлові методом можна оброблятибудь-які матеріали.

Рис. 1 Схема плазмової головки
До недоліків светолучевого методу обробки можна віднести відсутністьнадійних способів керування рухом променя і необхідність переміщеннязаготовок, недостатню потужність випромінювання при значній потужностіімпульсної лампи, низький ККД рубінових ОКГ, перегрів рубінового стрижня ітруднощі його охолодження, порівняно не висока точність обробки.

1.2 Лазерна установка

Сегментні збирає дзеркало складається з кількох пласких дзеркало.
Кут між окремими дзеркалами менше 180о, тому сукупність їхутворює увігнуту поверхню. При цьому вони направляють випромінювання в загальнукрапку. Зазвичай такі дзеркала виготовляються з полірованої міді абомолібдену, і при «підсумовуванні» випромінювання потужних лазерів вони охолоджуютьсяводою.

Лазерне випромінювання потрапляє на дзеркало, що складається з безлічіокремих дзеркал, де відбувається розподіл променя (рис. 1.2).

Кожен знову освічена промінь має однаковий діаметр протягомвідстані від дзеркала до площині лінзи. У цьому випадку у плямі фокусуваннявідбувається накладання інтенсивностей кожного окремого променя, що призводить допідсумовування їх. Розподіл інтенсивності випромінювання від кожного елементасегментного дзеркала, які зазвичай виконуються у формі прямокутників.
Крім того, випромінювання малої потужності на кордоні лазерного променя, якогонедостатньо, щоб викликати процес термозміцнення, не губиться, а,навпаки, за допомогою сегментного дзеркала додається в пляма фокусування.
Таким чином, поширення інтенсивності у плямі фокусуваннявирівнюється, а прямокутна форма плями, в яке фокусується лазерневипромінювання, оптимальна для отримання однорідної зони гарту.

Рис. 2.1. Лазерна установка

1.3. Термічна обробка матеріалів лазерним випромінюванням

Поверхневе зміцнення металевих деталей - перспективнийтехнологічний процес, який відкриває цілий ряд нових можливостей дляпідвищення експлуатаційних характеристик деталей машин, інструменту.

Поверхневе зміцнення деталей променем лазера характеризується низкоюпереваг, а саме: зміцненням локальних (по глибині і ширині) обсягівдеталей у місцях, їх зносу з збереженням вихідних властивостей матеріалу віншому обсязі, твердість при цьому перевищує 15 - 20% твердість пісттермообробки існуючими способами.

зміцненням поверхні важкодоступних порожнин, поглиблень, кудипромінь лазера може бути введений за допомогою оптичних пристроїв; створенням
«Плямистого» поверхневого зміцнення значних площ, при якомуне утворюється суцільного крихкого шару, схильного до розтріскування,деформації, відшарування і т.п.; отриманням заданих властивостей
(механічних, хімічних та інших) оброблюваних поверхонь деталейшляхом їх легування різними елементами за допомогою випромінювання лазера;відсутністю деформацій оброблюваних деталей, обумовлених локальністютермообробки, що дозволяє практично повністю виключити фінішнуобробку; відсутністю механічні?? го впливу на що обробляєтьсяматеріал, що разом з безконтактною лазерного нагріву обумовлюєпростоту автоматизації процесу термообробки по контуру, у тому числідеталей складної форми та ін

Лазерні методи зміцнення доцільні при обробці поверхоньскладної конфігурації, деформування яких має бути зведено домінімуму; при труднощі підведення теплоти до оброблюваної деталі зонізвичайними способами; при малих розмірах поверхні оброблюваних зон упорівняно з розмірами деталей.

Широке впровадження методів лазерного зміцнення в різні галузіпромисловості обумовлюється рядом сприятливих факторів:

- наявністю серійного лазерного високопродуктивного обладнанняяк імпульсного, так і безперервної дії;

- порівняльною простотою лазерного зміцнення, що обумовлюєнескладний підбору технологічних режимів обробки деталей;

- значною номенклатурою оброблюваних деталей, що вимагаютьлокального зміцнення;

- великий техніко-економічною ефективністю, яка визначаєтьсядостоїнствами лазерної термообробки та ін

У ряді випадків форми і розміри різних деталей не дозволяютьвикористовувати існуючі способи поверхневого зміцнення длятермообробки внаслідок появи значних напруг в поверхневихшарах, що приводять їх до деформації і т.д. Тому міцність деталей,виготовлених, наприклад, з конструкційних сталей у стані поставки,як правило, невелика.

Методи лазерної обробки утворюють групи, засновані, відповідно,на нагріванні, плавленні і ударному навантаженні матеріалу залежно відщільності випромінювання лазера і часу його дії.

Нагрівання визначає такі процеси, як отжиг матеріалів, а такожнайбільш поширений метод лазерного поверхневого зміцненняза допомогою фазових перетворень у твердому стані в поверхневих шарахметалів і сплавів при дуже швидких нагріванні і наступному охолодженні.

Лазерне зміцнення, засноване на фазових перетвореннях вповерхневому шарі, вимагає мінімальної щільності потоку випромінювання лазерапри максимальному його дії.

1.4. Фізичні основи зміцнення лазерним випромінюванням

Більшість лазерних технологічних процесів грунтується натепловій дії лазерного випромінювання на непрозорі середовища. Впливпроменя лазера на непрозорі середовища можна умовно розділити на кількахарактерних стадій:

- поглинання світлового потоку і передача його енергії тепловимколивань решітки твердого тіла;

- нагрівання речовини без його руйнування;

- розвиток випаровування речовини в зоні впливу променя лазера і розлітпродуктів руйнування;

- охолодження речовини після закінчення дії лазерного випромінювання.

Одночасно із зазначеними стадіями проходять дифузійні та хімічніпроцеси, а також фазові перетворення, що роблять істотний вплив нахарактер впливу випромінювання лазера на матеріали.

Кількість поглиненої енергії залежить від оптичних і теплофізичнихвластивостей матеріалів, особливо для металів і зі збільшенням довжини хвилівипромінювання зменшується.

Відбивна здатність в оптичному діапазоні довжин хвиль складаєдля більшості металів 70 - 95%, а коефіцієнт поглинання такождосить великий і складає ~ 105-106см -1.

Стадію нагріву матеріалів випромінюванням лазера слід вважати основноюпри аналізі та дослідженні ряду технологічних процесів, що виконуються безруйнування матеріалів.

Аналіз цієї стадії для інших технологічних процесів, заснованих навидаленні оброблюваного матеріалу, дозволяє визначити умовируйнування, наприклад, температурну кордон і відповідний їй потіквипромінювання лазера.

Після переходу енергії випромінювання лазера в теплоту починається процеснагріву матеріалу. Поглинена світлова енергія передається від зонивпливу «холодним» верствам за допомогою різних механізмівтеплопровідності, з яких для металів в інтервалі температур від сотеньдо десятків тисяч градусів основним є електронна теплопровідність.

1.5. Вплив безперервного лазерного випромінювання на сплави на основі заліза

Розглянемо основні найбільш типові структурні зміни у сплавахзаліза в зонах впливу безперервного випромінювання лазера на СО2 з потужністювипромінювання 700 Вт - 1 кВт. Обробляли нерухомі зразки з часомдії до 5 с і переміщаються з швидкістю до 1 м/хв і більше.

У армко-залозі в результаті впливу випромінювання лазера на СО2 нанерухомий зразок у шарі товщиною до 0,55 мм спостерігається здрібніннязерна до розмірів 10 - 15 мкм, що проходить найбільш в шарі глибиною до 0,35
- 0,55 мм. В областях, прилеглих до кратору трапляються великі зерна.
Здрібніння зерен є наслідком процесів аустенізаціі в умовахрозігрівання і подальшого розпаду аустеніту при охолодженні, при цьомувиникають різні швидкості зародження і зростання зерен фериту, щообусловдено, по видимому, різними розмірами зерен аустеніту, що утворюються вбезпосередній близькості до рідкій фазі і видаленні від неї.

Мікротвердість армко-заліза Нm? 4000 мПа. Слід зазначити, що фронтрозплавлення виражений не чітко.

У зонах тривалого впливу випромінювання лазерів на СО2 вседосліджені сплави заліза у верхній частині, а іноді й за шаром пористогорозплаву спостерігається так званий шлаковий шар, що складаєтьсяздйбільшого з оксидів заліза та інших продуктів хіміко-термічноговзаємодії безперервного випромінювання зі сплавами в атмосфері повітря ірозчинених у металі газів.

При опроміненні маловуглецевої стали в зоні впливу спостерігаєтьсягрубозерниста відманштетова структура з мікротвердість, суттєво нещо відрізняється від початкової.

У зразках із сталі 45 з вихідною структурою, що складається з перлітноюзерен з феритної прошарками, внаслідок тривалої діїбезперервного випромінювання з довжиною хвилі? = 10,5 мкм утворився поряд зішлаковим, шар розплавленого і пористого металу товщиною до ~ 75 мкм.
Цей шар і прилеглі до нього ділянки стали істотно обезуглерожени. Уструктурі сталі спостерігається мартенсів, кількість якого збільшується звидаленням від кратера. На глибині 300 - 400 мкм розташований повністюзагартований шар, далі - шар, загартований не повністю.

У попередньо загартованих зразках зі сталі 45 утворився шартовщиною ~ 400 мкм, що складається з обезуглероженной зони на поверхні івдруге загартованої всередині, причому тут мартенсів більш мелкоігольчатий,ніж в матриці. Далі розташовується зона відпустки з продуктами розпадумартенсіта.

Структурні зміни в зразках з нормалізувалася і попередньозагартованої сталі У8 багато в чому аналогічні змінам структури в зразках зстали 45 з тією лише відмінністю, що в попередніми загартованої сталі У8 взоні гарту, що примикає до розплаву спостерігається значнерастравліваніе меж зерен. Відзначимо, що в обезуглероженних зонах маємісце знеміцнення. Так в сталі У8 твердість у цих зонах приблизно в 2рази менше, ніж у вихідній структурі.

У зразках із сталі ХВГ структурні зміни подібні до змін узразках зі сталі У8, з тією лише різницею, що в загартованому шарі, як і взагартованої матриці, спостерігаються періоди округлої форми. Також чітко видностовпчасті структура раніше розплавленого шару.

Розглянемо результати досліджень сплавів на основі заліза після обробкирухомим променем потужних лазерів на СО2. Досліджували зразки зі сталей 20,
45, У8, У12 після обробки їх променем лазера на СО2 з потужністю випромінювання до
1 кВт. Швидкість переміщення зразків змінювалася в діапазоні 0,4 - 0,6м/хв. Щільність потоку в зоні обробки змінювалася в межах 5? 103 -
2? 105 Вт/см2. Області обробки складаються з чітко виражених шарів,відрізняються один від одного ступенем повноти фазових перетворень.

У першому шарі температура стали перевищує верхню критичну точку
АС3 або Асm для доевтектоїдних і заевтектоідних сталей, відповідноперевищувала температуру плавлення сталі. Мікростуктура цього шару --Мартенсом.

Другий шар відповідає нагріву в межкрітіческом інтервалітемператур, тут має місце неповна загартування. Для доевтектоїдних сталейвона дає внаслідок збереження феритної зерен знижену твердість упорівняно з першим шаром. Для заевтектоідних сталей твердість другого шарувище, ніж перший. Це пояснюють присутністю цементиту в високодисперснимвигляді, який додатково зміцнює сталь. Твердість у зоні (Мал. 7)обробки сталі 20 досягає 7500 мПа при переміщенні зразків з v = 0,6 -
1,8 м/хв, чого не можна досягти звичайної загартуванням. При цьому глибина зонизміцнення дорівнює 500 мкм.

У зразках із сталі У12 в другій зоні, зоні термічного впливу,спостерігається неоднорідність структури, що підтверджується зниженоюякого цькував ділянок, розташованих на місці сітки вторинного цементиту.
Зазначені ділянки характеризуються збільшеною кількістю аустеніту. Аналізкривих розподілу твердості в зразках з стклі У12 показує, щомінімальній швидкості переміщення зразка твердості першого і другого шарівзони близькі, тоді як пі більш високих швидкостях твердість другого шарупомітно вище. Ця обставина визначається більш рівномірнимрозподілом вуглецю в аустеніт за більш тривалий час лазерногонагріву. Твердість мартенсіта при вмісті вуглецю до 0,6% лінійнозалежить від останнього і практично не залежить від нього при великомукількості вуглецю в сталі.

Досліджували зразки зі сталі 35 з вихідною феритної-перлітноюструктурою. Після впливу випромінювання лазера на СО2 обробкасупроводжується оплавленням поверхні до швидкості 2,4 м/хв, а пришвидкостях переміщення зразків ~ 2,6 м/хв і більше оплавлення НЕспостерігається. Зона лазерної дії при швидкостях переміщення зразків
0,6 - 1,8 м/хв складається з чотирьох шарів. Перший, оплавлені шархарактеризується зниженою якого цькував і мікротвердість Нм = 8 000 мПа,перевищує міцність сталі в початковому стані в 4 рази. Мікроструктурацього шару являє собою мартенсів і деяка кількість залишковогоаустеніту. У другому шарі мікроструктура - мартенсів з голками розміром в 2
- 4 рази більшим, ніж у першому. Третій шар - зона не повною гарту зструктурою з мартенсіта, троостіта, фериту. Четвертий шар також єзоною неповної гарту, однак відрізняється від третього повною відсутністютроостіта, наявністю феритної сітки і більш високою твердістю.

Розподіл твердості по глибині зони, які піддаються лазерноїобробці при різних швидкостях переміщення променя наведено на рис. 1.5.

спостерігаються відмінності в структурі і твердості верств зони в стали 35,оброблюваної безперервним випромінюванням лазера на СО2, пояснюють різнимиумовами його нагрівання та охолодження.

1.6. Зміцнення кулачка головного валу

Протягом останніх трьох - п'яти років з'явилися потужні газові лазери,забезпечують в режимі безперервної генерації потужність порядку декількохкіловат. Завдяки цьому стало можливим здійснювати новутехнологічну операцію - термічну обробку металевихповерхонь. Це особливо важливо для обробки таких поверхонь, депотужний лазерний промінь має переваги або де геометрія оброблюванихвиробів створює труднощі для застосування традиційного теплового методу.
Лазерна обробка застосовується для гарту сталевих поверхонь,високошвидкісного відпалу фольги, видалення плівок та інших поверхневихосадження, а також вникання порошкового матеріалу в металевуповерхню.

Освіта тонкого твердого поверхневого шару у сталі шляхом їїпідігріву і наступного швидкого охолодження відіграє важливу роль у багатьохтехнологічних операціях. Оброблюваними деталями можуть бути зубчастіколеса, шпонкові канавки, зубчасті муфти, розподільні вали, кінціпальців штовхача, ножі різних машин, а також даний на зміцненнякулачок. Оскільки допустимий знос у сталі є малою величиною, тозбільшення терміну служби кулачка досягається за рахунок створення поверхневогошару. Однією з важливих особливостей поверхневого зміцнення єзбереження якості основної маси металу, яка також розігріваєтьсяразом з поверхневим шаром.

Для кулачка головного валу основним процесом при загартування єнагрівання поверхні до температури, при якій зникає аустенітніструктура. При цьому вуглець починає існувати як твердий розчинкарбіду заліза в гамі заліза. Потім відбувається охолодження до температури,при якій ще не встигне утворитися стійкий стан перліту зферритом або цементиту, а утворюється дуже міцний, твердий розчинкарбіду в? - Залозі, відомий як Мартенсом. Необхідна швидкістьохолодження залежить від складу сталі і має значення порядку 30 - 40 0С дотих пір, поки температура не досягне близько 250 0С. Для отриманнязазначеної швидкості охолодження застосовують охолоджуючі рідини.

При лазерної загартування кількість енергії, вкладені в метал, єдостатнім для поверхневого нагріву, а маса металу кулачка залишаєтьсяхолодною. У цьому випадку нагріта поверхня буде охолоджуватися за рахуноктеплопровідності з досить високою швидкістю.

Для загартування кулачка зі сталі 18 ХГТ, застосуємо загартування при температурі
780 - 800 0С з наступним охолодженням. Лазерний промінь діаметром 5 мм,переміщаємо по поверхні зі швидкістю 1,4 м/хв. Використовуємо безперервний
СО2 - лазер потужністю 2,8 кВт. При такій обробці поверхневий шар уВнаслідок подвійного проходу променя СО2 - лазера став у три рази вище.

температурної обробки кулачка можна робити в різних середовищах
(вода, повітря, різні гази). Більш висока зміцнення сталі має місцепри її обробці в рідких середовищах.

При впливі імпульсу випромінювання на шліфувальну поверхню кулачкавиникає вузька зона розплавленого металу, мікротвердість якої відміннавід мікротвердості основного металу. На поверхні мікротвердістьскладає Н50 = 350, збільшується в глиб обсягу матеріалу, досягаючи Н50
= 450. У зоні термічного впливу мікротвердість збільшується до Н50 = 45ч 500 і зменшується далі в глиб металу до Н50 = 158, а потіммікротвердість повертається до початкового значення.

Повний цикл термообробки вимагає 1 - 2 с. Максимальна глибиназміцненої лазером зони 1 - 2 мм. Такий глибини достатньо для підвищеннязносостійкості, міцності і втомної опірності.

Звичайні методи загартування, такі як поверхнева закалка часто викликаютьспотворення форми металу, що безповоротно псує виріб або вимагає великихвитрат на доведення.

Цементація і Азотування поверхні займають багато часу, для нихпотрібна висока щільність підтримки газового складу. При цьому не можнаобробляти великі площі. Спотворення кулачка також мінімальне впорівнянні з іншими методами.

У порівнянні з іншими джерелами тепла геометрія лазерного променялегко змінюється оптичними системами. Лазерний промінь передається навідстань, фокусується або розширюється спеціальними лінзами. Такимчином, діаметром променя можна управляти дистанційно. Його навіть можнарозділяти одночасно на різні ділянки кулачка.

Гарт не вимагає спеціального охолодження. Поверхня обробленогокулачка залишається чистою.

2. КОНСТРУКТОРСЬКЕ ЧАСТИНА

2.1. Призначення вузла «вал головний» автомата хладновисадочного

Автомат хладновисадочний призначений для виготовлення деталей здроту методом холодної висадки. Автомат хладновисадочний складається знаступних основних вузлів: головного вала, вузла подачі дроту, вузла подачіножа, вузла висадки заклепки, вузла відрізки, приводу, станини,електрообладнання, огорожі, розмотують пристрою, вузла правки іпневмообладнання.

Головний вал автомата хладновисадочного встановлюється на підшипникахв корпус 1 (див. збір. креслення). З правого боку валу кріпиться куркульок 4 ташків 3, а з іншого боку в пазу валу 2 кріпиться ексцентрик 5. Наексцентрики 5 встановлюється підшипник 65 з хомутом 9 (див Г-Г) і державка
6 (див. "А-А). У пазу держаки 6 кріпиться болт 10, на якому закріпленийпідшипник 64 з обоймою 15 (див. Д-Д).

Головний вал одержує обертання через кліноременний передачу від приводуі приводить в рух інші вузли: за допомогою кулачка 4 переміщається штоквузла відрізки дроту; опора 7, закріплена на хомуті 9 (див Г-Г),переміщує повзун вузла висадки заклепки; обойма 15 через тягу?? оворачіваетобгону муфту вузла подачі дроту. Величину ходу повзуна вузла висадкизаклепки регулюють шляхом переміщення ексцентрика 5 в пазу валу 2, а кутповороту обгінної муфти - переміщенням болта 10. Подачу дротуздійснюють двома роликами, які встановлюються на плиті станиниверстата. При робочому ході заготівля з дроту висувається в матрицю іобпресовують; отримана Заклепка виштовхується пуансоном, на якийвпливає наполеглива планка, далі Заклепка скидається під впливомкулачка на важіль вузла скидання.

2.2. Вибір способу зміцнення кулачка головного валу

Для збільшення твердості і зносостійкості деталей складноїконфігурації, а також для зниження собівартості деталі піддаютьзміцнення методом лазерної дії, зміні властивостей поверхневогошару, що в підсумку дає можливість виготовляти деталі з більш дешевогосировини.

Зміна властивостей поверхневих шарів матеріалу за допомогою лазерноговипромінювання можна робити в результаті насичення поверхні легуючимиелементами (Сr, A, B, C). Ці елементи, розчинившись в основному металі, впоєднанні з ним утворюють новий шар з особливими властивостями.

У порівнянні з раніше відомими способами (Азотування, цементація,наплавлення та ін) модифікація поверхні легуванням при локальномулазерному нагріві і високих швидкостях плавлення і кристалізації маєцілим рядом переваг:

- економією легуючого матеріалу;

- мінімальний обсяг подальшої механічної обробки;

- відсутністю необхідності у подальшій термообробці;

- досить добре контрольованого процесу;

- високою швидкістю процесу і високою якістю вироби;

- гарною воспроіводімостью параметрів зміцнюючого шару та ін

Процес лигирование дозволяє отримувати на поверхні деталей звуглецевих матеріалів мікрооб'еми нових сплавів із заданими властивостями іпідвищувати їх теплостійкість до 300 - 400 0С. Рекомендується дляповерхневого легування використовувати такі дешеві матеріали, якнаприклад стали Ст. 3, 45, У8А, У10А, і на поверхні деталей,інструменту, виготовлених з них створювати мікрооб'еми з властивостями,зумовленими властивостями деталі, інструменту і т.п.

На поверхню матеріалу легуючий елемент наноситься різнимиспособами:

- накочення (фольги з легуючого елементу);

- електролітичним осадженням;

- детонаційним покриттям;

- плазмовим напиленням ;

- нанесенням обмазки і сполучного речовини і т.д.

Лазерне термозміцнення сталей полягає у формуванні на етапінагріву аустенітної структури і її наступному перетворенням в Мартенс наетапі охолодження.

При лазерної обробки без оплавлення вирішальною стадією єнагрів, тому що при подальшому високошвидкісному охолодженні фіксуєтьсяперетворення при нагріванні. При нагріванні сплавів заліза в точці АС1 діаграмистану залізо - вуглець починається перетворення перліту в аустеніт.

Високошвидкісний нагрів, характерний для лазерного оброблен