Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6825
(13) U
(46) 2010.12.30
(51) МПК (2009)
C 21D 1/06
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ ДИСКОВЫХ
ИЗДЕЛИЙ С НАГРЕВОМ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
(21) Номер заявки: u 20100371
(22) 2010.04.14
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Физико-техниче-
ский институт Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Ивашко Виктор Викторович;
Гордиенко Анатолий Илларионович;
Вегера Иван Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-техни-
ческий институт Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY)
(57)
Устройство для поверхностной закалки дисковых изделий с нагревом токами высокой
частоты, содержащее станину с установленными на ней механизмами крепления, переме-
щения и вращения дискового изделия, индукционный нагреватель в виде петлеобразного
индуцирующего токопровода, охватывающего с обеих сторон рабочую часть дискового
изделия, и спрейер, отличающееся тем, что индукционный нагреватель и спрейер распо-
ложены на одном уровне и выполнены в виде дуг, располагающихся по окружности рабо-
чей части дискового изделия, при этом индукционный нагреватель занимает не менее 1
/4
длины окружности рабочей части дискового изделия, а спрейер - не менее 1
/2.
(56)
1. А.с. СССР 1444362, МПК C21D 1/10, 1988.
2. Патент BY 2275, MПК7
C 21D 1/06, 2005 (прототип).
Фиг. 1
BY6825U2010.12.30

2. BY 6825 U 2010.12.30
2
Полезная модель относится к области термообработки изделий, в частности к устрой-
ствам для закалки плоских тел вращения, например дисковых изделий. Может найти при-
менение в машиностроении для закалки дисков культиваторов, сеялок, дисков
труборезных станков.
Одним из широко используемых методов улучшения эксплуатационных характери-
стик различных изделий является их закалка, включающая нагрев до необходимой темпе-
ратуры и быстрое охлаждение. При этом для нагрева изделий в настоящее время широко
используются индукционные методы.
Известно устройство для индукционного нагрева изделий, состоящее из индукционно-
го нагревателя, рамы и установленного на ней подающего устройства с подвижными го-
ризонтальным столом и вертикальным шпинделем [1].
Недостатками данного устройства являются отсутствие средств охлаждения изделий и
невозможность их применения из-за вероятности попадания охладителя в зону нагрева, на
индукционный нагреватель и другие механизмы, что может привести к неравномерности
закалки, а также к неисправностям самого устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство по-
верхностной закалки дисковых изделий с нагревом токами высокой частоты, содержащее
станину с установленными на ней механизмами крепления и вращения дискового изделия,
индукционный нагреватель, который выполнен в виде петлеобразного двухвиткового ин-
дуцирующего токопровода, охватывающего с обеих сторон рабочую часть дискового из-
делия, и спрейер, расположенный непосредственно под индукционным нагревателем [2].
Недостатком устройства является наличие переходной зоны с пониженной твердо-
стью, образующейся при непрерывно-последовательной обработке в результате повторно-
го нагрева закаленного участка в конце цикла обработки. В устройстве-прототипе закалка
осуществляется непрерывно-последовательным методом. Это значит, что дисковое изде-
лие в результате вращения последовательно проходит через индукционный нагреватель,
обеспечивающий нагрев дискового изделия до температуры закалки, а далее при помощи
спрейера дисковое изделие охлаждается. В конце полного оборота в индукционный нагре-
ватель для нагрева поступает последний необработанный участок и начальный закален-
ный участок. В результате повторного нагрева закаленного участка происходит его
отпуск, что ведет за собой снижение твердости. Данная переходная зона с пониженной
твердостью обладает низкой износостойкостью, что недопустимо для некоторых диско-
вых изделий.
Задачей полезной модели является повышение качества закалки дисковых изделий за
счет достижения одинаковой твердости упрочненного слоя по периметру изделия.
Для достижения поставленной задачи в устройстве для поверхностной закалки диско-
вых изделий с нагревом токами высокой частоты, содержащем станину с установленными
на ней механизмами крепления, перемещения и вращения дискового изделия, индукцион-
ный нагреватель в виде петлеобразного индуцирующего токопровода, охватывающего с
обеих сторон рабочую часть дискового изделия, и спрейер, индукционный нагреватель и
спрейер расположены на одном уровне и выполнены в виде дуг, располагающихся по
окружности рабочей части дискового изделия, при этом индукционный нагреватель занима-
ет не менее 1/4 длины окружности рабочей части дискового изделия, а спрейер - не менее
1/2.
Сущность заявляемого технического решения заключается в одновременной закалке
всего обрабатываемого дискового изделия, что позволяет избежать образования переход-
ной зоны. Дисковое изделие помещается в индукционный нагреватель и спрейер. Далее во
время вращения дискового изделия между витками индукционного нагревателя происхо-
дит равномерный нагрев его рабочей части до температуры закалки, после чего нагрев
выключается, а на спрейер немедленно подается вода и происходит охлаждение изделия.

3. BY 6825 U 2010.12.30
3
В результате такой обработки достигается равномерная твердость поверхности дискового
изделия по всему периметру.
Индукционный нагреватель должен занимать не менее 1/4 длины окружности рабочей
части дискового изделия для равномерного и быстрого ее нагрева до температуры закал-
ки. При меньших размерах индукционного нагревателя для нагрева рабочей части диско-
вого изделия до температуры закалки необходимо больше времени, при этом происходит
перегрев кромки дискового изделия, что приводит к ее оплавлению или образованию тре-
щин при охлаждении. Спрейер должен занимать не менее 1/2 длины окружности рабочей
части дискового изделия для равномерного охлаждения с большой скоростью. Если
спрейер будет иметь меньшие размеры, это может привести к неравномерности охлажде-
ния, что влечет за собой коробление дискового изделия или образование трещин вслед-
ствие возникновения напряжений.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен вид закаливаемого из-
делия с индукционным нагревателем и спрейером сверху; на фиг. 2 - разрез A-A.
Устройство для поверхностной закалки дисковых изделий с нагревом токами высокой
частоты состоит из станины, на которой установлены механизмы крепления, перемещения
и вращения дискового изделия (на чертежах не показаны), индукционного нагревателя 1,
который выполнен в виде петлеобразного индуцирующего токопровода, охватывающего с
обеих сторон рабочую часть дискового изделия 2, и спрейера 3. Причем индукционный
нагреватель 1 и спрейер 3 расположены на одном уровне и выполнены в виде дуг, распо-
лагающихся по длине окружности рабочей части дискового изделия 2, при этом индукци-
онный нагреватель 1 занимает не менее 1/4 длины окружности рабочей части дискового
изделия 2, а спрейер 3 - не менее 1/2.
Устройство работает следующим образом.
Дисковое изделие 2 при помощи механизма крепления (на чертеже не показано) фик-
сируется в устройстве. При помощи механизма перемещения (на чертеже не показано) ра-
бочая часть дискового изделия вводится в зазор между двумя витками индукционного
нагревателя 1 и в зазор между двумя дугами спрейера 3. При помощи механизма враще-
ния (на чертеже не показано) дисковое изделие 2 приводится в движение с частотой 1-2
оборота в секунду и проходит через индукционный нагреватель 1 несколько раз до полно-
го прогрева. По достижении необходимой температуры нагрев отключается и на спрейер 3
немедленно подается вода, в результате чего происходит закалка дискового изделия 2.
Равномерность охлаждения обеспечивается вращением дискового изделия 2 с частотой 1-
2 оборота в секунду. Температура и время нагрева дискового изделия 2 регулируются с
помощью изменения скорости его вращения, а скорость охлаждения контролируется дав-
лением воды, подаваемой на спрейер 3.
Испытания заявляемого устройства проводили следующим образом.
В качестве обрабатываемого изделия использовали диск ВМС Ф160 трубоотрезного
станка, изготовленный из стали 40X. Высокочастотная закалка дисков проводилась с при-
менением лампового генератора ВЧГ-100/0,066. Диски труборезного станка подвергали
нагреву в петлеобразном индукционном нагревателе до температуры 900 °С при скорости
вращения 1-2 оборота в секунду. Температуру контролировали при помощи пирометра. По
достижении необходимой температуры нагрев автоматически выключался, а на спрейер по-
давалась вода. Таким образом, диск, вращаясь в зазоре между дугами спрейера, охлаждался
равномерно. Однородность закалки контролировали путем измерения твердости по пери-
метру рабочей части дискового изделия. Установлено, что в результате поверхностной за-
калки дисков ВМС Ф160 трубоотрезного станка из стали 40X получали упрочненный слой
глубиной 2-2,5 мм с одинаковой твердостью поверхности 58-60 HRC по всему периметру.
Причем переходная зона с пониженной твердостью 35-45 HRC, которая наблюдалась у дис-
ковых изделий, обработанных с помощью устройства прототипа, отсутствовала. Тем самым
за счет получения высокой равномерной твердости поверхности рабочей части дискового

4. BY 6825 U 2010.12.30
4
изделия удалось повысить ее износостойкость, исключить вероятность образования вмятин
при работе и увеличить долговечность и ресурс использования.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.