Патент на изобретение №2193606
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ И ЧУГУННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ
(57) Реферат: Изобретение может быть использовано в области металлообработки для повышения износостойкости различных деталей машин, преимущественно тел вращения, путем фрикционно-механического нанесения антифрикционного плакирующего покрытия и последующего электромеханического сглаживания. Одновременно друг за другом сначала осуществляют натирание рабочей поверхности изделия одним инструментом, изготовленным из меди или его сплавов (латунь, бронза), до слоя толщиной 9 мкм, затем производят электромеханическое сглаживание этой поверхности другим инструментом, изготовленным из твердого сплава с радиусной рабочей поверхностью, со скоростью 0,1-0,2 м/с при давлении 10 МПа и плотности тока 110-150 А/мм, причем оба инструмента и изделие при обработке образуют общую рабочую электрическую цепь. При реализации способа создается модифицированный микрорельеф поверхности, обеспечивающий снижение коэффициента трения более чем в 2 раза, создание условий для удержания смазки на поверхности, повышение износостойкости и увеличение нагрузки до заедания. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к области металлообработки, касается методов повышения износостойкости различных деталей машин путем фрикционно-механического нанесения антифрикционного плакирующего покрытия и последующей электромеханической обработки. Известны способы обработки рабочих поверхностей изделий: гильз цилиндров, шеек коленчатых валов, осей и др. (Повышение износостойкости на основе избирательного переноса. /Под ред. Д. Н. Гаркунова – М.: Машиностроение, 1977.-215 с.; Гаркунов Д.Н. Триботехника. – М.: Машиностроение, 1989.-328 с. ) путем фрикционно-механического нанесения на них тонкого слоя материала, имеющего повышенные противозадирные свойства и способствующего повышению износостойкости изделия. Недостатками этого способа являются необходимость (как правило) предварительной химико-термической упрочняющей обработки поверхностей; длительность, сложность процесса и большие затраты энергии и компонентов; отсутствие требуемого микрорельефа и недостаточная износостойкость поверхности. Известны способы обработки поверхностей (а.с. 91691, СССР; Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. – Л.: Машиностроение, 1989. -184 с.) посредством электромеханического их упрочнения. В процессе обработки этим способом через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего выступающие гребешки поверхности изделия подвергаются сильному нагреву, под давлением инструмента деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой металла упрочняется. Этот способ существенно изменяет физико-механические свойства поверхностного слоя и позволяет повысить износостойкость, а также другие эксплутационные характеристики изделия. Однако данный способ не обеспечивает высокие противозадирные и антифрикционные свойства поверхностного слоя, не исключает схватывания рабочих поверхностей. Известен способ фрикционной обработки стальных изделий (патент 2008366, кл. С 23 С 26/ 00, РФ – принят за прототип), заключающийся в том, что натирание поверхности латунным прутком осуществляют поступательным перемещением прутка под углом к поверхности со скоростью 1,0-1,5 м/с под давлением 20-30 кгс/мм с одновременным наложением ультразвуковых колебаний с частотой 18-20 кГц и амплитудой 50-70 мкм. Такой способ повышает качество обработанной поверхности, его производительность. Однако данный способ отличается сложностью, необходимостью применения специального оборудования; не происходит изменения структуры поверхностного слоя, поэтому повышение износостойкости происходит лишь частично за счет повышения антифрикционных свойств поверхности, обработанной присадочным материалом. Достигаемый технический результат по заявленному изобретению – повышение износостойкости обработанной поверхности изделия путем образования направленного микрорельефа, увеличения прочности сцепления легирующего (присадочного) и основного материалов при одновременном упрочнении поверхностного слоя металла изделия. Указанный технический результат достигается за счет того, что натирание поверхности изделия осуществляют инструментом до слоя толщиной 9 мкм, после чего проводят упрочняющую обработку путем сглаживания поверхности твердосплавным инструментом со скоростью 0,1-0,2 м/с при давлении 10 МПа и плотности тока 110-150 А/мм2, причем инструменты и изделие образуют общую рабочую электрическую цепь, а изделия представляют собой тела вращения, натирание которых проводят инструментом из латуни или бронзы. На фиг. 1 схематично представлена исходная поверхность (шероховатость поверхности после ее обработки резанием); на фиг. 2 – микрорельеф той же поверхности после натирания легирующим материалом; на фиг. 3 – поверхность с легирующим материалом после электромеханического сглаживания. Способ осуществляется следующим образом. На исходную поверхность (фиг.1) с заданной шероховатостью Ra при ее контакте с инструментом, выполненным на основе меди и являющимся одновременно проводником электрического тока, переносится тончайший слой материала инструмента (пленка до 0,01 мм) за счет механического трения и одновременного подвода электрического тока к изделию. Получается поверхность (фиг. 2), состоящая из основного металла 1 и легирующего элемента 2, частицы которого располагаются во впадинах исходного профиля, образуя незначительные пустоты между основным и присадочным материалами (на чертеже не обозначены). При последующей электромеханической обработке поверхности твердосплавным инструментом в месте контакта с деталью происходит местный нагрев поверхности контакта выше температуры фазового превращения, что приводит к разрушению окисных пленок, смятию микронеровностей с одновременным плотным заполнением полостей, устьев микротрещин и углублений присадочным материалом – его “завальцовыванию” (фиг. 3). Предлагаемая комплексная фрикционно-электромеханическая обработка обеспечивает дополнительную активацию процесса нанесения покрытия за счет срабатывания термического канала (интенсивный нагрев локальных участков поверхности) и механического канала (разрушение окисных пленок, улучшение сцепления наносимого слоя с поверхностью). Кроме того, поверхностный слой детали упрочняется до 8000 МПа на глубину до 0,1 мм, снижается шероховатость поверхности, появляются остаточные напряжения сжатия. В результате на поверхности изделия обеспечивается положительный градиент свойств, позволяющих значительно повысить износостойкость рабочих поверхностей трения. Например, образцы, подвергнутые обработке по предложенному способу, оценивали лабораторными методами на машине трения СМТ-1 по схеме “ролик – колодка”. Ролики и колодки изготавливали из стали 45, шероховатость поверхности оценивали профилометром-профилографом ВЭИ-201 завода “Калибр”. Равномерность покрытия оценивали визуально, используя лупу двухкратного увеличения. Испытания образцов с покрытиями проводили при постоянной нагрузке 980 Н и частоте вращения ролика 50 об/мин. Противозадирные свойства оценивали по изменению коэффициента трения в зависимости от пути трения, который замеряли и непрерывно регистрировали на ленте потенциометра КСП-4. Таким образом, на образцах, обработанных по предлагаемому способу, создается характерный модифицированный микрорельеф поверхности – композиция определенной микрогеометрии слоев с высокой микротвердостью и участками с нанесенным покрытием, что снижает более чем в 2 раза коэффициент трения, создаются условия для удержания смазки в сопряжении (увеличение маслоемкости), значительно повышается износостойкость и увеличивается нагрузка до заедания. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 03.06.2003
Извещение опубликовано: 20.11.2004 БИ: 32/2004
|
||||||||||||||||||||||||||
