Патент на изобретение №2152865

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Использование: изобретение относится к области пескоструйной обработки, а именно к способам создания заданной текстуры поверхности изделий, преимущественно плоских полуфабрикатов из титановых сплавов, например листов. Технический результат: улучшается качество и внешний вид поверхности изделий, повышается технологичность изделий при последующей их обработке. Сущность изобретения: в предлагаемом способе обработки поверхности изделий, включающем операцию очистки поверхности от окалины или окисной пленки, при котором используют метод струйно-абразивной обработки поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами, одновременно удаляют дефектный слой металла и проводят финишную операцию травления или осветления с получением текстуры поверхности произвольного типа с величиной шероховатости Ra=0,5-5,5 мкм. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области пескоструйной обработки поверхности, в частности к способам создания заданной текстуры поверхности, преимущественно плоских полуфабрикатов из титановых сплавов, например листов.

Тонкая и равномерная текстура поверхности листов является одним из основных условий хорошей адгезии и качественного нанесения лакокрасочных, полимерных, пленочных и металлических покрытий. При глубокой вытяжке тонких листов такая текстура способствует меньшему износу штамповочного инструмента и увеличению ресурса его работы.

Для повышения качества поверхности холоднокатаного листа, в том числе автолиста, рабочие поверхности прокатных валков текстурируют с использованием методов электроэрозии, электронной пушки, дробеструйной и лазерной обработки. При этом большое значение имеет не только соблюдение требуемой величины шероховатости поверхностей, но и максимально равномерное распределение микропиков и микровпадин по длине бочки валка (см. журнал “Сталь” N 12, 1994 г. с.38-40).

Фирмой Cockerill Sambre (Metec Congr: 94: Proc. Vol.2 – Dusseldorf, 1994 – с. 356-362) разработана технология изготовления листов с произвольной и заданной шероховатостью методом лазерного текстурирования. Технология обеспечивает изготовление четко определенной и хорошо воспроизводимой шероховатости. Наибольшее применение технология получила при глубокой вытяжке и подобных областях применения.

Известен способ создания шероховатости на поверхностях деталей, включающий шлифование поверхности, пескоструйную обработку, при условии d = 0,9(R_z – 1)² + 40 (где R_z – величина шероховатости поверхности, мкм; d – размер абразива, мкм) и никелирование поверхности (патент РФ N 2019381, кл. B 24 B 3/00. публ. 1994 г., Бюл. N 17).

Изобретение может быть использовано для обработки прямолинейных, цилиндрических, сферических и криволинейных поверхностей с целью получения шероховатости типа “песочной” с заданной размерностью.

Все перечисленные известные способы имеют следующие недостатки: низкую воспроизводимость, неудовлетворительные качественные характеристики получаемой шероховатости, длительное время обработки, дорогое и сложное оборудование, требующее особых условий работы. Каждый из недостатков приводит к ограничению или невозможности применения способов в условиях конкретного производства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ обработки поверхности изделий, включающий операцию очистки поверхности от окалины или окисной пленки, при котором используют метод струйно-абразивной обработки поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами (a.c. SU 1740142 A1, кл. B 24 C 1/00, 1992).

Недостатками ближайшего аналога является недостаточно высокое качество поверхности и внешнего вида изделий, что снижает технологичность изделий при последующей их обработке.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение качества и внешнего вида поверхности изделий, повышение технологичности полуфабриката при последующей его обработке.

После горячей прокатки и термообработки поверхность листового полуфабриката (толщиной менее 5 мм) покрыта окислами, имеет поверхностные дефекты и участки повышенной твердости. Удаление дефектов с поверхности горячекатаного полуфабриката осуществляют при большой толщине дробеметной обработкой, при малой – щелочением в солевом растворе с последующим кислотным травлением и шлифованием поверхности.

Твердый и толстый слои окалины, образованные на поверхности горячекатанного листа, хорошо удаляются дробеметной обработкой. Слой окисной пленки на холоднокатаном листе или листе, полученном пакетной прокаткой, очень тонок и имеет прочное сцепление с основным металлом, удаляется в расплаве солей. Тонкий лист при дробеметной обработке теряет форму, при щелочении в расплаве солей вероятно возгорание.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки поверхности изделий одновременно удаляют дефектный поверхностный слой металла и проводят финишную операцию травления или осветления с получением текстуры поверхности произвольного типа с величиной шероховатости R_a = 0,5…5,5 мкм.

Предложенный способ реализуют посредством применения операции струйноабразивной обработки поверхности. Водовоздушную смесь, наполненную мелкодисперсными частицами, разгоняют потоком сжатого воздуха. Размер и твердость частиц, давление сжатого воздуха определяют величину шероховатости поверхности. Скорость встречи частиц с обрабатываемой поверхностью составляет не менее 120 м/с. В результате обработки получают произвольный (“песочный”) тип текстуры (ГОСТ 2789, CPW31, BACD2097).

Отличительной особенностью заявляемого способа является возможность совмещения операций очистки поверхности от окалины и окисных пленок с одновременным удалением дефектного поверхностного слоя металла. При необходимости можно производить обработку листа без удаления металла. В среднем величина удаляемого слоя за проход составляет 10…50 мкм. В сочетании с финишной операцией травления (осветления) получают шероховатость поверхности с величиной R_a = 0,5…5,5 мкм, что удовлетворяет широким требованиям заказчика.

Следует особо подчеркнуть, что при обработке листов на поверхности не создается дополнительных напряжений, способствующих искажению формы листа. Повторяемость и однородность микрорельефа и текстуры поверхности обеспечивается и регулируется параметрами технологического процесса, которые легко контролируются. Кроме того, посредством регулирования режимов процесса достигают выравнивания уровня механических свойств (остаточных напряжений) в случае неплоскостности поверхности листа.

Полученная текстура поверхности улучшает обрабатываемость полуфабрикатов, снижает трудоемкость и повышает качество финишной обработки поверхности готовых изделий (химическая обработка, нанесение покрытий и т.п.), что в целом улучшает внешний вид и качество поверхности, повышает выход годного.

Как отмечалось ранее, подобная текстура повышает ее адгезионные свойства, что улучшает качество покрытий (лакокрасочных, гальванических и т. п. ). При штамповке листов такая текстура способствует лучшему захвату смазки, меньшему износу штампового инструмента и увеличению ресурса его работы. Создаваемый стабильный смазывающий слой обеспечивает равномерность процесса деформирования, исключает поверхностные дефекты штамповки (задиры, складки, “апельсиновая корка”) и повышает выход годного.

Кроме того, предлагаемый способ обработки поверхности экономичен, пожаро-(взрыво-) безопасен, рабочая среда (вода и абразив) используются многократно и не требуют дополнительных дорогостоящих мер для утилизации отходов. В качестве наполнителя струи используют, как правило, отходы производства.

Пример. В производственных условиях листопрокатного цеха была произведена обработка партии листов из сплава Ti6Al4V толщиной 0,3 … 5,0 мм. Производительность процесса составила 0,35…0,15 м²/мин. Давление сжатого воздуха соответствовало 2,0. ..4,5 бар при диаметре условного прохода 1/2” … 1”. В качестве наполнителя рабочей смеси использовали мелкодисперсный абразивный порошок размером не более 40 … 50 мкм.

При использовании частиц размером 5…15 мкм, с твердостью по Моосу 1… 2, давлении сжатого воздуха 2,0…4,0 бар была получена шероховатость поверхности с величиной R_a = 0,5…1,5 мкм. При добавлении в раствор 10% частиц с твердостью по Moocy 8. . . 9 и размером менее 50 мкм при давлении сжатого воздуха 3,5. ..4,5 бар была получена шероховатость поверхности листов с величиной R_a до 5,5 мкм. Дальнейшее увеличение шероховатости возможно, но нецелесообразно.

Удаляемый за проход слой достигал 50 мкм при обработке толстых листов толщиной 2,5 мм и не более 30 мкм при обработке тонких листов.

Формула изобретения

1. Способ обработки поверхности изделий, включающий операцию очистки поверхности от окалины или окисной пленки, при котором используют метод струйно-абразивной обработки поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами, отличающийся тем, что одновременно удаляют дефектный поверхностный слой металла и проводят финишную операцию травления или осветления с получением текстуры поверхности произвольного типа с величиной шероховатости R_а = 0,5 – 5,5 мкм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработке подвергают плоские полуфабрикаты из сплавов титана.