Устройство для фрикционно-механического нанесения покрытий

 

Изобретение относится к области нанесения покрытий фрикционно-механическим способом и может быть использовано для нанесения покрытий на внутренние цилиндрические поверхности, например гильзы цилиндров двигателей. Устройство содержит пневмоцилиндр с механизмом прижатия и подачи, выполненным в виде стакана с закрепленным в нем полым цилиндром и имеющим возможность свободно перемещаться в нем поршнем со штоком. К нижней части пневмоцилиндра крепится корпус с установленными в нем раздвижным конусом, проставкой шаровидной формы, стержнем с возвратной пружиной и размещенным в нижней торцевой части полым стаканом и в средней радиальной части толкателями с возвратными пружинами малого диаметра, воздействующими на пластинчатые проставки, возвратные пластинчатые пружины, пластины нагружения, установленные в обоймах, при этом обоймы крепятся к полому цилиндру и к полому стакану через колодки посредством пары вильчатых рычагов. В боковой части обойм выполнены вертикальные рифленые пазы для установки и крепления посредством накладок брусков из сплава меди с горизонтальными каналами для истечения материала среды. К средней части пневмоцилиндра крепится токосъемное устройство, выполненное в виде втулки-коллектора, электроконтактных щеток, закрепленных на изоляторе, медной шины, электрически связанной с источником постоянного тока. Повышается производительность процесса нанесения и качество наносимого покрытия, снижается расход материалов. 4 ил.

Изобретение относится к области нанесения покрытий фрикционно-механическим способом и может быть использовано для нанесения покрытий на внутренние цилиндрические поверхности, например гильзы цилиндров двигателей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для фрикционно-механического нанесения покрытий [1], содержащее корпус, пневмоцилиндр, распределительную головку с двумя штуцерами подвода воздуха, механизм прижатия и подачи в виде размещенных коаксиально установленных двух стаканов и двух полых цилиндров и имеющих возможность свободно перемещаться в них штоков, на которых закреплены натирающие элементы в виде установленных друг в друге брусков из основного антифрикционного материала и материала среды.

Недостатками устройства являются: необходимость приложения усилия к брускам из материала среды, ввиду ее легкоплавкости, приводит к неравномерному распределению материала по обрабатываемой поверхности; размещение механизма прижатия и подачи в виде стаканов и полых цилиндров в корпусе устройства значительно увеличивает диаметр корпуса и делает невозможным установку дополнительных пар брусков; при первоначальном трении и нагреве брусков из материала среды о поверхность гильзы цилиндров до их плавления в зоне контакта возможны задиры на зеркале гильзы от обладающих высокой твердостью брусков из сплава галлия; применение двух пар брусков из основного антифрикционного материала и материала среды значительно повышает время обработки.

Изобретение направлено на повышение производительности процесса нанесения и качества наносимого покрытия, а также снижение расхода материалов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что стакан с закрепленным в нем полым цилиндром и имеющим возможность свободно перемещаться в нем поршнем со штоком размещены в пневмоцилиндре, к нижней торцевой части которого крепится корпус с установленными в нем проставкой шаровидной формы, раздвижным конусом, стержнем с возвратной пружиной и размещенным в нижней торцевой части полым стаканом и в средней радиальной части толкателями с возвратными пружинами, воздействующими на пластинчатые проставки, возвратные пластинчатые пружины, пластины нагружения, установленные в обоймах, при этом обоймы крепятся к полому цилиндру и к полому стакану через колодки посредством пары вильчатых рычагов и имеют в центральной горизонтальной части отверстия для толкателей, в вертикальной плоскости полость с заглушкой для материала среды, а в боковой ее части вертикальные рифленые пазы для установки и крепления посредством накладок брусков из сплава меди с горизонтальными каналами для истечения материала среды, при этом корпус имеет в верхней части радиальные вертикальные прорези, а в верхней торцевой части - кольцевое углубление для установки пружины, верхним концом упирающейся в тарелку, закрепленную на полом цилиндре, при этом к средней части пневмоцилиндра крепится токосъемное устройство, выполненное в виде втулки-коллектора, электроконтактных щеток, закрепленных на изоляторе, медной шины, электрически связанной с источником постоянного тока, при этом в верхней части пневмоцилиндра выполнены каналы подвода воздуха и кольцевые проточки, соединенные с распределительной головкой.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - разрез А - А токосъемного устройства; разрез Б - Б корпуса устройства, на фиг. 3, 4 - разобщительный кран устройства.

В пневмоцилиндре 1 устройства размещается стакан 2, в который вворачивается полый цилиндр 3. Внутри полого цилиндра свободно перемещается поршень 4 со штоком 5. Чтобы исключить утечку воздуха из полости над поршнем 4, он снабжен резиновыми уплотнениями. Стакан 2 и пневмоцилиндр 1 устройства образуют прецизионную пару. Шток 5 связан с раздвижным конусом 7 через проставку 6 шаровидной формы.

Корпус 20 крепится к нижней части пневмоцилиндра 1 и имеет в верхней части радиальные вертикальные прорези, а в верхней торцевой части - кольцевую проточку для установки пружины 21. Пружина 21 верхним концом упирается в тарелку 22, закрепленную на резьбовой части полого цилиндра 3. В корпусе 20 устройства размещается стержень 11, одним концом упирающийся в полость раздвижного конуса 7, возвратная пружина 12, полый цилиндр 10, ввернутый в нижнюю часть корпуса. В нижней торцевой части стакана выполнена выемка под шестигранный ключ и в центре - отверстие для выхода стержня 11 при сжатии пружины 12. В центральной части корпуса 20 в шести горизонтальных радиальных направлениях выполнены отверстия, в которые установлены шесть толкателей 8 с возвратными пружинами малого диаметра 9. Штоки 8 имеют сферические наконечники и, перемещаясь, воздействуют на пластинчатые проставки 13.

В обоймах 17 устройства в центральной горизонтальной части выполнены отверстия для размещения в них толкателей и пластинчатых проставок 13, воздействующих через возвратные пластинчатые пружины 14, пластины нагружения 15 на материал среды, например сплав галлия-индия, находящийся в полости 28 обойм 17. Бруски 16 из сплава меди, например бронзы БрОФ4-0,25 установлены в рифленые пазы обойм 17 и закреплены посредством накладок 40. Бруски 16 имеют горизонтальные каналы для истечения материала среды, например сплава галлия.

Обоймы 17 крепятся через колодки 18 к полому цилиндру 5 и полому стакану 10 посредством шести пар вильчатых рычагов 19.

Устройство для фрикционно-механического нанесения покрытий снабжено токосъемным устройством, закрепленным на средней части пневмоцилиндра 1. Токосъемное устройство выполнено в виде медной втулки (коллектора) 23, электроконтактных щеток 24, закрепленных на изоляторе 25, медной шины 25, электрически связанной с источником постоянного тока.

На пневмоцилиндре 1 на упорном подшипнике 28 установлена головка подвода воздуха 27 и закреплена гайкой 30. Чтобы не допустить прорыва воздуха из головки подвода 27, внутри нее установлены три резиновых уплотнительных кольца. Воздух в головку подвода воздуха 27 поступает через регуляторы давления 31 и 32, штуцеры и контролируется манометрами 33 и 34. Подвод воздуха к регуляторам давления и штуцерам осуществляется через разобщительный кран (фиг. 3, 4).

Кран состоит из корпуса 35, золотника 36, флажка 37. Золотник 36 имеет три фиксированных положения: III - подача воздуха отсутствует и полость I и II сообщены с атмосферой, IV - подача воздуха в полость I, V - подача воздуха в полости I и II.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении золотник 36 разобщительного крана (фиг. 4) переводят в положение III. Подача воздуха в полости I и II отсутствует. Под действием пружины 21 и возвратных пружин малого диаметра 9 полый цилиндр 5 и раздвижной конус 7 вместе со штоком 5 и поршнем 4 находятся в исходном положении. Обоймы 17 вильчатыми рычагами 19 прижаты к корпусу 20 устройства.

Хвостовик 29 устройства устанавливают в шпиндель хонинговального станка и готовят устройство к работе. При этом объем полости 28 обойм 17 заполняют материалом среды, например сплавом галлия-индия, разогретого до температуры плавления 15,4^oC, после чего полость 28 закрывают заглушкой 38.

Устройство нижней частью вводят в обрабатываемую деталь, например гильзу цилиндра. Затем золотник 36 разобщительного крана переводят в положение IV и производят подачу воздуха в полость II. Под давлением воздуха стакан 2 с полым цилиндром 3 перемещается вниз, вильчатые рычаги 19 разжимаются и прижимают обоймы 17 с брусками из основного антифрикционного материала 16 к обрабатываемой поверхности гильзы 39. Давление в полости II возрастает до момента срабатывания клапана регулятора давления 31 и соответствует усилию прижатия брусков из сплава меди к обрабатываемой поверхности детали, равному 0,6 МПа. Затем переводят золотник разобщительного крана 36 в положение V и производят подачу воздуха в полость I. Под давлением воздуха поршень 4 с штоком 5 перемещается вниз и через проставку 6 шаровидной формы воздействует на раздвижной конус 7. Раздвижной конус 7 перемещается вниз, воздействуя нижней выемкой на стержень 11, и сжимает возвратную пружину 12. Одновременно конусной частью раздвижной конус 7 воздействует на толкатели 8, сжимая возвратные пружины малого диаметра 9, давит на пластинчатые проставки 13, сжимая пластинчатые пружины 14. Пластинчатые пружины 14 воздействуют на пластины нагружения 15, вытесняя материал среды из полости 28 по каналам брусков из основного антифрикционного материала в зону обработки. Из-за большого гидравлического сопротивления истечению материала среды по каналам малого диаметра и инерционности сплава галлия-индия весь материал среды не может вытесниться в зону обработки. Поэтому пластинчатая пружина 14 находится в сжатом состоянии. Давление в полости I стабилизирует регулятор давления 32. Затем включают станок и устройство начинает вращаться. Частоту вращения первоначально выбирают минимальной для обеспечения качественного нанесения материала среды на обрабатываемую поверхность. По мере вытеснения материала среды пластинчатая пружина разжимается, обеспечивая постоянную подачу материала среды через каналы брусков.

Затем частоту вращения устройства плавно увеличивают до оптимальной и подают электрический ток от низковольтного источника постоянного тока на медную шину 26 токосъемного устройства. При этом на медную шину 26 подводится положительный полюс источника. Электрический ток на втулку-коллектор 23, связанной с пневмоцилиндром 1, подается посредством электроконтактных щеток 24, закрепленных на изоляторе 25. Пропускание электрического тока через пару "инструмент - деталь" позволяет поддерживать материал среды в состоянии расплава. В зоне брусок из сплава меди - гильза цилиндра и без приложения внешнего электрического поля, вследствие контактных электрических явлений разной природы возникает ЭДС и, следовательно, двойной электрический слой. Диспергирование приконтактных объемов медного сплава приводит к образованию электрически заряженных частиц, способных к осаждению на микронеровности поверхности. Усиление ЭДС, вследствие пропускания электрического тока через пару "инструмент - деталь" приводит к интенсификации диффузионных процессов на площадках фактического контакта с повышенной физико-химической активностью и, как следствие, проникновение меди и входящих в состав сплава меди легирующих компонентов на большую глубину и с высокой скоростью. Таким образом, электрофрикционный способ нанесения покрытий повышает их тангенциальную адгезионную прочность. Но в отсутствие электрического тока интенсивность электрохимических процессов ниже и качество покрытий хуже.

При обработке детали устройство для фрикционно-механического нанесения совершает одновременно возвратно-поступательное и вращательное движения.

По сравнению с известным данное устройство исключает возможность неравномерного распределения материала среды по обрабатываемой поверхности, а также снижает его расход; исключает возможность задиров на зеркале гильзы в первоначальный момент трения из-за нахождения материала среды в состоянии расплава.

Усиление ЭДС вследствие пропускания электрического тока через зону обработки повышает качество нанесения покрытия и его адгезионную прочность.

Применение шести брусков из сплава меди повышает производительность процесса нанесения.

Формула изобретения

Устройство для фрикционно-механического нанесения покрытий, содержащее корпус, пневмоцилиндр, распределительную головку с двумя каналами подвода воздуха, механизм прижатия и подачи в виде стакана с полым цилиндром, штока, натирающие элементы в виде брусков, отличающееся тем, что стакан с закрепленным в нем полым цилиндром и имеющим возможность свободно перемещаться в нем поршнем со штоком размещены в пневмоцилиндре, к нижней торцевой части которого крепится корпус с установленными в нем проставкой шаровидной формы, раздвижным конусом, стержнем с возвратной пружиной и размещенным в нижней торцевой части полым стаканом и в средней радиальной части толкателями с возвратными пружинами малого диаметра, воздействующими на пластинчатые проставки, возвратные пластинчатые пружины, пластины нагружения, установленные в обоймах, при этом обоймы крепятся к полому цилиндру и к полому стакану через колодки посредством пары вильчатых рычагов и имеют в центральной горизонтальной части отверстия для толкателей, в вертикальной плоскости - полость с заглушкой для материала среды, а в боковой ее части - вертикальные рифленые пазы для установки и крепления посредством накладок брусков из сплава меди с горизонтальными каналами для истечения материала среды, при этом корпус имеет в верхней части радиальные вертикальные прорези, а в верхней торцевой части - кольцевое углубление для установки пружины, верхним концом упирающейся в тарелку, закрепленную на полом цилиндре, при этом к средней части пневмоцилиндра крепится токосъемное устройство, выполненное в виде втулки-коллектора, электроконтактных щеток, закрепленных на изоляторе, медной шины, электрически связанной с источником постоянного тока, при этом в верхней части пневмоцилиндра выполнены каналы подвода воздуха и кольцевые проточки, соединенные с распределительной головкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4