Способ восстановления изношенных отверстий неподвижных соединений

Изобретение относится к областям машиностроения и ремонта деталей машин и может быть использовано для восстановления и повышения надежности узлов "шкворень-отверстие под шкворень" балки передних мостов автомобилей. При износе отверстий до 0,4 мм на диаметр нанесение покрытия из меди или ее сплавов осуществляют электроискровой обработкой при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж и удельном времени обработки 2,5-3,5 мин/см². При износе отверстий от 0,4-1 мм на диаметр нанесение слоя покрытия осуществляют электроискровой обработкой с удельным временем обработки 2,5-3,5 мин/см². Вначале наносят слой средне- или высокоуглеродистой стали при энергии импульсов 1,5-2,5 Дж, а затем - слой меди или ее сплавов при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж. Изобретение позволяет снизить фретинг-износ и адгезионное взаимодействие восстановленных отверстий неподвижных соединений. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к областям машиностроения и ремонта деталей машин и может быть использовано для восстановления и повышения надежности узлов «шкворень-отверстие под шкворень» балки передних мостов автомобилей.

Известен способ ремонтных размеров [см. Авдеев М.В. и др. Технология ремонта машин и оборудования. - М.: «Агропромиздат», 1986. - 247 с.], заключающийся в том, что одну из сопрягаемых деталей, обычно сложную и дорогостоящую, механической обработкой доводят до заранее заданного ремонтного размера, а другую более простую и дешевую заменяют новой соответствующего ремонтного размера.

Применение указанного способа ремонта нетехнологично и экономически неэффективно из-за больших размеров балки и твердости обрабатываемых поверхностей НВ 241-302, что требует специального технологического оборудования, специальной оснастки и режущего инструмента с пластинами из твердого сплава. Изготовление ремонтного шкворня требует термическую обработку (HRC 58-60) и высокую точность механической обработки. Кроме того, уже после одной выпрессовки шкворня соединение теряет натяг из-за деформирования микровыступов контактирующих поверхностей и образования задиров. Последнее в значительной степени связано со склонностью материалов деталей к адгезионному взаимодействию.

Известен также способ ремонта узлов трения типа «плунжерная пара» (RU №2173731, МПК - 7 С23С 4/12, 26/00, опубл. 20.09.2001), заключающийся в нанесении на изношенную не более 0,14 мм на диаметр поверхность отверстий деталей слоя меди электроискровой обработкой на режимах с энергией импульсов 0,28-1,66 Дж и удельном временем обработки 2,0-3,0 мин/см², а при износах 0,14-0,3 мм на диаметр предварительно наносят слой из стали на режимах с энергией импульсов 0,28-1,66 Дж и удельном временем обработки 2,5-4,0 мин/см².

Использование данного способа для восстановления отверстий неподвижных соединений ограничено тем, что применение указанных режимов электроискровой обработки не позволяет восстанавливать отверстия с износами до 1 мм на диаметр, при этом тонкие слои не исключают фретинг-износа и адгезионного взаимодействия деталей неподвижных соединений.

Технический результат заключается в снижении фретинг-износа и адгезионного взаимодействия восстановленных отверстий неподвижных соединений за счет изменения физико-механических свойств рабочих поверхностей.

Технический результат достигается тем, что в способе восстановления изношенных отверстий неподвижных соединений, включающем нанесение слоя металлопокрытия методом электроискровой обработки, при износе отверстий до 0,4 мм на диаметр наносят покрытие из меди или ее сплавов при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж и удельном временем обработки 2,5-3,5 мин/см². При износе отверстий 0,4-1 мм на диаметр нанесение слоя покрытия осуществляют с удельным временем обработки 2,5-3,5 мин/см², вначале из слоя средне- или высокоуглеродистой стали при энергии импульсов 1,5-2,5 Дж, а затем из слоя меди или ее сплавов при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж.

Заявляемые материалы электродов и режимы электроискровой обработки обосновываются требованием по толщине и качеству направляемого слоя. Применение электродов из меди или ее сплавов снижает фретинг-износ и адгезионное взаимодействие деталей неподвижных соединений. Снижение энергии импульсов менее 0,5 Дж не позволяет получать покрытия, компенсирующие величину износа. При увеличении энергии импульсов более 1,5 Дж снижается качество наплавленного слоя, наблюдается его отслойка. Применение электродов из средне- или высокоуглеродистых сталей позволяет восстанавливать размеры изношенных деталей и обеспечивает высокую твердость подслоя, снижая фретинг-износ деталей неподвижных соединений. Снижение энергии импульсов менее 1,5 Дж не позволяет получать покрытия, компенсирующие величину износа. При увеличении энергии импульсов более 2,5 Дж снижается качество наплавленного слоя, образуются бугры, что затрудняет последующее нанесением равномерного покрытия электродом из меди или ее сплавов. При обработке поверхности отверстий менее 2,5 мин/см² не обеспечивается необходимая толщина слоя металлопокрытия. Увеличение времени обработки более 3,5 мин/см² повышения толщины не дает, при этом снижается производительность обработки.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. При диаметральных значениях износов отверстий под шкворень до 0,4 мм, покрытие наносят с применением электродов из меди или ее сплавов электроискровой обработкой при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж, частоте их следования 150-200 Гц и удельном временем обработки 2,5-3,5 мин/см². При диаметральных значениях износов отверстий под шкворень от 0,4 до 1 мм сначала осуществляют нанесение слоя покрытия из средне- или высокоуглеродистой стали при энергии импульсов 1,5-2,5 Дж, частоте их следования 200-250 Гц и удельном времени обработки 2,5-3,5 мин/см², после чего восстановленное отверстие обрабатывают разверткой, а затем производится электроискровая обработка электродом из меди или ее сплавов при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж, частоте их следования 150-200 Гц и удельном времени обработки 2,5-3,5 мин/см². Окончательная операция восстановления размера и формы отверстия - это чистовое развертывание или прошивка эталонным шкворнем, верхний допускаемый размер которого равен меньшему допускаемому размеру нового шкворня.

Исследование заявленных режимов электроискровой обработки отверстий под шкворень осуществляли на установке «Вестрон-31/1» в ручном режиме медным электродом при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж, частоте их следования 150-200 Гц и удельном времени обработки 2,5-3,5 мин/см² и электродом из средне- и высокоуглеродистой стали при энергии импульсов 1,5-2,5 Дж, частоте их следования 200-250 Гц и удельном времени обработки 2,5-3,5 мин/см². Указанные режимы обработки выбраны из условия обеспечения необходимой толщины покрытий.

Результаты выбора электродных материалов для восстановления отверстий под шкворень стальной балки представлены в табл.1, из которой следует, что все выбранные материалы пригодны для восстановления отверстий.

Таблица 1
Результаты измерения толщины наплавленного слоя электродами из различных материалов
Материал электрода	Толщина наплавленного слоя на диаметр, мм
Сталь 65Г	1270-1390
Сталь У10	1180-1310
Медь M1	680-810

Металлографические исследования проводили на микротвердомере ПМТ-3. Результаты исследования микротвердости покрытий, полученных электроискровой обработкой, представлены в табл.2.

Таблица 2
Результаты измерения микротвердости покрытий
Соединяемые металлы	Микротвердость покрытий, МПа
30Х+М1	1560-1700
30Х+65Г	7690-9200
30Х+У10	8170-10320

Микротвердость покрытия из меди M1б составляет 1560-1700 МПа, что в три раза выше микротвердости меди M1б в исходном состоянии, и 4500-5150 МПа на границе раздела с основным материалом, что примерно соответствует микротвердости стали 45 после термообработки (HRC 45...50).

При электроискровой обработке стали 30Х средне- и высокоуглеродистыми сталями 65Г и У10 изменение микротвердости покрытий от поверхности образца до основного материала имеет следующий характер: вначале наблюдается некоторое снижение ее до определенной глубины, а затем увеличение в зоне до линии раздела покрытия с исходной поверхностью. Такой характер изменения микротвердости покрытия весьма приемлем для восстановления отверстия под шкворень стальной балки и аналогичных деталей.

Для исследования усилий запрессовки и распрессовки были подготовлены четыре образца: один эталонный и три восстановленных электроискровой обработкой.

Максимальное усилие запрессовки эталонного шкворня равно 40 кН, а усилие распрессовки - 80 кН. Среднее усилие запрессовки восстановленных образцов равно 103,3 кН при среднеквадратическом отклонении 20,8 кН, а среднее усилие распрессовки равно 130,0 кН при среднеквадратическом отклонении равном нулю.

На диаграммах запрессовки шкворней в отверстия, восстановленные электроискровой обработкой, четко прослеживается постоянный рост усилия без стабилизации и падения, что говорит о нормальном процессе создания прессовой посадки. Увеличение максимального усилия запрессовки в восстановленные отверстия объясняется повышением твердости поверхности, которая при запрессовке подвержена меньшей деформации.

Внутренняя поверхность отверстия и наружная поверхность шкворня после распрессовки не имеют следов переноса материала смежной детали, следов схватывания, задиров и вырывов материала в отличие от эталонной пары. При абсолютном росте усилия распрессовки восстановленных соединений в 1,6 раза отношение усилия распрессовки к усилию запрессовки равно 1,3, а у эталонного соединения это отношение составляет 2,0.

Снижение отношения усилия распрессовки к усилию запрессовки восстановленных соединений в сравнении с эталонным соединением с 2,0 до 1,3 обеспечивается наличием мягкого медьсодержащего покрытия на восстановленной поверхности отверстия.

Эксплуатационным испытаниям были подвергнуты несколько комплектов автомобильных балок передней оси с восстановленными соединениями «шкворень-отверстие под шкворень». Проведенный после продолжительной эксплуатации осмотр деталей соединений показал, что у балок, восстановленных способом ремонтных размеров, имеются значительные по площади участки повышенного фретинг-износа, дальнейшее использование и последующий ремонт этих балок невозможен. Балки, восстановленные электроискровой обработкой, не имели фретинг-износа и сохранили работоспособность.

Таким образом, предлагаемый способ не только увеличивает толщину слоя металлопокрытия, но и снижает фретинг-износ и адгезионное взаимодействие деталей неподвижных соединений.

1. Способ восстановления изношенных отверстий неподвижных соединений, включающий нанесение слоя металлопокрытия методом электроискровой обработки, отличающийся тем, что при диаметральном износе отверстий до 0,4 мм покрытие наносят из меди или ее сплавов при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж и удельным временем обработки 2,5-3,5 мин/см².

2. Способ восстановления изношенных отверстий неподвижных соединений, включающий нанесение слоя металлопокрытия методом электроискровой обработки, отличающийся тем, что при диаметральном износе отверстий 0,4-1 мм нанесение слоя покрытия осуществляют с удельным временем обработки 2,5-3,5 мин/см², вначале из слоя средне- или высокоуглеродистой стали при энергии импульсов 1,5-2,5 Дж, а затем из слоя меди или ее сплавов при энергии импульсов 0,5-1,5 Дж.