Способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей деталей

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из черных и цветных металлов, работающих в узлах трения без смазочного материала или в условиях граничной смазки, например, его можно использовать для восстановления с упрочнением посадочных отверстий опор валов жаток кормоуборочных комбайнов. Способ включает предварительную подготовку детали, изготовление втулки и упрочнение ее внутренней поверхности микродуговым оксидированием, установку втулки в деталь на клей, сушку и финишную механическую обработку детали с установленной втулкой до требуемого размера, при этом микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 8 г/л гидроксида калия и 35 г/л натриевого жидкого стекла с модулем m=3,6-3,7, в течение 70 мин, установку втулки осуществляют на клей ВС-350, сушку детали ведут при температуре 240-255°С в течение 1 ч, а после финишной механической обработки нагретую до температуры 100-120°С деталь окунают в суспензию молибденита и выдерживают в течение 10-15 мин для заполнения им пор упрочняющего покрытия. Технический результат: повышение пористости упрочняющего МДО-покрытия в среднем на 45-65%, что обеспечивает работу покрытия в режиме самосмазывания, увеличение толщины слоя МДО-покрытия в 1,2 раза, снижение продолжительности приработки соединения до достижения оптимальной шероховатости в 1,5 раза, увеличение в 2,5 раза долговечности восстановленной и упрочненной детали и увеличение производительности за счет сокращения продолжительности сушки клея в 2 раза. 1 табл.

 

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из черных и цветных металлов, работающих в узлах трения без смазочного материала или в условиях граничной смазки, например его можно использовать для восстановления с упрочнением посадочных отверстий опор валов жаток кормоуборочных комбайнов.

В ремонтном производстве известен способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей корпусных деталей путем нанесения полимерного композиционного покрытия на основе эпоксидной смолы ЭД-16. Способ включает очистку поверхности, ее обезжиривание, приготовление и нанесение слоя полимерной композиции, частичное отверждение нанесенного слоя, его калибрование и окончательное отверждение покрытия при температуре 60°С в течение 2 ч, а затем в течение 1 и при температуре 100°С. Калибрование исключает последующую расточку внутренней цилиндрической поверхности до требуемого размера, что повышает производительность способа [1].

Недостатком данного способа является малая жизнеспособность приготовленной полимерной композиции на основе эпоксидной смолы, а также ее малая пластичность, что снижает долговечность восстановленных корпусных деталей. Кроме этого используемая полимерная композиция токсична, что приводит к необходимости выполнять все работы, связанные с ее приготовлением и применением, в специальных помещениях с усиленной вентиляцией.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления изношенных деталей, включающий предварительную подготовку детали, изготовление втулок и упрочнение их внутренних поверхностей микродуговым оксидированием (МДО) с использованием анодно-катодного режима в щелочном электролите, содержащем 3 г/л гидроксида калия и 8 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 25 А/дм², установку втулок в деталь на эпоксидный клей, сушку детали при температуре 180...220°С в течение 2 ч и финишную механическую обработку детали с установленными втулками до требуемого размера [2].

Однако при восстановлении внутренних цилиндрических поверхностей деталей данным способом сформированное на внутренней поверхности втулок упрочняющее МДО-покрытие имеет высокую твердость, что приводит к повышенному износу соединения, особенно в период приработки, продолжительность которой в этом случае существенно увеличивается. Кроме этого изготовленные втулки неизбежно имеют погрешности формы, которые становятся более существенными при формировании на их внутренних поверхностях МДО-покрытия. Вместе с тем, при оксидировании на предлагаемых режимах МДО-покрытие имеет незначительную толщину внешнего упрочненного слоя, которой недостаточно для компенсации погрешностей формы при финишной механической обработке детали с установленными втулками. В результате этого МДО-покрытие местами практически полностью удаляется, что приводит к значительному снижению долговечности восстановленной и упрочненной детали. Производительность способа также является низкой.

Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных и упрочненных деталей.

Техническим результатом изобретения является возможность работы упрочняющего МДО-покрытия, сформированного на внутренней поверхности втулки, в режиме самосмазывания, за счет увеличения пористости и последующего заполнения пор твердым смазочным материалом, снижение продолжительности приработки соединения до достижения оптимальной шероховатости, увеличение толщины внешнего упрочненного слоя МДО-покрытия и производительности способа за счет применения клея, имеющего меньшую продолжительность сушки.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе восстановления изношенных деталей, включающем предварительную подготовку детали, изготовление втулки и упрочнение ее внутренней поверхности микродуговым оксидированием, установку втулки в деталь на клей, сушку и финишную механическую обработку детали с установленной втулкой до требуемого размера, согласно изобретению микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 8 г/л гидроксида калия и 35 г/л натриевого жидкого стекла с модулем m=3,6...3,7, в течение 70 мин, установку втулки осуществляют на клей ВС-350, сушку детали ведут при температуре 240...255°С в течение 1 ч, а после финишной механической обработки нагретую до температуры 100...120°С деталь окунают в суспензию молибденита и выдерживают в течение 10...15 мин для заполнения им пор упрочняющего покрытия.

Способ осуществляют следующим образом.

Для восстановления изношенных внутренних цилиндрических поверхностей деталей, например посадочных отверстий опор валов жаток кормоуборочных комбайнов, вначале производят предварительную подготовку детали, заключающуюся в расточке изношенного посадочного отверстия на вертикально-фрезерном станке. Втулку отливают из литейного алюминиевого сплава АК9ч в металлической форме-кокиле, подогретой до температуры 280...320°С и затем осуществляют ее механическую обработку, причем внутреннюю поверхность растачивают с припуском под МДО-покрытие.

Далее проводят упрочнение МДО внутренней поверхности втулки с использованием анодно-катодного режима в щелочном электролите, содержащем 8 г/л гидроксида калия и 35 г/л натриевого жидкого стекла с модулем m=3,6...3,7. Режимы обработки: плотность катодного тока - 35 А/дм², соотношение анодного и катодного токов - 0,45, конечное анодное напряжение - 380...390 В, конечное катодное напряжение - 75...80 В, температура электролита - 45±2°С, продолжительность оксидирования - 70 мин. Толщина внешнего упрочненного слоя сформированного МДО-покрытия составит 140...150 мкм.

Втулку с упрочняющим МДО-покрытием устанавливают в предварительно расточенное и обезжиренное посадочное отверстие опоры вала жатки, смазанное клеем ВС-350. Затем опору в течение 1 ч выдерживают в сушильном шкафу при температуре 240...255°С.

После этого опору вала жатки с установленной втулкой подвергают финишной механической обработке, которая служит для придания ей требуемых размеров и геометрической формы. Данную операцию осуществляют на внутришлифовальном станке.

После финишной механической обработки сформированное на внутренней поверхности втулки МДО-покрытие заполняют твердым смазочным материалом (молибденитом). Для этого опору вала жатки нагревают до температуры 100...120°С, окунают в суспензию молибденита с содержанием MoS₂ 20...40% и выдерживают ее там в течение 10...15 мин. Механизм формирования упрочняющих МДО-покрытий предопределяет наличие сквозных пор, в которые при окунании и проникает суспензия твердого смазочного материала. После выдержки деталь вынимают, дают стечь остаткам суспензии и протирают насухо ацетоном или очищенным бензином. Для окончательного отверждения твердого смазочного материала в порах МДО-покрытия следует термическая обработка при температуре 220...240°С в течение 25...30 мин.

Пористость упрочняющего МДО-покрытия определяли методом планиметрирования. Толщину внешнего упрочненного слоя МДО-покрытия определяли вихретоковым толщиномером ВТ-201. Продолжительность приработки соединения до достижения оптимальной шероховатости и долговечность восстановленных и упрочненных деталей оценивали по результатам сравнительных ускоренных испытаний на изнашивание на машине трения МТУ-01 ТУ 4271-001-29034600-2004. Испытания проводили в соответствии с рекомендациями руководящего документа РД 70.0009.006-85 "Указания по методам ускоренных испытаний восстановленных деталей для основных марок тракторов, комбайнов и других машин".

При МДО с предлагаемыми составом электролита и режимами оксидирования сформированное на внутренней поверхности втулки упрочняющее покрытие будет иметь более высокую пористость по сравнению с прототипом. При заполнении пор твердым смазочным материалом (молибденитом) МДО-покрытие будет хорошо работать в режиме самосмазывания, так как при трении смазочный материал выступает из пор и эффективно смазывает трущиеся поверхности, компенсируя незначительное снижение несущей способности покрытия. Кроме этого при заполнении пор МДО-покрытия твердым смазочным материалом он осаждается и в микронеровностях покрытия, в результате чего фактическая площадь контакта трущихся поверхностей значительно увеличивается, а шероховатость уменьшается. В результате продолжительность приработки соединения до достижения оптимальной шероховатости существенно снижается. Толщина внешнего упрочненного слоя МДО-покрытия при оксидировании на предлагаемых режимах существенно увеличивается, что позволяет проводить финишную механическую обработку детали с требуемой точностью. Все это приводит к увеличению долговечности восстановленных и упрочненных деталей (таблица).

Таблица
Показатели	Прототип	Предлагаемый способ
1. Пористость упрочняющего МДО-покрытия, %	12...13	19...20
2. Толщина внешнего упрочненного слоя упрочняющего МДО-покрытия, мкм	65...70	140...150
3. Продолжительность сушки клея, ч	2	1
4. Продолжительность приработки соединения до достижения оптимальной шероховатости, ч	4,5	3,0
5. Долговечность восстановленной и упрочненной детали, %	100	250

Как видно из таблицы, предлагаемый способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей деталей позволяет в среднем на 45...65% увеличить пористость сформированного на внутренней поверхности втулки упрочняющего МДО-покрытия, что обеспечивает его работу в режиме самосмазывания, а также в 1,2 раза увеличить толщину внешнего упрочненного слоя МДО-покрытия и в 1,5 раза снизить продолжительность приработки соединения до достижения оптимальной шероховатости. В результате не менее чем в 2,5 раза увеличивается долговечность восстановленной и упрочненной детали. За счет сокращения продолжительности сушки клея в 2 раза увеличивается производительность при восстановлении внутренних цилиндрических поверхностей деталей.

Источники информации

1. Новиков А.Н. Ремонт деталей из алюминия и его сплавов: Учебное пособие. - Орел: ОГСХА, 1997. - С.41-42.

2. Коломейченко А.В. Применение упрочненных МДО деталей для восстановления корпуса и подшипников шестеренного насоса // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения: Сб. науч. работ. - Брянск: БГСХА, 2004. - С.178-180 - прототип.

Способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей деталей, включающий предварительную подготовку детали, изготовление втулки и упрочнение ее внутренней поверхности микродуговым оксидированием, установку втулки в деталь на клей, сушку и финишную механическую обработку детали с установленной втулкой до требуемого размера, отличающийся тем, что микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 8 г/л гидроксида калия и 35 г/л натриевого жидкого стекла с модулем m=3,6-3,7, в течение 70 мин, установку втулки осуществляют на клей ВС-350, сушку детали ведут при температуре 240-255°С в течение 1 ч, а после финишной механической обработки нагретую до температуры 100-120°С деталь окунают в суспензию молибденита и выдерживают в течение 10-15 мин для заполнения им пор упрочняющего покрытия.