RU2554244C1 - Thread strengthening method - Google Patents
Thread strengthening method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554244C1 RU2554244C1 RU2013152671/02A RU2013152671A RU2554244C1 RU 2554244 C1 RU2554244 C1 RU 2554244C1 RU 2013152671/02 A RU2013152671/02 A RU 2013152671/02A RU 2013152671 A RU2013152671 A RU 2013152671A RU 2554244 C1 RU2554244 C1 RU 2554244C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser beam
- thread
- laser
- laser spot
- threaded
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения резьбовых, преимущественно длинномерных, изделий, и может быть использовано для упрочнения метрической резьбы в изделиях, работающих при повышенных нагрузках.The invention relates to the field of engineering, in particular to the technology of hardening threaded, mainly long, products, and can be used to harden metric threads in products operating at high loads.
Известен способ упрочнения резьбы, основанный на использовании лазерного воздействия на поверхность резьбы, при этом регулирование поглощаемой поверхностью энергии лазерного излучения осуществляют путем изменения поглощающей способности поверхности выступов и впадин резьбы (патент РФ №2241766, кл. C21D 1/09, от 10.12.2004 г.).A known method of hardening a thread, based on the use of laser exposure to the surface of the thread, the regulation of the energy absorbed by the surface of the laser radiation is carried out by changing the absorption capacity of the surface of the protrusions and troughs of the thread (RF patent No. 2241766, class C21D 1/09, dated 10.12.2004 .).
По мнению авторов данного изобретения это позволяет повысить качество закаленного слоя за счет выравнивания его глубины при расширении диапазона использования лазерной технологии обработки резьбовых поверхностей.According to the authors of this invention, this improves the quality of the hardened layer by leveling its depth while expanding the range of use of laser technology for processing threaded surfaces.
Недостатком данного способа является сложность процесса и относительно низкая производительность процесса обработки, обусловленные тем, что, во-первых, данный способ требует предварительной подготовки обрабатываемой поверхности, заключающейся в нанесении светопоглощающего покрытия гальваническим методом и осаждением на поверхность химических растворов. Сложность заключается также и в том, что необходима защита поверхности резьбы технологическими масками. Использование масок при нанесении их на резьбовую поверхность снижает точность получения заданных размеров защиты выступов и впадин резьбы, что повышает вероятность получения структурного градиента, выходящего за пределы допустимости, и снижает качество обрабатаваемой поверхности.The disadvantage of this method is the complexity of the process and the relatively low productivity of the processing process, due to the fact that, firstly, this method requires preliminary preparation of the treated surface, which consists in applying a light-absorbing coating by the galvanic method and deposition of chemical solutions on the surface. The difficulty lies in the fact that it is necessary to protect the surface of the thread with technological masks. The use of masks when applying them to a threaded surface reduces the accuracy of obtaining the specified dimensions of the protection of the protrusions and depressions of the thread, which increases the likelihood of obtaining a structural gradient that is beyond the limits of tolerance, and reduces the quality of the processed surface.
Известен также способ упрочнения резьбы, включающий поверхностную обработку впадин и выступов резьбовой поверхности лазерным излучением (патент №2047661, кл. C21D 1/09, от 10.11.1995 г.).There is also known a method of hardening the thread, including surface treatment of the depressions and protrusions of the threaded surface by laser radiation (patent No. 2047661, CL C21D 1/09, from 10.11.1995,).
Данный способ позволяет формировать слой с гетерогенными электрохимическими свойствами за счет оплавления выступов зубьев резьбы под действием лазерного излучения и изменять электрохимический потенциал, обеспечивающий разность потенциалов между впадинами и зубьями резьбы и созданию искусственной гальванопары между обработанными поверхностями резьбового соединения, что в конечном итоге повышает корозионно-усталостную долговечность.This method allows you to form a layer with heterogeneous electrochemical properties due to the fusion of the protrusions of the teeth of the thread under the action of laser radiation and to change the electrochemical potential, providing a potential difference between the hollows and teeth of the thread and the creation of artificial galvanic pairs between the machined surfaces of the threaded connection, which ultimately increases the corrosion-fatigue durability.
Недостатком данного способа является относительно низкая эффективность обработки впадин и выступов резьбовой поверхности, вызванная тем, что не для всех материалов возможно создание требуемой искусственной гальванопары между обрабатываемыми поверхностями.The disadvantage of this method is the relatively low efficiency of processing cavities and protrusions of the threaded surface, due to the fact that not all materials can create the required artificial galvanic pair between the machined surfaces.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является способ обработки резьбовой поверхности изделия, вкючающий формирование пятна лазерного луча на дне резьбовой канавки по ее центру и перемещение лазерного луча относительно продольной оси при одновременном вращении изделия, при этом величина перемещения лазерного луча равна величине шага резьбы за один оборот вращения (патент №2241765, кл. C21D 1/09, от 27.07.2004 г.).The closest technical solution for the combination of essential features is a method for processing a threaded surface of a product, including forming a laser beam spot at the bottom of the threaded groove in its center and moving the laser beam relative to the longitudinal axis while rotating the product, while the amount of laser beam movement is equal to the thread pitch per one rotation revolution (patent No. 2241765, class C21D 1/09, dated July 27, 2004).
Техническое решение, описанное в данном патенте, направлено на повышение упрочнения резьбы за счет повышения точности позиционирования лазерного луча на дне резьбовой канавки путем синхронизации частоты вращения обрабатываемой поверхности со скоростью перемещения луча лазера вдоль ее образующей.The technical solution described in this patent is aimed at improving thread hardening by improving the accuracy of positioning the laser beam at the bottom of the threaded groove by synchronizing the rotation frequency of the machined surface with the speed of the laser beam along its generatrix.
Недостатком данного способа является недостаточная точность позиционирования лазерного луча на дне резьбовой канавки, вызванная тем, что в данном случае требуется корректировка положения элементов оптической системы, что снижает производительность способа и повышает вероятность сбоя синхронизации частоты вращения и скорости перемещения луча лазера.The disadvantage of this method is the insufficient accuracy of the positioning of the laser beam at the bottom of the threaded groove, due to the fact that in this case, the adjustment of the position of the elements of the optical system is required, which reduces the performance of the method and increases the likelihood of failure of synchronization of the rotation frequency and the speed of the laser beam.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении упрочнения резьбы и производительности способа.The problem to which the invention is directed, is to increase the hardening of the thread and the performance of the method.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе упрочнения резьбы, включающем формирование пятна лазерного луча на дне резьбовой канавки по ее центру, перемещение лазерного луча относительно продольной оси при одновременном вращении изделия, при этом величина перемещения лазерного луча равна величине шага резьбы за один оборот, формирование пятна лазерного луча осуществляют при удельной плотности энергии излучения газового лазера, работающего в непрерывном режиме, равной 12÷20 Вт/см2, а диаметр пятна лазерного луча выбирают из соотношения d=(1,2÷1,7)s, где d - диаметр пятна лазерного луча, s - шаг резьбы.The problem is solved due to the fact that in the method of hardening the thread, including the formation of a laser beam spot at the bottom of the threaded groove in its center, the movement of the laser beam relative to the longitudinal axis while rotating the product, while the amount of movement of the laser beam is equal to the thread pitch per revolution the formation of the laser beam spot is carried out at a specific energy density of the radiation of a gas laser operating in a continuous mode equal to 12 ÷ 20 W / cm 2 and the diameter of the laser beam spot is selected from relations d = (1.2 ÷ 1.7) s, where d is the diameter of the spot of the laser beam, s is the thread pitch.
В качестве источника нагрева может быть использован волоконный лазер.As a heating source, a fiber laser can be used.
На фиг.1 представлена иллюстрация способа упрочнения резьбы, где 1 - участок метрической резьбы, подвергаемый лазерной обработке, 2 - луч лазера, направляемый на дно резьбовой канавки по ее центру, 3 - ось вращения заготовки с резьбой, 4 - направление перемещения лазерного луча.Figure 1 shows an illustration of a thread hardening method, where 1 is a metric thread section subjected to laser processing, 2 is a laser beam directed to the bottom of the threaded groove in its center, 3 is the axis of rotation of the workpiece with thread, 4 is the direction of movement of the laser beam.
Способ упочнения резьбы осуществляется следующим образом.The method of hardening the thread is as follows.
Заготовка с резьбой закрепляется в шпинделе с возможностью ее вращения вокруг оси 3.The workpiece with a thread is fixed in the spindle with the possibility of rotation around
При включении лазера вначале формируется пятно лазерного луча на дне резьбовой канавки по ее центру, при этом диаметр пятна лазерного луча выбирают из соотношения d=(1,2÷1,7)s, где d - диаметр пятна лазерного луча, s - шаг резьбы, и после выведения работы лазера на рабочий режим начинается обработка резьбовой поверхности заготовки. Величина перемещения лазерного луча равна величине шага резьбы за один оборот, формирование пятна лазерного луча осуществляют при удельной плотности энергии излучения газового лазера, работающего в непрерывном режиме, равной 12÷20 Вт/см2.When the laser is turned on, a laser beam spot is first formed at the bottom of the threaded groove in its center, while the diameter of the laser beam spot is selected from the relation d = (1.2 ÷ 1.7) s, where d is the diameter of the laser beam spot, s is the thread pitch , and after bringing the laser operation to the operating mode, processing of the threaded surface of the workpiece begins. The magnitude of the movement of the laser beam is equal to the value of the thread pitch per revolution, the formation of the laser beam spot is carried out at a specific energy density of the radiation of a gas laser operating in a continuous mode, equal to 12 ÷ 20 W / cm 2 .
Использование газового лазера, обеспечивающего удельную плотность энергии излучения лазера, равную 12÷20 Вт/см2, при пятне лазерного луча d=(1,2÷1,7)s обеспечивает устойчивое позиционирование лазерного луча на дне резьбовой канавки.The use of a gas laser, providing a specific energy density of laser radiation equal to 12 ÷ 20 W / cm 2 , with a laser beam spot d = (1,2 ÷ 1,7) s provides stable positioning of the laser beam at the bottom of the threaded groove.
Использование при этом газового лазера с присущей ему высокой когерентностью и размеру фокального пятна, близкого к длине световой волны, позволяет уменьшить угол расхождения лазерного луча «θ», что в совокупности с выбором соотношения диаметра пятна и шага резьбы обеспечивает устойчивое позиционирование лазерного луча на дне резьбовой канавки на всем протяжении обработки. В конечном итоге это позволяет значительно уменьшить структурный градиент обрабатываемой резьбовой поверхности и тем самым повысить упрочнение резьбы и повысить производительность способа обработки.The use of a gas laser with its inherent high coherence and focal spot size close to the wavelength of the light reduces the angle of divergence of the laser beam "θ", which, combined with the choice of the ratio of the spot diameter and the pitch of the thread, ensures stable positioning of the laser beam at the bottom of the threaded grooves throughout processing. Ultimately, this can significantly reduce the structural gradient of the machined threaded surface and thereby increase the hardening of the thread and increase the productivity of the processing method.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013152671/02A RU2554244C1 (en) | 2013-11-28 | 2013-11-28 | Thread strengthening method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013152671/02A RU2554244C1 (en) | 2013-11-28 | 2013-11-28 | Thread strengthening method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2554244C1 true RU2554244C1 (en) | 2015-06-27 |
Family
ID=53498390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013152671/02A RU2554244C1 (en) | 2013-11-28 | 2013-11-28 | Thread strengthening method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2554244C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU205342U1 (en) * | 2017-09-12 | 2021-07-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ТермоЛазер" | Installation of gas laser hardening of the inner surface of tubular products |
| RU2759200C1 (en) * | 2021-02-01 | 2021-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" | Method for hardening elements of conical threaded connection by laser radiation source (options) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2047661C1 (en) * | 1992-09-17 | 1995-11-10 | Государственная академия нефти и газа им.И.М.Губкина | Threaded article treatment method |
| RU2113512C1 (en) * | 1996-12-14 | 1998-06-20 | Акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" | Method for heat treatment of blades of hot saws for cutting rolled products |
| RU2241765C2 (en) * | 2003-01-16 | 2004-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПАОЛ" | Method and apparatus for laser processing of conical threaded surface |
| RU2482194C2 (en) * | 2011-03-15 | 2013-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС (ИрИИТ)) | Method of laser processing of gear tooth working surface |
-
2013
- 2013-11-28 RU RU2013152671/02A patent/RU2554244C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2047661C1 (en) * | 1992-09-17 | 1995-11-10 | Государственная академия нефти и газа им.И.М.Губкина | Threaded article treatment method |
| RU2113512C1 (en) * | 1996-12-14 | 1998-06-20 | Акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" | Method for heat treatment of blades of hot saws for cutting rolled products |
| RU2241765C2 (en) * | 2003-01-16 | 2004-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПАОЛ" | Method and apparatus for laser processing of conical threaded surface |
| RU2482194C2 (en) * | 2011-03-15 | 2013-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС (ИрИИТ)) | Method of laser processing of gear tooth working surface |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU205342U1 (en) * | 2017-09-12 | 2021-07-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ТермоЛазер" | Installation of gas laser hardening of the inner surface of tubular products |
| RU2759200C1 (en) * | 2021-02-01 | 2021-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" | Method for hardening elements of conical threaded connection by laser radiation source (options) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103658993B (en) | Crystal silicon surface femtosecond laser selective ablation method based on electron dynamic control | |
| JP6224707B2 (en) | Apparatus and manufacturing method for manufacturing three-dimensional solid object using lamination | |
| CN100546754C (en) | Laser processing apparatus and method of adjusting the same | |
| CN103018799B (en) | Femtosecond laser wet etching is utilized to prepare the method for microlens array quasi-periodicity | |
| RU2554244C1 (en) | Thread strengthening method | |
| CN204075509U (en) | Optical beam forming apparatus | |
| JP7167051B2 (en) | Manufacturing methods and lenses for transmissive or reflective optics | |
| CN104136163A (en) | Device for the laser processing of a surface of a workpiece or for the post-treatment of a coating on the outside or the inside of a workpiece | |
| CN105798454A (en) | Method for preparing micro-nano composite structure through nanosecond laser induced cracks | |
| CN113441852A (en) | Laser spiral scanning blind hole manufacturing method | |
| JP2004035953A (en) | Hardening method and apparatus using laser beam | |
| CN107953040B (en) | High-precision laser processing device and system | |
| He et al. | High-efficiency sub-micrometer multi-beam interference structuring for large-scale surface using ultrashort laser pulses | |
| CN104294011B (en) | Hole laser quenching head and process for quenching | |
| CN101256276B (en) | A Laser Beam Focusing Integer Parabolic Mirror | |
| JP4848297B2 (en) | Peripheral periodic structure processing method and outer peripheral periodic structure processing apparatus | |
| RU2545473C1 (en) | Thread strengthening method | |
| RU2675884C1 (en) | Method of laser thermal treatment of thread connections | |
| EP3962691A1 (en) | Arrangement for modifying surfaces of metal components | |
| RU2580350C1 (en) | Device for hardening surface of component | |
| CN105055050B (en) | The method that patterned surface prepares low friction high rigidity artificial hip joint bulb | |
| RU2576292C2 (en) | Method for surface treatment to increase emissivity | |
| CN203992813U (en) | For the phasing device of laser cutting system | |
| Hu et al. | LIPSS formed on the sidewalls of microholes in stainless steel trepanned by a circularly polarized femtosecond laser | |
| RU2777831C1 (en) | Device for laser heat strengthening of threads and method for laser heat strengthening of threads |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151129 |