СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК C23C4/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к газотермическим методам нанесения покрытий, например, при ремонте и восстановлении деталей из закаленной стали.

Известен способ подготовки поверхности [1, 2] включающий дробеструйную обработку поверхности.

Данный способ позволяет обеспечить необходимую шероховатость при обработке деталей с низкой твердостью, но при обработке закаленных деталей необходимая для высокой адгезии шероховатость поверхности не обеспечивается.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ подготовки поверхности деталей [3] преимущественно из закаленной стали перед нанесением покрытий напылением, включающий создание рельефа из чередующихся впадин и выступов с последующей прикаткой вершин, при котором рельеф формируют механической обработкой поверхности детали инструментом с профилем, соответствующим профилю углублений, и пропусканием в месте контакта инструмента и детали электрического тока до местного оплавления последней при давлении инструмента 50-80 кгс/см² и перемещением его по винтовой линии.

Недостатками известного способа является относительно невысокая адгезия из-за совпадения направления витков накатки с направлением тангенциальных напряжений, возникающих при работе покрытия в условиях трения, стремящихся в процессе работы оторвать напыленное покрытие от подложки, а также снижение усталостной прочности обрабатываемой детали из-за образования на ее поверхности связанных между собой по винтовой линии концентраторов напряжений.

Изобретение направлено на повышение адгезии без значительного снижения усталостной прочности.

Решение поставленной задачи достигается тем, что обработку проводят инструментом с профилем, обеспечивающим при контакте обработку 1/4 поверхности детали, а перемещение осуществляют возвратно-поступательно в плоскости, перпендикулярной обрабатываемой поверхности с периодическим отключением электрического тока. Электрический ток отключает перед началом движения инструмента вверх. Электрический ток отключают после контакта инструмента с поверхностью.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что поскольку рельеф в предлагаемом способе формируется инструментом с профилем, обеспечивающим при кратковременном контакте множество локальных оплавлений и вытеснений металла в точках соприкосновения инструмента с поверхностью детали не связанных друг с другом, а не выдавливанием инструментом, перемещающимся относительно детали по винтовой линии образованные в процессе обработки кратеры не будет связаны между собой что не приведен к значительному снижению усталостной прочности. Увеличение площади поверхности основы за счет ее обработки инструментом, обеспечивающим увеличение длин направляющей и образующей линии поверхности (фиг. 1) позволяет повысить адгезионную прочность нанесенного покрытия.

На фиг. 1 представлена схема формирования поверхности.

Поверхность детали не обработана (фиг. 1а). Площадь поверхности, подлежащей обработке вычисляется по формуле:
S₁= 2πRh₁ (1)
где S₁ площадь поверхности (м²);
R радиус (м);
h₁ длина условной образующей поверхности (м).

Так как 2πR=l₁, (2)
где l₁ длина условной направляющей поверхности (м).

Выражение (1) примет вид:
S₁ l₁ • h₁ (3)
Поверхность детали обработана способом, описанным в прототипе (фиг. 1б).

Площадь поверхности вычисляется по формуле:
S₂ l₂ • h₂ (4)
где l>₂ длина условной направляющей поверхности, обработанной способом, описанным в прототипе (м);
h₂ длина условной образующей поверхности, обработанной способом, описанным в прототипе (м).

Поскольку l₂ l₁, h₂ > h₁,
площадь поверхности основы, обработанной способом, описанным в прототипе, будет больше площади необработанной поверхности.

S₂ > S₁
Поверхность детали обработана предлагаемым способом (фиг. 1в).

Площадь сформированной поверхности вычисляется по формуле:
S₃ l₃ • h₃ (5),
где S₃ площадь поверхности основы, обработанной предлагаемым способом (м²);
l₃ длина условной направляющей поверхности, обработанной предлагаемым способом (м);
h₃ длина условной образующей поверхности, обработанной предлагаемым способом (м).

Поскольку l₃ > l₂, h₃ h₂,
площадь поверхности основы, обработанной предлагаемым способом, больше площади поверхности необработанной и обработанной способом, описанным в прототипе:
S₃ > S₂
Пример. Проводилось плазменное напыление образцов из стали 45 диаметром 50 мм. Образцы закалены на установке ТВЧ на глубине 1,5-3,0 мм до твердости НRC 56-62. Перед напылением образцы были разбиты на пять групп. Их поверхности были подвергнуты различным видам обработки.

Для формирования профиля поверхности образцов первой группы применяли инструмент, представляющий собой пуансон с вогнутой рабочей поверхностью. Длина дуги, описывающей рабочую поверхность инструмента равна 1/4 длины окружности обрабатываемой детали. Радиус дуги, описывающей рабочую поверхность инструмента равен 1/2 диаметра поверхности обрабатываемой детали. На рабочей поверхности инструмента, выполненной из тугоплавкого сплава ВН-4, выфрезерованы тетраэдальные зубья с шагом 2,5 мм. Радиус закругления вершине зубьев составляет 0,8 мм.

Инструмент, совершая возвратно-поступательное движение в плоскости, перпендикулярной плоскости обрабатываемой поверхности, за один оборот детали контактировал с ней 4 раза с давлением 50-80 кгс/см². На деталь и инструмент подавался ток 500-550 А при напряжении 2-6 В. В целях предотвращения образования электрической дуги при отрыве инструмента от поверхности, перед началом его движения вверх, электрический ток отключался.

Обработка поверхности образцов второй группы проводилась тем же способом, что из деталей первой группы. Но в отличие от вышеописанного способа электрический ток отключался сразу же после контакта инструмента с деталью и локального оплавления поверхности. Далее инструмент, продолжая двигаться вниз, деформировал остывающий металл, тем самым упрочняя поверхность.

Обработка поверхностей образцов третьей группы производилась способом, описанным в прототипе.

Поверхности образцов четвертой группы подвергались дробеструйной обработке.

Образцы пятой группы не обрабатывались.

Газоплазменное напыление деталей первых четырех групп производилось с подачей порошка ПГУС-25 (ГОСТ 21448-75), при размере частиц 5-100 мкм и коэффициенте его использования 70-80% Расстояние плазмотрона от детали при напылении в пределах 50-100 мм, расход плазмообразующего газа (аргона) 2-З м³/ч.

Образцы пятой группы не напылялись.

Напыленные образцы шлифовали до диаметра 50,8 мм.

Адгезионную прочность определяли по усилию тангенциального сдвига сегмента размером 10 х 5 мм.

На усталостную прочность при кручении образцы испытывались на установке УМ-4. За базу испытаний принято 1,2х10⁷ циклов нагружения.

Результаты испытаний представлены в таблице и отображены на фиг. 2, на которой представлена прочность сцепления покрытия и усталостная прочность образцов.

Полученные результаты позволяют сделать вывод что предлагаемый способ обеспечивает повышение адгезионной прочности покрытия без значительного снижения усталостной прочности детали. Это позволяет рекомендовать использовать изобретение в машиностроении, в частности при восстановлении изношенных деталей. ТТТ1

Перед нанесением покрытия газотермическим напылением поверхность изделия подвергают электромеханической обработке инструментом, осуществляющим возвратно-поступательное движение в плоскости, перпендикулярной плоскости обрабатываемой поверхности. Обработку проводят инструментом с профилем, обеспечивающим при контакте обработку 1/4 поверхности изделия с периодическим отключением электрического тока. 2 з. п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ подготовки поверхности детали перед нанесением покрытия газотермическим напылением, включающий электромеханическую обработку поверхности детали инструментом при давлении 50 80 кгс/см с пропусканием электрического тока в месте контакта до оплавления и перемещение инструмента, отличающийся тем, что обработку проводят инструментом с профилем, обеспечивающим при контакте обработку 1/4 поверхности детали, а перемещение осуществляют возвратно-поступательно в плоскости, перпендикулярной к обрабатываемой поверхности с периодическим отключением электрического тока. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрический ток отключают перед началом движения инструмента вверх. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрический ток отключают после контакта инструмента с поверхностью.