Способ нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности деталей типа вал

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу нанесения покрытий из пластичных металлов на поверхность детали типа вал, и может быть использовано для повышения ресурса и надежности работы узлов и агрегатов транспортной техники. Способ включает взаимное трение обрабатываемой детали и инструмента из наносимых пластичных металлов путем вращения детали и подачи инструмента с обеспечением контакта его расходной части с поверхностью детали при смачивании их технологической средой. Расходная часть инструмента выполнена с кольцевой поверхностью, в центре которой размещен цилиндрический резервуар для технологической среды, касательная к нижней точке окружности которого расположена в зоне контакта поверхности детали и кольцевой поверхности расходной части инструмента, а смачивание технологической средой осуществляют в граничных зоне контакта участках площади контактируемых поверхностей. Опорная часть инструмента выполнена полусферической. Инструмент наружной частью установлен в стационарной упругоподвижной опоре с наклонной платформой под углом 0...30° к горизонтальной оси детали с возможностью вращения и поступательной подачи при постоянном контакте его полусферической опорной части с наклонной платформой. По мере износа кольцевой поверхности расходной части инструмента обеспечивают непрерывную подачу инструмента при сохранении заданной величины давления в зоне контакта с поверхностью детали на протяжении всего процесса нанесения покрытия. Способ обеспечивает повышение качества и производительности нанесения износостойкого и антизадирного покрытия при снижении финансовых, трудовых и энергетических затрат на его выполнение с годовым экономическим эффектом эксплуатации одной технологической установки более 1,5 млн. руб. 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения надежности и ресурса работы машин, механизмов и технологического оборудования, в частности, с целью повышения износостойкости, антифрикционных и противозадирных свойств деталей пар трения.

Известен способ фрикционно-механического нанесения из пластичного медьсодержащего металла покрытия на поверхности катания колесной пары на колесотокарном станке, а пруток из наносимого металла закрепляют в резцедержателе станка и с усилием прижимают к предварительно смоченной жидкой технологической средой обрабатываемой поверхности катания колесной пары, вращаемой станком (Патент РФ №2112663, 6 В 60 В 17/00, С 23 С 26/00, опубл. 10.06.98, Бюл. №16 «Способ повышения износостойкости поверхности катания колесной пары»).

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ нанесения покрытия из пластичных металлов на наружной поверхности золотника плунжерной пары, установленного в центрах токарного станка, путем фрикционного латунирования цилиндрическим прутком из медного сплава, закрепленного на валу электродвигателя, который сообщает прутку вращательное движение и закреплен при помощи хомутов к подвижной части приспособления, содержащего пружину, измерительный штырь, планку, неподвижный корпус, установленный на суппорте станка, поперечным перемещением которого создают давление прутка на деталь и нанесение покрытия из пластичных металлов на смачиваемую технологической средой поверхность золотника при скорости скольжения прутка 0,1...0,2 м/с, удельной нагрузке 50...70 МПа, продольной подаче 0,1...0,2 мм/об, диаметре прутка 4...6 мм, частоте вращения прутка 200...250 об/мин, числе проходов 2...3 (Румянцев Г.И. Фрикционное латунирование деталей топливной аппаратуры. Сб. статей «Повышение износостойкости на основе избирательного переноса. М.: Машиностроение. 1977, с.155-159).

Основным недостатком, понижающим технический уровень и экономическую эффективность известных способов, являются:

- плохие условия для поступления в зону контакта рабочей поверхности инструмента и обрабатываемой поверхности детали требуемого количества технологической среды, что приводит к полусухому трению и схватыванию материалов, ухудшающих качество и свойства получаемого покрытия;

- нестабильное протекание процесса избирательного переноса при трении атомов (ионов) пластичных металлов инструмента на поверхность детали приводит к неравномерному нанесению покрытия и к необходимости увеличения продолжительности времени на обработку;

- большая площадь контакта поверхности инструмента и детали приводит к возникновению в зоне трения высокой температуры, приводящей к пластической деформации рабочей части инструмента и к структурным изменениям поверхностных слоев материала детали, понижающим эксплуатационные свойства детали;

- недостаточное смачивание и перегрев зоны трения приводят к необходимости применения пониженных значений параметров режима обработки (продольной подачи, скорости скольжения, удельного давления, диаметра инструмента и др.), что приводит к высокой себестоимости и низкой производительности обработки;

- применяемые устройства сложны по конструкции, технологически несовершенны, имеют массивные подвижные части и специальные приводы инструмента, что препятствует применению оптимальных режимов обработки и автоматизации процесса нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности вала.

В целом известные способы и устройства для нанесения покрытия пластичных металлов на поверхности трения вала из-за низкой стойкости инструмента, пониженных параметров режима обработки и нестабильного протекания процесса избирательного переноса при трении атомов (ионов) пластичных металлов на обрабатываемую поверхность вала обеспечивают минимальные показатели качества и производительности обработки, требуют значительных трудовых, финансовых и энергетических затрат при их использовании.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества и производительности нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности деталей типа вал и снижение финансовых, трудовых и энергетических затрат на его выполнение.

Указанная цель достигается тем, что нанесение покрытия из пластичных металлов (латуни, бронзы) на поверхности деталей типа вал осуществляют в процессе взаимного трения обрабатываемой детали и инструмента последовательным избирательным переносом атомов (ионов) пластичных металлов от вращаемой от действия момента силы трения в зоне контакта кольцевой поверхности расходной части инструмента из наносимого пластичного металла на поверхность вращающейся детали в условиях смачивания технологической средой граничных зоне контакта участков площади контактируемых поверхностей размещенным в центре кольцевой поверхности расходной части инструмента цилиндрическим зонным резервуаром, касательная к нижней точке окружности которого расположена в зоне контакта поверхностей детали и кольцевой поверхности расходной части инструмента, установленного в стационарной опоре по наружной поверхности под углом 0...30° к горизонтальной оси детали с возможностью вращения и поступательной подачи при постоянном контакте полусферы опорной части с наклонной платформой упругоподвижной опоры, упругое усиление которой по мере износа кольцевой поверхности расходной части обеспечивает непрерывную подачу инструмента, сохраняя заданную величину давления в зоне контакта с поверхностью детали на протяжении всего процесса нанесения покрытия из пластичных металлов.

ОПИСАНИЕ СПОСОБА

Сущность способа поясняется чертежом, где показана схема способа планетарного нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности деталей типа вал.

Способ нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности деталей типа вал осуществляют по схеме на чертеже, где поверхность детали 1, закрепленной в центрах токарного станка (на чертеже не показано), контактирует с кольцевой поверхностью 2 расходной части 3 инструмента 4 из наносимого пластичного металла (латуни, бронзы) в зоне, параллельной продольной оси детали 1 и совпадающей с касательной к нижней точке окружности цилиндрического зонного резервуара 5 с технологической средой 6 размещенного в центре кольцевой поверхности 2 расходной части 3 инструмента 4, установленного наружной поверхностью в стационарной опоре 7 под углом 0...30° к горизонтальной оси детали 1, с возможностью вращения и поступательной подачи при постоянном контакте полусферой 8 опорной части 9 с наклонной платформой 10 упругоподвижной опоры 11, упругое усилие которой по мере износа кольцевой поверхности 2 расходной части 3 обеспечивает непрерывную подачу инструмента 4, сохраняя неизменной заданную величину давления при трении в зоне контакта с поверхностью детали 1, смачиваемой технологической средой 6, подаваемой в цилиндрический зонный резервуар 5 стандартной системой 12 из емкости станка.

Способ нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности деталей типа вал выполняют по схеме включением вращения детали 1 со скоростью 1,0...1,5 м/сек и поперечной подачей суппорта станка (на чертеже не показано) обеспечивают контакт кольцевой поверхности 2 расходной части 3 инструмента 4 с поверхностью детали 1, а упругоподвижной опорой 11 создают в зоне контакта поверхности детали 1 и кольцевой поверхности 2 расходной части 3 инструмента 4 давление в пределах 100...120 МПа. После этого стандартной системой 12 осуществляют подачу в зону обработки технологической среды 6 и включают продольную подачу S инструмента 4 в диапазоне 2,0...2,5 мм/об, который при этом дополнительно получает вращение в стационарной опоре 7 от действия, возникающего в зоне контакта с поверхностью детали 1 момента (F·K) силы трения F по схеме сечения А-А, обеспечивая вращение кольцевой поверхности 2 расходной части 3 относительно зоны контакта с поверхностью детали 1, смачиваемой цилиндрическим зонным резервуаром 5 технологической средой 6, в результате которого происходит равномерное нанесение покрытия из пластичных металлов на поверхность детали 1 последовательным избирательным переносом при трении атомов (ионов) пластичных металлов со всей площади кольцевой поверхности 2 расходной части 3 инструмента 4, износ которой компенсируется постоянной подачей инструмента по стационарной опоре 7 действием упругого усилия упругоподвижной опоры 11, обеспечивая постоянной заданную величину давления в зоне контакта на протяжении всего цикла нанесения покрытия, которая может составить 2-3 прохода, осуществляемых переключением направления продольной подачи S при достижении инструментом 4 крайних положений на поверхности детали 1.

Предлагаемый способ нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности деталей типа вал обеспечивает:

- повышение качества и физико-механических свойств наносимого покрытия из пластичных металлов за счет стабилизации контактной температуры и условий смачивания с технологической средой зоны трения контактируемых поверхностей инструмента и детали;

- повышение производительности процесса за счет снижения продолжительности обработки в связи с возможностью повышения оптимальных значений параметров режима нанесения покрытия в 6-8 раз и применения устройства с самоподачей инструмента в процессе обработки;

- повышение стойкости инструмента и стабильности протекания процесса нанесения покрытия за счет использования оптимальных вариантов схемы обработки и условий трения в зоне контакта поверхностей детали и инструмента, которые позволяют осуществить полную автоматизацию процесса нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхности деталей типа вал.

Способ обеспечивает экономию финансовых, трудовых, материальных и энергетических затрат при нанесении покрытий из пластичных металлов на поверхности деталей типа вал с ожидаемым годовым экономическим эффектом эксплуатации одной технологической установки до 1,50 млн. руб. без учета экономии от повышения качества покрытия.

Способ нанесения покрытия из пластичных металлов на поверхность детали типа вал, включающий взаимное трение обрабатываемой детали и инструмента из наносимых пластичных металлов путем вращения детали и подачи инструмента с обеспечением контакта его расходной части с поверхностью детали при смачивании их технологической средой, отличающийся тем, что расходную часть инструмента выполняют с кольцевой поверхностью, в центре которой размещен цилиндрический резервуар для технологической среды, касательная к нижней точке окружности которого расположена в зоне контакта поверхности детали и кольцевой поверхности расходной части инструмента, а смачивание технологической средой осуществляют в граничных с зоной контакта участках площади контактируемых поверхностей, при этом опорную часть инструмента выполняют полусферической, инструмент наружной частью устанавливают в стационарной упруго-подвижной опоре с наклонной платформой под углом 0 - 30° к горизонтальной оси детали с возможностью вращения и поступательной подачи при постоянном контакте его полусферической опорной части с наклонной платформой, причем по мере износа кольцевой поверхности расходной части инструмента обеспечивают непрерывную подачу инструмента при сохранении заданной величины давления в зоне контакта с поверхностью детали на протяжении всего процесса нанесения покрытия.