Способ нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности деталей и устройство для его осуществления

 

Использование: в машиностроении на финишных операциях. Сущность изобретения: проводится упрочняющая обработка поверхностни методом пластического деформирования и нанесение металлического покрытия из специальной жидкости, содержащей соли защитного металла. В качестве инструмента используют металлическую щетку, которую устанавливают с эксцентриситетом относительно оси детали и осуществляют ее вращение с одновременным возвратно-поступательным перемещением относительно продольной оси детали. Натяг ворса щетки относительно обрабатываемой поверхности устанавливается при предварительной обработке в пределах 0,8 - 1,5 мм, а при нанесении покрытия (подача жидкости в зону контакта) в пределах 2 - 4 мм. Кроме того, в устройстве для осуществления способа сепараторы-зажимы V-образного ворса щетки выполнены с пазами, имеющими различные наклоны боковых стенок для закрепления и фиксации ворса. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на финишных операциях для упрочняющей обработки рабочих поверхностей с одновременным нанесением покрытий из пластичных металлов.

Известен способ нанесения металлических покрытий при котором материал покрытия в виде проволоки определенного диаметра вносится в зону обработки при одновременном поверхностном деформировании и за счет статического давления инструмента наносится на обрабатываемую поверхность. Способ нанесения металлических покрытий с использованием металлических вращающихся щеток, когда материал покрытия переносится на поверхность из твердого стержня, расположенного перед обрабатываемой поверхностью и прижимается к ворсу щетки с определенным усилием [1] Наиболее близким к предлагаемому устройству является конструкция инструмента, содержащего корпус, установленные на нем секции сепараторов-зажимов с V-образным металлическим ворсом и элементы крепления секций на корпус [2] Недостатки известных способов и устройства для его осуществления заключаются в том, что они не обеспечивают необходимые эксплуатационные характеристики обрабатываемых деталей, так как недостаточная прочность сцепления получаемого покрытия с основным металлом обуславливает его невысокую износостойкость и долговечность.

Задача изобретения значительное улучшение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей после обработки за счет их износостойкости и повышение сцепляемости покрытия с основой.

Задача решается за счет того, что в способе нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности деталей, при котором после предварительного пластического деформирования поверхности инструментом осуществляется упрочнение рабочей поверхности с одновременной подачей в зону контакта смазочно-охлаждающей жидкости, содержащей соли защитного металла. В отличие от прототипа в качестве обрабатывающего инструмента используют металлическую вращающуюся щетку, установленную с эксцентриситетом относительно оси обрабатываемой детали, при этом процесс упрочнения и нанесения покрытия осуществляется вращающейся щеткой с одновременным возвратно-поступательным перемещением ее относительно продольной оси детали, а натяг ворса щетки устанавливается при предварительном деформировании в пределах 0,8-1,5 мм, а при подаче СОЖ в зону контакта (нанесения покрытия) пределах 2-4 мм.

Кроме того, в устройстве для осуществления способа в отличие от прототипа сепараторы-зажимы V-образного металлического ворса выполнены с пазами, имеющими наклонные боковые стенки, а секции сепараторов установлены на общем корпусе (вале) со смещением друг относительно друга на одно отверстие. Для установления эксцентриситета (натяга) имеется кулачок на валу щетки.

При осуществлении изобретения достигается технический результат, заключающийся в том, что повышается сцепляемость материала покрытия с основой за счет образования ювенильной поверхности на детали при предварительной обработке в результате упрочнения и снятия с поверхности окисной пленки и деформирования более прочного подслоя.

Данный технический результат обеспечивается установлением определенного натяга ворса щетки при различных переходах обработки и осуществлением одновременно с вращением обрабатывающего инструмента и его возвратно-поступательного перемещения относительно продольной оси обрабатываемой детали.

Величина натяга ворса щетки определяется устанавливаемым эксцентриситетом. Экспериментально установлено, что для предварительной упрочняющей обработки натяг ворса щетки должен быть 0,8-1,5 мм. При этом в поверхностном слое материала формируется благоприятные остаточные напряжения и более низкая шероховатость. Кроме того, при упрочняющей обработке активизируется движение дислокаций к поверхности, что способствует диффузии металла покрытия в основу. Увеличение натяга снижает эффект упрочняющей обработки. Возвратно-поступательное движение вдоль оси детали облегчает процесс пластической деформации поверхности, улучшает качество обработки за счет стабилизации статических и динамических усилий при обработке сложных поверхностей.

Предварительная упрочняющая обработка кроме того снимает с рабочей поверхности окисную пленку, что ведет к образованию ювенильной поверхности с энергией, достаточной для процесса диффузии, т.е. повышается сцепляемость покрытия с основой. При нанесении покрытия натяг увеличивается до 2-4 мм, это увеличивает величину скольжения ворса по поверхности, т.е. увеличивается путь трения ворса. В то же время увеличение пути движения ворса по покрытию уменьшает его шероховатость (покрытия). Дальнейшее увеличение эксцентриситета увеличит силы трения в зоне контакта, что значительно затруднит процесс обработки покрытия и снизит эффективность упрочнения, повысит время обработки. Обрабатываемая деталь и щетка вращаются в противоположные стороны для равномерности упрочнения и покрытия.

Оба перехода следуют последовательно один за другим, многократно повторяясь, что обеспечивает на первом этапе образование диффузионного подслоя, который обеспечивает высокую прочность сцепления металла покрытия с основой, а на втором этапе осаждение покрытия блокирует поверхность от кислорода воздуха, при этом повышается коррозионная стойкость обработанной детали. Исследования показали отсутствие несплошности покрытия и повышение износостойкости в 1,5 раза. Установлено повышение усталостной прочности на 20-25% по сравнению с известными способами обработки.

Существует взаимосвязь между величиной устанавливаемого эксцентриситетом и деформационным состоянием, возникшим в зоне контакта. В этом случае определяющим фактором служит параметр величина (путь скольжения) контакта ворса щетки с обрабатываемой поверхностью, последняя определяется зависимостью L 2R arccos , где R радиус обрабатываемой поверхности (при обработке внутренних цилиндрических поверхностей); l длина ворса щетки; ε эксцентриситет смещения оси щетки относительно оси детали.

На фиг.1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 узел I на фиг.1; на фиг.4 то же, вид слева.

Устройство содержит корпус в виде вала 1, на котором установлены секции 2 сепараторов-зажимов 3 с V-образным ворсом 4, который закрепляется в отверстиях 5. Сепараторы-зажимы выполнены с пазами 6 имеющими наклонные боковые поверхности (стенки) Б и В. От возможного проворота сепараторы-зажимы на валу удерживаются силой трения, создаваемой усилием затяжки крепежных элементов 7. Блоки устанавливаются на валу относительно друг друга со смещением на одно отверстие, что обеспечивает формирование и надежное закрепление проволочного пучка. При этом повышается плотность создаваемого пучка ворса металлической щетки.

Эксцентриситет ε установки щетки относительно обрабатываемой поверхности 8 устанавливают с помощью кулачка 9. Специальная жидкость (СОЖ) подается в зону обработки через патрубок 10.

Пример конкретного выполнения.

Обрабатывалась внутренняя поверхность соединительной муфты труб нефтяного сортамента. После предварительной упрочняющей обработки рабочей поверхности в зону взаимодействия ворса и детали подается специальная жидкость (СОЖ), содержащая, хлорная медь 4-8; ацетамид 5-8, мочевина 1; антраниловая кислота 5; вода 10; глицерин остальное. Муфта закрепляется, например, в патроне токарного станка, а вал щетки 1 устанавливается в патроне, например, электрошпинделя. Муфта и щетка вращаются в противоположные стороны со скоростями муфта V₁, щетка V₂. Это обеспечивает увеличение относительной скорости обработки, которая определяется V V₁ + V₂. Число оборотов инструмента и детали выбирались таким образом, что суммарная относительная скорость обработки составляла V 18-20 м/с. Кроме того щетка совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси детали с амплитудой l 3-4 мм в зависимости от шага резьбы на муфте и частотой 0,8-1,1/с. V-образный ворс металлической щетки выполнен из пружинной или канатной проволоки диаметром 0,25-0,3 мм, длина ворса 30 мм. Коэффициент плотности набивки ворса 0,16-0,18. Натяг ворса щетки при предварительной упрочняющей обработке составляет приблизительно 1,1 мм. Затем, перед подачей СОЖ в зону обработки, поворотом кулачка 9 изменяется эксцентриситет установки инструмента (увеличивается путь скольжения) и составляет ≈ 3 мм.

Время работы при предварительной обработке 20 с, при нанесении медьсодержащего покрытия 15 с.

Оба перехода технологической операции проводятся без остановки вращения как детали так и металлической щетки. Специальный контроль качества покрытия не требуется. Качество покрытия, наносимого слоя пластичного металла обеспечивается при соблюдении технологии обработки.

Формула изобретения

1. Способ нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности деталей, при котором осуществляют упрочнение поверхности вращающейся металлической щеткой и одновременно наносят покрытие из металлических материалов, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия производят предварительное пластическое деформирование обрабатываемой поверхности, а нанесение покрытия осуществляют путем подачи в зону обработки СОЖ, содержащей соли защитных металлов, при этом металлическую щетку устанавливают с эксцентриситетом относительно оси детали из условия обеспечения натяга ворса щетки относительно обрабатываемой поверхности при предварительном пластическом деформировании в пределах 0,8 - 1,5 мм, а при подаче СОЖ - 2 - 4 мм, причем щетке дополнительно сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно продольной оси детали.

2. Устройство для нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности деталей, выполненное в виде ступицы, на которой установлены секции сепараторов-зажимов, в отверстиях которых размещены V-образные пучки металлического ворса, отличающееся тем, что ступица выполнена в виде вала, а секции сепараторов-зажимов установлены с угловым смещением друг относительно друга на одно отверстие, при этом в каждом сепараторе-зажиме выполнены пазы с наклонными боковыми стенками, а устройство снабжено кулачком для обеспечения изменения эксцентриситета устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4