Способ нанесения покрытия на детали

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам восстановления и упрочнения изношенных поверхностей деталей методом электромеханической обработки, и может быть использовано для получения на поверхности изделий покрытий с за- , данными свойствами, например образин-, ных, износостойких(коррозионностойких.

„,Я0„„164154

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

МЦ

РЕСПУБЛИК

®) В 23 К 11/06

ОПИСАНИЕ HSGEPETEHHR

Н ASTQPCNOMV СЮЮДВТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OZHPblTHSIM

flPH ГКНТ СССР (21) 4471696/27 (22) 08.08.88 (46) 15.04.91. Бнзл. У 14 (71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР (72) Э.В. Рыжов, Ч.Н. Гончаренко, В.С. Лищинский, В.И,Лавриненко, А.В. Пархоменко и А,М.Барановский (53) 62:1.791.763.1.639(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1087285, кл, В 23 К 11/06, 1982, 2 (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ (57) Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам восстановления и упрочнения изношенных поверхностей деталей методом электромеханической обработки, и может быть .использовано для получения на поверхности изделий покрытий с за-, данными свойствами, например абразив-. ных, износостойких,коррозионностойких .

1641547

Цель изобретения — повышение качества покрытия и производительности процесса при нанесении покрытий на детали из стали чугуна цилиндрической формы. Спо-. соб включает обкатку детали 2 твердосплавными роликами (Р): опережающим

4 и упрочняюшим 5. Р 4 и 5 установлены диаметрально относительно детали 2, В процессе обкатки через P 4 и 5 эоны

1 деформации детали на участках контакта

Р с деталью пропускают электрический ток (ЭТ), ЭТ подводят к Р 4 и 5 от

Изобретение относится к технологии

20 машиностроения, в частности к способам восстановления и упрочнения изношенных поверхностей деталей методом электромеханической обработки, и может быть использовано для получения на поверхностях изделий покрытий с заданными свойствами, например, абразивных износостойких, коррозионно-, стойких.

Цель изобретения - повышение каче30 ства покрытий и производительности процесса при их нанесении на детали цилиндрической формы из стали и чугуна, На чертеже приведена принципиальная схема. устройства для реализации 35 способа.

В патрон 1 тсуарно-винторезного станка например, 1К62 устанавливают деталь 2, которая поджимается зад40 ним центром 3. На суппорте станка про тивоположно одна другой на расстоянии

"а" расположены головки опережаюШе-. го 4 и упрочняющего 5 роликов, к которым подключены силовые шины 6. . С це45 лью повьш ения стойкости упрочняющего ролика 5 к нему подведена система 7 охлаждения. С помощью механизма поперечной подачи производят сближение двух роликов с деталью до тех пор, по50 ка не происходит касание с последней.

Величины сил прижима:.:роликов с деталью регулируют с помощью пружинного механизма, вмонтированного в роликовые головки, После включения оборотов шпинделя станка включается уста55 новка 8 электрического тока. Опережающий ролик выполняют из хромоникелевого сплава, твердость которого выбиисточника 8 питания. Опережаннций Р 4 выполняют из хромоникеленого сплава. Материал Р 4 подбирают. и< ходя из соотно» шения твердости поверхностного слоя детали и твердости материала опережающего Р, а материал упрочняюшего Р— из соотношения с учетом тнердости материала опережающего P. Величину ЭТ, пропускаемого через зону деформации, определяют с учетом электромеханических ха« рактеристик материалов в зоне контакта P с деталью, 1 ил.

Н рант из соотношения: Н вЂ”М б,7.. 71,7 где H — твердость поверхностного

1 2 слоя детали, кг/мм; Н - твердость материала опережающего ролика, кг/мм, Опережающий ролик предназначен для формирования на поверхности обрабатываемой детали износостойко

ro и коррозионностойкого покрытия.

Упрочняющий ролик предназначен для уплотнения сформированного слоя покрытия на поверхности обрабатываемой детали и повышения при этом его качества (уменьшение пористости, шероховатости и т.д.) . Дополнительная функция упрочняюшего ролика, расположенного противоположно опережающему, состоит в том, что он, кроме своего основного назначения, указанного выше, частично компенсирует силу прижима опережающего ролика, вызывающую прогиб детали, а также является замы» кающим звеном в электрической цепи.

Материал упрочняющего ролика выбирают исходя из соотношения Н =(1,2-1,8)Н, где Н вЂ” твердость материала упрочняющего ролика, кг/мм ; Н вЂ” г, твердость материала опережающего ролика, кг/мм

Материал опережающего ролика — хромоникелевый твердый сплав композиции

Cr С -Ni относится к системам, у которых жидкая фаза хорошо смачивается и частично растворяет тугоплавкие частицы, В процессе обработки электроконтактные разряды способствуют переносу жидкой фазы на обрабатываемое иэделие. 11ри этом карбиды из опережающего ролика переносятся на обрабатываемый материал. Закрепление износо- где R

F .k

ПЛ ,СМ

D0iD (В .А, (1) о i p Р

30 омическое сопротивление в зоне контакта опережающего ролика, используемого для на-.. несения покрытия, и детали, Ом;

35 плотность материала опережающего ролика, кг/м

Э. площадь контакта с деталью опережающего ролика, м ; удельная теплоемкость мате- 4g риала опережающего ролика, Дж/ (кг К); температура плавления материала опережающего ролика, К; 45 среднее значение температуры материала опережающего ролика впроцессе обработки детали, К; скрытая теплота плавления я) материала опережающего ролика, 4=164,73 7 „, Дж/кгпв соответственно начальное и конечное значения диаметров опережающего ролика до и после процесса нанесения покрытия, мм; ширина опережающего роли-: ка мм1 l

164154 стойких карбидов на поверхности обрабатываемого материала возможно лишь в том случае, если отношение твердости обрабатываемого материала Н к твердости опережающего ролика Н сос5 тавляет 0,7-0,9. При отношении меньше 0,7 (например, 0,6) происходит формирование неравномерного слоя наносимого покрытия, При отношении твердости больше 0,9 например 1,0 1 карбиды плохо закрепляются. При этом отношение твердости упрочняющего ролика Н9 к твердости материала опережающего ролика Н должно быть в пределах 1,21,8, При значении меньше 1,2 (например 1,1) карбиды хрома плохо уплотняются на подложке основного материала, что ведет к повышению пористости наносимого покрытия. При значении 2О больше 1,8 (например 1,9 ) повышается вероятность разрушения наносимых карбидов.

Величину электрического тока, про- 25 пускаемого через зоны деформации, определяют по формуле

7 6

6 - производительность процесса нанесения покрытия, мм /с; р(Й- коэффициенты, характеризую1(щие части энергии используе-, мых на нагрев и расплавление материала контактных поверхностей.

Величины, входящие в формулу (I), определяют и рассчитывают следующим образом: 211 — омическое сопротивление опережающего ролика определяют непосредственным измерением тестором, предназначенным для определения соцротивления материала. Плотность опережающего ролика ) ; его удельная теплоемкость С, температура плавления 7д, средняя температура материала 1. zg, скрытая теплота плавления

L, как справочные величины определяют по справочной литературе для конкретных материалов опережающего ролика.

Значения коэффициентов 0, Р характеризующих части энергии, выделяющейся соответственно в месте контакта опережающего ролика и обрабатываемой детали К и в электрической дуге, возникающей между указанными контактными поверхностями в момент их расхождения и сближения, в среднем можно принять равными при расчетах

/=0 25; /=0 5.

Средние значения температуры Тс применяемых хромоникелевых материалов опережающего ролика определяют также предварительными экспериментами с использованием существующих методик, в которых предусмотрено применение платино-родиевых термопар и осциллографа.

Величину Ч мм /с — производительность процесса нанесения покрытия, задают перед расчетом величины тока

I и определяют требуемым качеством получаемого покрытия, Исходя из выбранного значеНия Я, на станке произвольно устанавливают значение Я „ и и, выбор величин которых ограничивается техническими возможностями применяемого оборудования, Затем, зная длину обработки детали 1, рассчитывают Р1, gV (до расчета Л).

Геометрические характеристики опережающего ролика Do В получают для каждого конкретного случая непосредственным измерение.-, а и1 и F< рассчитывают по следуи чим формулам (2-(ф

1641547 фЯ с учетом произвольно задаваемых 8п . и и, которые были оговорены вьппе. (2) (3) (4)

60С щ °

Яп » и

1ч-0 t"3, D * D -4 — -- . мм

4 о. фв

Г„-Ь В/10 м

Ф (5) 10 E =4 ° 10 коэффициенты, зависящие от коэффициента Пуассона р и мо-l кг дуля упругости F., —,,, соотм м ветственно опережающего ролика и обрабатываемой детали, равных для конкретных мате-. риалов: кг 4. кг

F. =2 10 — р =0 97 ммг- t Ф1! 9 1

L 4 мм; (6) (8) r r

1 1111 кг (7) г г 1- (Иг мм

К = р в е

Е и Ег кг где t - расчетное время обработки, с; ь — длина обработки, мм.

S П вЂ” продольная подача суппорта мм станка, об

n — число оборотов шпинделя станоб ка мин

I, — ширина контакта опережающего ролика и детали при определенной силе прижима ролика к детали, мм;

gV — объемный износ материала опережающего ролика, мм

3.

0 — заданная производительность процесса нанесения покры» мм

35 ..тия, П 1) — соответственно начальное и коО 1 нечное значение диаметров опережаюшего .ролика в процессе нанесения покрытия, мм;

 — ширина опережающего ролика, мм;

F - площадь контакта опережающего к ролика с деталью, м ;

Р— - сила прижима приходящаяся

1 В

У на единицу ширины опережаюMIIa щего ролика, Р - сила прижима опережающего 5О ролика к детали, MIIa; г — начальный радиус опережающего Ь ролика, мм; т - начальный радиус обрабатывае poA детали, мм;

1 - 111, Ki

<=0,9.6 (табличные величины) .

Пример. На деталь иэ стали

ЫХ-)5 наносят покрытие из твердого хромоникелевого справа КХН-15Р. Материалы детали и опережающего ролика из сплава КХН-15Р удовлетворяют соотношению — =0 7-0 9, Н у у в

I й

t

1-0,97

Т Й7 +

=70 мм;

-7

=1, 1 ° 10 кг

1-0,96,,-7 мм

К = — --!;- - -5,1. 1П

2 ° 10 и кг

-г — l 56 ° 10 вам;

Рк= 1,56 ° 10 16=25 10 и

Определив все величины, входящие ,в формулу, вычисляем значение силы электрического тока, необходимого для реализации данного процесса нане сения хромоникелевого покрытия на обрабатываемую деталь.

Задают Я =0,7 м ; n= 63 ° Раоб мин ,.диус и длина обрабатываемой детали

r=l0 мм; 1=45 мм.

Исходя иэ заданной производитель- 1 мм ности =60 — и зная значения табличс ных величин опережающего ролика

0=600 T =1726 К Т =1473 К

Дж

Kr, K 9 llil бМ

Ф

L=284323 — 1 g 0,25; Р=0,55;

Лж

1)М ь ф

М-8,1 ° 10 -, R =0,025 Ом; В=lб мм;

3 кг

Ь

P=50 МПа; D --73 мм.

Затем рассчитывают по формулам (2-8) Р, и Fll

=61 с; Ч=61 63=3843 мм

1 1

1641547

-700,0 А.

° А, При этом отношение твердости уп» лотняющего ролика, выполненного из твердого сплава ВК6, к твердости покрытия составляет 1,2, После нанесения покрытия получена пористость 0,5Х,10 твердость покрытия 62-64 НКС, прочность сцепления 260-300 ИПа, зона термического влияния 0,3-0,5 мм.

Толщину наносимого покрытия при использовании способа можно опреде- 15 лять двояко: непосредственным измерением диаметра детали или рассчитывать по следувщей формуле:

,, мм

60 (9)

Коэффициент использования наплавляечого материала при этом практически равен 100 .

Ф

Предлагаемый способ позволяет повысить стоикость хромоникелевых покрытий в -1.,4-1,6 раза, а производительность нанесения покрытий - на 7-15%.

Формула и з обретения

Способ нанесения покрытия на дета-, ли, включавший обкатку .поверхности детали вращающимся твердосйлавным роликом и пропускание через ролик, 35 зону контакта ролика с деталью и деталь электрического тока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества покрытия и производительности процесса при нанесении 40 покрытий на детали цилиндрической формы из стали или.чугуна, применяют второй, упрочняющий ролик, первый опережающий ролик и второй устанавливают диаметрально относительно дета- 45 ли и .в процессе их вращения производят обкатывание обоими роликами, а электрической ток пропускают между опережающим и упрочняющим роликами, опережающий ролик выполняют из хромони- 50 келевого сплава, материал которого подбирают исходя. из соотношения

НЛ

0,7-0 9 где Н вЂ” твердость поверхностного

I слоя детали, кг/мм

Н, — твердость материала опережав-, Я

В . щего ролика, кг/мм материал упрочняющего ролика подбира- ют с учетом соотношения

Н »(1,2...1,8) Н, где Н вЂ” твердость материала упроч5 нявщего ролика, кг/мм а величину электрического .тока, пропускаемого через зоны деформации, определяют по формуле

i p где R - - - -омическое сопротивление в зоне контакта опережающего ролика и детали, Ом;

1 А — плотность материала опережающего ролика, кг/м ;

F1 - площадь контакта с деталью опережающего ролика, м ;

С вЂ” удельная теплоемкость материала опережающего ролика, Дж/ (кг К);

Т - температура плавления матеЛЛ риала опережающего ролика, К;

Т вЂ” среднее значение температуры материала опережающего ролика в процессе обработки детали, К;

L - -скрытая теплота плавления материала опережающего ролика, Дж/кг, L=164,73»711 1

D,D 1 -..ñîîòâåòñòíåHHî начальное и конечное значения диаметров опережающего ролика до и

1 после процесса нанесения покрытия, мм;

 — ширина.опережающего роли. ка, мм;

Q — - производительность процес-. са нанесения покрытия, мм /с;

P(, 3 — безразмерные коэффициенты, характеризующие части энергии, используемой на нагрев и расплавление материала контактных поверхностей,