Способ упрочнения поверхностей трения деталей из чугуна

 

Изобретение относится к упрочнению поверхностей трения из чугуна, преимущественно направляющих скольжения корпусных деталей и других узлов трения металлорежущих станков. Цель изобретения - увеличение долговечности за счет повышения износостойкости поверхностей. Предварительно обработанную поверхность смачивают рабочей Жидкостью, наносят металлическое покрытие антифрикционной безабразивной обработкой и упрочняют. В качестве рабочей жидкости используют раствор тиомочевины в смеси формальгликоля и этиленгликоля при следующем соотношении компонентов, мас.%: формальгликоль 65-69, этиленгликоль 30-33, тиомочевина 1-2. Нанесение покрытия контролируют путем измерения температуры в зоне, прилегающей к зоне обработки . При превышении допустимой величины температуры уменьшают скорость перемещения и/или нормальную нагрузку на инструмент. При температуре ниже допустимой величины увеличивают параметры. Упрочнение осуществляют обкаткой роликом. Нанесение покрытия контролируют путем измерения температуры инструмента. При изменении температуры инструмента на расстоянии 2-3 мм от поверхности контакта значение температуры принимают 35 50°С. 2 з.п.ф-лы, 4 табл. (/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51)5 В 24 В 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 1) 4794349/27 (22) 25. 12. 89 (46) 23.01.92 ° Бюл ° 3 (71) Экспериментальный научно-исслеповательский институт металлорежущих станков (72) A.H.Hèáåðã, А.С.Лапидус, В.P.Àëåêñàíäåð и И.И.Бабурина (53) 621.923.77(088.8) (56) Авторское свидетельств" СССР

V 1206068,кл. В 24 В 39/00, 1986. (94) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ТРЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УЕУНА (57) Изобретение относится к упрочнению поверхностей трения иэ чугуна, преимущественно направляющих скольжения корпусных деталей и других узлов трения металлорежущих станков. Цель изобретения — увегичение долговечности эа счет повышения износостойкости поверхностей. Предварительно обработанную поверхность смачивают рабочей жидкостью, наносят металлическое поИзобретение относится к упрочнению поверхностей трения иэ чугуна, преимущественно направляющих скольжения корпусных деталей и других узлов трения мета.плорежущих станков.

Цель изобретения — увеличение долговечности за счет повышения износостойкости поверхностей, Поверхности трения после предварительной обработки смачивают рабочей жидкостью и наносят слой металла с помощью антифрикционной безабразивной обработки (АФБО). В качестве рабочей жидкости используют раствор

2 крытие антифрикционной безабразивной обработкой и упрочняют. В качестве рабочей жидкости используют раствор тиомочевины в смеси формальгликоля и этиленгликоля при следующем соотношении компонентов, мас.4: формальгликоль 69-69, этиленгликоль 30-33, тиомочевина 1-2. Нанесение покрытия контрогируют путем измерения температуры в зоне, прилегающей к зоне обработки. При превышении допустимой величины температуры уменьшают скорость перемешения и/иги нормальную нагрузку на инструмент. При температуре ниже допустимой величины увеличивают параметры. Упрочнение осуществляют обкаткой роликом. Нанесение покрытия контролируют путем измерения температуры инструмента. При изменении температуры инструмента на расстоянии 2-3 мм от поверхности контак" та значение температуры принимают 3550 С. 2 э.п.ф-лы, 4 табл, тиомочевины в смеси формальгликоля и этиленгликоля при следующем соотноше" нии компонентов, мас.4:

Формальгликоль 65-69

Этиленгликоль 30-33

Тиомочевина 1-2

При этом нанесение металла контролируют путем измерения температуры в зоне, прилегающей к зоне обработки.

При превышении допустимой величины температуры уменьшают скорость перемещения и/или нормальную нагрузку на инструменте, при температуре ниже допустимой величины увеличивают упо1706843

45 мянутые параметры, а упрочнение осуществляют обкаткой роликом.

Нанесение покрытия контролируют путем измерения температуры инструмен5 та на расстоянии 2-3 мм от поверхности контакта, в качестве контрольного значения температуры принимают

35-50 С.

В табл.1 показано влияние способов упрочнения на износостойкость чугуна.

При упрочнении поверхности трения обкатыванием стальным закаленным роликом (образцы 3,4) поверхностный слой до глубины 0,025 мм разрушается по графитовым включениям чугуна, что приводит к снижению до 1,5 раза его износостойкости. Упрочненные наклепом слои находятся на глубине 0,15 мм. >О

В связи с этим дефектный верхний слой чугуна необходимо снимать при дополнительной механической обработке. Толщина упрочненного слоя и уровень повышения износостойкости более всего зависят от режима обкатыван1 g и характеристик длины графитовых включений ° Оптимальной длиной графитовых включений чугуна для направляющих станков является 200-240 мкм, с уменьшением длины графитовых включений, например до 74 мкм, снижается толщина упрочненного слоя (301), с увеличением до 450 мкм снижается уровень иэносостойкости (20io).

Оценку свойств упрочненного чугуна по износостойкости проводили в условиях работы со смазкой и попадания на поверхность трения мелкой металлической стружки. Испытания проводи40 лись по схеме вал-вкладыш. Вал, изготовленный из серого литейного чугуна марки С420 с оптимальной длиной графитовых включений 1rp — †2 мкм, подвергали упрочнению. Вкладыш, и также изготовленный иэ чугуна СЧ20, не подвергали упрочнению поверхности трения перед испытанием имели шероховатость R = 0,8 мкм. Испытание проводили давлением 2,9 кг/см, ско50 рость скольжения 0,22 м/с; путь трения-1,6 км. продолжительност ь испытания-2 ч, Иэносостойкост ь вала оценивали по линейному износу. Диаметр вала в нескольких сечениях измеряли

55 на вертикальном оптиметре модели

ИКВ-6 с точностью измерения О, 001 мм.

Измерения проводили два раза, до и после испытания на машине трения.

Полученная разность линейных размеров характеризует величину износа.

В соответствии с предлагаемым способом упрочнение поверхностей трения изделий из чугуна марки С420 производили следующим образом.

Изделие из чугуна подвергали чистовой механической обработке шлифованием или строганием широким резцом и т.д.; шероховатость поверхности

0,8-1,5 мкм. Для предварительно шлифованной поверхности чугуна с шероховатостью R> = 1,25 мкм требуемая толщина покрытия - не менее 0,008-0,01 мм

Покрытие должно иметь высокую равномерность по толщине, разнотолщинность покрытия не более 0,004 мм на площади 10х10 мм.

Деталь устанавливали на стол или в патрон станка, который может обеспечить необходимое усилие на инструмент при обкатывании поверхности роликом. Например, для направляющих станин, стоек, поперечин и т,д. металлорежущих станков достаточное усилие колеблется в диапазоне 500-1000 кг (диаметр ролика - 60 мм, профильный радиус ролика - 30 мм, усилие обкатки — 800 кг, скорость - 10-20 м/мин), Упрочняемые поверхности очищали от грязи коррозии и обеэжиривали ацетоном. В реэцедержателе станка закрепляли инструмент в виде стержня иэ мягкого металла — латуни марки Л63. 3атем поверхность чугуна смачивали рабочей жидкостью состава, мас.:;:

Формальгликоль 65-69

Этиленгликоль 30 33

Тиомочевина 1-2

Рабочую жидкость приготавливали смешиванием жидких компонентов (формальгликоля и этиленгликоля) и добав- . лением в смесь порошка тиомочевины.

Покрытие иэ латуни натиранием может наноситься на чугун марки СЧ20 при нормальном давлении 15-20 мг/мм2, скорости скольжения инструмента 0,05О, 1 м/с. Процесс осаждения латуни на чугун контролировали по нагреву поверхности трения. Температуру измеряли микротермопарой (хромельалюмель), расположенной по оси латунного инструмента. Горячий спай термопары находится на определенном расстоянии от рабочей поверхности инструмента.

На качество упрочненного слоя после обкатывания роликом влияют все указанные в табл.2 параметры покрытия, 1706843 зависящие от состава рабочей среды.

Например, высокая разнотолщинность покрытия (более 0,004 им) вызывает шелушение латунного слоя, недостаточная толщина (менее 0,008-0,О1 мм) снижает износостойкость поверхностного слоя вследствие частичного повреждения графитовых включений после обкатывания роликом.

8лияние температуры поверхности на качество покрытия представлено в табл.3 и 4. При температурах ниже укаэанной невозможно получить покрытие необходимой толщины, при более высокой температуре (> 50 С) в зоне обработки испаряется активная жидкость и покрытие получается низкого качества (по однородности и равномерности) . Например, при V« = 0,15 и/с и P = 15 кгlмм температура вблизи о контакта равняется 55 С, вследствие чего частично испаряется с поверхности рабочая жидкость и на поверхности образуются непокрытые металлом зоны. При V 0,03 м/с и P

15 кгlмм2 температура вблизи коно такта равняется 30 С, толщина слоя металла - 0,005 мм, что вдвое меньше требуемой величины (0,01 им), износ 30 увеличивается. Оптимальный режим для выбранной марки (СЧ20) и структуры чугуна равняется V „ = 0,050,1 м/с, P = 15-20 кг/ми, температура нагрева вблизи поверхности

48 С.

Толщина наносимого слоя также зависит от количества проходов, и при исходной обработке поверхности с шероховатостью Кц = 1,25 мкм достаточ- 40 ный слой 0,01 мм достигается за 3-5 лроходов.

Из приведенных в табл.1 данных следует, что предлагаемый способ упрочнения повышает износостойкость по" 4 верхности чугуна более чем в 2 раза, при этом поверхностный слой имеет самую высокую износостойкость, flo» верхностный слой у чугуна, обкатанного только стальным закаленным роликом, имеет самую низкую износостойкость, ниже чем у чугуна в исходном состоянии без упрочнения. У этих образцов максимальную износостойкость имеют слои на глубине О, 15 мм (образец 3) и 0,20 мм (образец 4) . Толщина упрочненного слоя чугуна обработанного по предлагаемому способу, на 40 ь больше, чем обкатанного стальным роликом.

Приведенные данные показывают, что способ обеспечивает низкую шероховатость и высокую износостойкость поверхности чугуна, что позволяет повысить долговечность деталей из чугуна.

Формула изобретения

1, Способ упрочнения поверхностей трения деталей из чугуна, при котором предварительно обработанную поверхность смачивают рабочей жидкостью, наносят металлическое покрытие антифрикционной безабразивной обработкой, и упрочняют, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности за счет повышения износостойкости поверхностей,.в качестве рабочей жидкости используется раствор тиомочевины в смеси Аормальгликоля и этипенгпикопя при следующем соотношении компоненточ, мас.ь:

Формальгпиколь 65-69

Этиленгликоль 30-33

Тиоиочевина 1-2 при этом нанесение покрытия контролируют путем измерения температуры в зоне, прилегающей к зоне обработки, причем при превышении допустимой величины температуры уменьшают скорость перемещения и/или нормальную нагрузку на инструменте, а при температуре ниже допустимой величины увеличивают упомянутые параметры, а упрочнение осуществляют обкаткой роликом.

2. Способ по п.l, о т и и ч а ю шийся тем, что нанесение покрытия контролируют путем измерения температуры инструмента.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что при измерении температуры инструмента на рас" стоянии 2-3 мм от поверхности контакта с изделием в качестве контрольного значения температуры принимают 3550 С °

1706843

Таблица1

Величина осадки поверхности, чугуна при обкатывании стальным роликом,мм

Обработка поверхности чугуна

Величины износа, мкм

Иат ериал поверхности трения при глубине слоя от поверхности трения, мм

0,10 0,15 0,20 0,25 0,32 0,5

0 0,05

Исходное состояние (влифование, кэо,8) Чугун

28 28 28 28

28 29 28 28

28 28 28 28

34 29 29 29

Латунь

Чугун

АФБО

Обкатка стальным закаленным роликом н

АФБО + обкатка стальным закаленным роликом

36 28 18 16

47 36 28 16

29 28 28 28

13 18 30 29

О, 15 .0,40

Чугун

Латунь

20 22 25 28

12 18 25 28

12 7 8 10

8 8 10 12

0,15

0,40

Латунь

Та 6 ли ца 2

Состав рабочей »>идкости, нас.

Свойства покрытия

Износ поверхности, мм формальгликоль тиоиочевина этиленгликоль не ра вн Оме р- ше ро хо ваНОСТЬ ТОл ТОСТЬ К4> щины, мм мм толщина поKPblTHR> ММ

Таблица 3

Условия нанесения покрытия температу ра поверх ности, С

Состав рабочей»>идкости, мас.ь

Износ поверх арактеристика покрытия формальгликоль расстояние термопары от поверхности трения инструмента, мм толщина,мм этиленгликоль

ТИОМОЧЕ вина неравномерность, мм верохованости, мкм тость

Кв, мкм

35 0,008 12

40 0,015 12

45 0,01 12

50 0,008 12

30 0,005 26

55 0,003 32

67

69

64

68

68

68

68

68

3l

31

31

31

31

32

32

32

32

32

33

29

34

32

1,0

1,0

1,0

1,О

1,0

2,0

2>0

2,0

2,0

0,5

3,0

0>015

0,015

0,010

0,005

0,008

0,010

0,010

0,007

0,006

0,010

0,005

0,004

0,004

0 ° 004

О,ООВ

0,008

0,004

0,004

0,008

0,008

0,008

0,002

l,25

1,25

1,25

1,25

1,50

1,20

1,0

0,08

1,25

1,50

0,08

12

12

12

26

34

12

12

24

34

26

0 004 1 25

0,004 1,25

0,004 0,08

0,004 0,08

0,008 ),25 непокрытые зоны

1706843

Та бли ца 4

Состав рабочей жидкости, мас.1

Условия нанесения покрытия

Износ поверхности, мкм формальгликоль этиленгликоль температура поверхности,, ОС тиомочевина

Составитель С.Чукаева

Техред д.Олийнык Корректор А.Осауленко

Редактор О.Хрипт

Заказ 230 Тираж Подписное

ВНИИПИ Госудврственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина, 191

68

68

68

68

68

68

31

31

31

31

31

31

31 расстояние тер" мопары от поверхности трения инструмента мм

2,0

2,5

2,0

3,0

1,0

4,0

1,0

12

16

14

18

12

32