УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФРИКЦИОННО-МЕХАНИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2000 года по МПК C23C26/00 

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

Наиболее близким техническим решением является устройство для фрикционно-механического нанесения покрытий, содержащее корпус, механизм прижатия и подачи, выполненный в виде размещенных коаксиально установленных двух стаканов и двух полых цилиндров со штоками, стержень с каналами подвода воздуха, распределительную головку со штуцерами, натирающие элементы в виде установленных друг в друге брусков из основного фрикционного материала и материала среды.

Недостатком устройства является низкая производительность процесса нанесения антифрикционного покрытия на внутреннюю поверхность гильз цилиндров из-за недостаточной номинальной площади контакта брусков из сплава меди с обрабатываемой поверхностью. Увеличение номинальной площади контакта инструментов из сплава меди вызывает увеличение размера механизма прижатия и подачи устройства и как следствие увеличение диаметра устройства для фрикционно-механической обработки, что делает невозможным производить обработку внутренних поверхностей гильз большинства серийных двигателей. Увеличение скорости обработки приводит к появлению задиров на рабочей поверхности гильз цилиндров, что приводит к ухудшению качества наносимого покрытия.

Изобретение направленно на повышение производительности процесса нанесения и качества нанесенных антифрикционных покрытий.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в наружной средней части стержня установлен магнитострикционный преобразователь с обкладками, электрически связанный с ультразвуковым генератором, при этом магнитострикционный преобразователь крепится к корпусу станка посредством скоб.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 - местный разрез А-А редукционного клапана 19; на фиг.3 - разобщительный кран; на фиг.4 - схема электрическая ультразвукового генератора.

В корпусе 1 устройства (фиг. 1) размещаются два коаксиально установленных стакана 5, в которые вворачиваются полые цилиндры 6. Внутри полых цилиндров свободно перемещаются штоки 7. Чтобы исключить утечку воздуха из полости 1, штоки 7 снабжены резиновыми уплотняющими втулками 20. Стаканы 5 и корпус 1 устройства образуют прецизионную пару. В нижней части корпуса 1, в приливе, установлен редукционный клапан 19 (фиг.2), который служит для поддержания постоянного давления в полости 1.

Механизм устройства с двух сторон закрывается крышками 2. На полые цилиндры 6 снаружи на резьбе устанавливаются бруски 8 из сплава меди, например бронзы БрОФ 4-0,25. На штоки 7 с натягом устанавливаются бруски 9 из материала среды, например, сплава галлия. Бруски 9 вставлены в пазы брусков 8 из основного антифрикционного материала.

В корпус 1 вворачивается стержень 3, внутри которого выполнены каналы 11 и 12 подвода воздуха в полости I и II.

На стержне 3 в его верхней части на упорных подшипниках 14 и 15 установлена головка подвода воздуха 4. В наружной средней части стержня 3 установлен магнитострикционный преобразователь 30 марки ПМС 15А-18 (фиг. 1), крепящийся к корпусу 31 хонинговального полуавтомата посредством скоб 32. Обкладки 33 магнитострикционного преобразователя 30 играют роль волновода. Магнитострикционный преобразователь 30 электрически связан с ультразвуковым генератором 29 (фиг.4) марки УЗГ 10-22.

В верхней части головка подвода воздуха 4 крепится гайкой 16. Чтобы не допустить прорыва воздуха из головки подвода воздуха 4, внутри нее установлены три резиновые уплотнительные кольца. Воздух в головку подвода воздуха 4 поступает через штуцера 17 и 27. Подвод воздуха к штуцерам 17 и 30 осуществляется через разобщительный кран (фиг.3).

Кран состоит из корпуса 25, золотника 26, флажка 24. Золотник 26 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 26 разобщительного крана (фиг. 3) переводят в положение III. Подача воздуха в полости I и II отсутствует. Устройство закрепляют в патроне 28 (фиг. 1) хонинговального полуавтомата ЗК 833. Перед работой бруски 9 из материала среды и бруски 8 из сплава меди закрепляют на штоках 7 и полых стержнях 6. Устройство вводят внутрь гильзы цилиндров 10. Включают станок и устройство начинает совершать вращательное и возвратно-поступательное движения.

Затем золотник 26 разобщительного крана переводят в положение IV и производят подачу воздуха в полость I. Под давлением воздуха шток 7 выдвигается, и связанный с ним брусок 9 прижимается к обрабатываемой поверхности детали 10.

Давление в полости I возрастает до момента срабатывания клапана 19 (фиг. 2) и составляет 0,3 МПа. За счет теплоты, выделяемой при трении бруска 9 о поверхность, происходит интенсивный нагрев материала среды в зоне контакта.

После срабатывания клапана 19 золотник 26 разобщительного крана переводят в положение V, производят подачу воздуха в полости I, II.

Под давлением воздуха стаканы 5 выдвигаются и через полые стержни 6 прижимают бруски 8 к обрабатываемой поверхности. Одновременно включают ультразвуковой генератор 29 (фиг. 4) марки УЗГ 10-22, вырабатывающий электрические колебания частотой 14-16 кГц, передающиеся на магнигострикционный преобразователь 30 (фиг. 1) марки ПМС 15А-18, где они преобразовывались из электрических колебаний в механические такой же частоты и усиливались с помощью обкладок 33 магнитострикционного преобразователя, играющего роль волновода, передающего циклические колебания на бруски 8 из сплава меди.

Давление в полости II возрастает до момента срабатывания клапана 18, что соответствует усилию прижатия брусков 8 из сплава меди к обрабатываемой поверхности детали, равному 0,6 МПа.

При достижении вышеуказанного давления происходит плавление материала среды в зоне контакта и нанесение вместе со сплавом меди на обрабатываемую поверхность 10.

Инструмент из сплава меди совершает вращательное, возвратно-поступательное движения при одновременном наложении ультразвуковых колебаний в плоскости, параллельной оси обрабатываемой детали.

В устройстве, указанном в прототипе, движение инструмента происходит по винтовой траектории. В предлагаемом устройстве за тот же отрезок времени инструмент совершит дополнительно вынужденные колебания под действием периодической силы, изменяющейся по гармоническому закону, следовательно, полученная траектория будет синусоидой. Следовательно, путь, пройденный инструментом при обработке предлагаемым устройством за одно и тоже время контактирования больше пути инструмента, пройденного при обработке прототипом [1].

При этом происходит разрушение окисной пленки с созданием благоприятных сжимающих напряжений в зоне контакта. Это приводит к сдвигу и последующему смятию выступов неровностей с одновременным раскрытием и заполнением материалом среды и сплавом меди полостей, устьев микротрещин и углублений микронеровностей.

Перемещение инструмента по винтовой траектории с одновременными движениями в плоскости, параллельной оси обрабатываемой детали под действием колебаний ультразвуковой частоты приводит к локальному повышению температуры в зоне контакта, способствует интенсификации диффузионных процессов, проникновению атомов галлия, индия и меди на большую глубину и с высокой скоростью, что повышает тангенциальную адгезионную прочность и износостойкость нанесенного антифрикционного покрытия.

В результате происходит качественно новая обработка поверхности (по сравнению с прототипом), что повышает износостойкость обрабатываемых поверхностей, производительность процесса нанесения и качество наносимого покрытия.

Использование: изобретение относится к фрикционно-механическому нанесению покрытий и может быть использовано для нанесения покрытий на внешние цилиндрические поверхности, например, гильзы цилиндров двигателей. Сущность: в устройстве, содержащем корпус, механизм прижатия и подачи в виде размещенных коаксиально установленных стаканов, составляющих с корпусом прецизионные пары, и двух полых цилиндров со штоками, на которых закреплены натирающие элементы, установленный в торцевой части стержень с каналами подвода воздуха и распределительную головку со штуцерами, в наружной средней части стержня установлен магнитострикционный преобразователь с обкладками, электрически связанный с ультразвуковым генератором. Изобретение обеспечивает повышение износостойкости обрабатываемых поверхностей, производительности процесса нанесения антифрикционных покрытий. 4 ил.

Устройство для фрикционно-механического нанесения покрытий, содержащее корпус, механизм прижатия и подачи в виде размещенных коаксиально установленных стаканов и двух полых цилиндров со штоками, стержень с каналами подвода воздуха, распределительную головку со штуцерами, натирающие элементы - в виде установленных друг в друге брусков из основного фрикционного материала и материала среды, отличающееся тем, что в наружной средней части стержня установлен магнитострикционный преобразователь с обкладками, электрически связанными с ультразвуковым генератором, при этом магнитный преобразователь крепится к корпусу станка посредством скоб.