СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПЛОСКИХ ЗОЛОТНИКОВЫХ ПАР Российский патент 2004 года по МПК B23P6/00 B23H9/00 

Изобретение относится к областям машиностроения и ремонта деталей машин и может быть использовано для увеличения ресурса и надежности узлов трения типа “плоские золотниковые пары”.

Известен способ ремонта узлов трения типа “золотниковая пара”, который заключается в применении расточки, развертки с последующей притиркой или алмазном хонинговании для отверстий корпусов и хромировании или железнении золотников с последующим шлифованием (см. Нилов Н.И. Методические рекомендации по технологии ремонта гидравлической аппаратуры. - М.: Центр научно-технологической информации и рекламы, 1988, 36 с.).

Однако использование указанного способа сдерживается рядом недостатков: процесс хромирования протекает медленно; слой хрома, вследствие его высокой твердости, механически трудно обрабатывать. Кроме того, хромирование, как способ восстановления изношенных поверхностей, является сравнительно дорогостоящим из-за большего расхода электроэнергии, времени и дефицитности электролита. Процесс железнения также имеет существенные недостатки. Это многостадийность процесса, необходимость тщательной подготовки подложки перед железнением, образование дендритов на кромках золотника, низкая коррозионная стойкость, невысокая твердость покрытия. Сцепление металла с нанесенным слоем значительно ниже, чем при хромировании.

Известен способ восстановления золотниковой пары (RU №2019376, МПК 5, В 23 Р 6/02, опубл. 15.09.1994), включающий восстановление герметичности золотниковой пары механической обработкой поясков золотника и цилиндровых отверстий корпуса.

Однако использование данного способа ограничено тем, что необходимо восстанавливать и одновременно изменять физико-механические свойства рабочих поверхностей и плоского золотника, и охватывающих секций.

Технический результат заключается в повышении ресурса плоских золотниковых пар путем изменения расположения материалов пар трения по твердости, повышения несущей способности поверхности, создания нерегулярной шероховатости на рабочих поверхностях деталей, обеспечивающей высокую маслоемкость покрытия.

Технический результат достигается тем, что способ восстановления соединений типа “плоская золотниковая пара” заключается в том, что после выведения следов износа шлифованием производят упрочнение охватывающей поверхности методом электроискровой наплавки графитовым электродом на режимах с энергией импульса 0,13-0,28 Дж, удельным временем упрочнения 1,5-3 мин/см², при частоте вибрации электрода 200-250 Гц, а также производят электроискровую наплавку золотника алюминиевыми или алюминиево-марганцевыми бронзами на режимах с энергией импульса 0,81-1,66 Дж, удельным временем наплавки 2-2,5 мин/см², при частоте вибрации электрода 200-250 Гц с их последующей шлифовкой и доводкой.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. При износах охватывающих поверхностей сливных секций эти поверхности шлифуют до выведения следов износа, а затем упрочняют графитовым электродом с использованием установки для электроискровой обработки “Элитрон - 22БМ” на режимах с энергией импульса 0,13-0,28 Дж, удельным временем обработки 1,5-3 мин/см², при частоте вибрации электрода 200-250 Гц. При износах золотников до 60 мкм на сторону на изношенные поверхности наносят электроискровое покрытие из алюминиевых или алюминиево-марганцевых бронз на режимах с энергией импульса 0,81-1,66 Дж, удельным временем наплавки 2-2,5 мин/см², при частоте вибрации электрода 200-250 Гц. Затем золотник шлифуют и при помощи доводки на притирочной плите обеспечивают технологический зазор в соединении, контролируя толщину золотника.

Заявляемые пределы параметров операций обосновываются следующим. В прямой паре при перегрузке пластическая деформация ее элемента с меньшей твердостью препятствует нормальной работе пары, в результате чего возрастают силы трения, увеличивается повреждение поверхности, и пара быстро выходит из строя. В обратной паре при перегрузке пластическая деформация образца с меньшей твердостью не препятствует работе пары.

При сравнении параметров шероховатости поверхностей, полученных после электроискровой наплавки и после обработки шлифовальным кругом, выявляется преимущество поверхности, обработанной электрическими импульсами. Поверхность после удаления припуска 0,4-0,6 толщины наплавленного слоя имеет правильные сферические углубления, равномерно расположенные по всей поверхности, и упорядоченную направленность микрорельефа. Это способствует повышению износостойкости рабочих поверхностей гидроагрегата.

Исследование заявленных режимов и времени электроискровой обработки поверхностей плоского золотника и сопряженных с ним поверхностей сливных секций осуществляют на модернизированной установке “Элитрон-22БМ”. Энергетические характеристики установки представлены в табл.1.

Упрочнение охватывающих поверхностей сливных секций осуществляют электрододержателем с возвратно-поступательным движением графитового электрода. Частота импульсов генератора для исследуемых материалов электродов составляет 200-250 Гц. При частоте импульсов менее 200 Гц время обработки до достижения сплошности не менее 90% значительно возрастает, а при частоте выше 250 Гц процесс проходит не стабильно из-за перегрева и возгорания электрода.

Наплавку на золотники осуществляют также электрододержателем с возвратно-поступательным движением электрода из алюминиевой или алюминиево-марганцевой бронзы. Частота импульсов генератора для исследуемых материалов электродов составляет 200-250 Гц. При частоте импульсов менее 200 Гц сплошность покрытия не превышает 60%, а при частоте выше 250 Гц процесс проходит не стабильно из-за залипания электрода.

Для восстановления золотников приняты 4 и 5 режимы с энергией импульса 0,81-1,66 Дж, т.к. только они позволяют эффективно влиять на толщину покрытия образца. Первый, второй и третий режимы с энергией импульса 0,06-0,28 Дж используют для упрочнения охватывающих поверхностей сливных секций.

В процессе эксперимента старались получить максимально возможные толщины слоев покрытий из алюминиевых и алюминиево-марганцевых бронз, имеющих сплошность не менее 90%, и фиксировали время наплавки, соответствующее этой толщине. При упрочнении графитовым электродом определяют энергию импульса, при которой время обработки минимально. Результаты оценки времени электроискровой обработки и толщины покрытий, полученных на различных режимах установки, представлены в табл.2

Исследования проводили по стандартным методикам на следующем оборудовании: микротвердость на приборе для измерения микротвердости ПМТ-3, износостойкость на машине трения ХОБАТ-1. Результаты исследования пар трения представлены в табл.3, из которой видно, что суммарная интенсивность изнашивания обратной пары трения, полученной электроискровой обработкой, в 1,9 раза превышает износостойкость прямой пары без обработки. Это объясняется снижением коэффициента трения за счет изменения условий взаимодействия поверхностей, повышения несущей способности и создания нерегулярной шероховатости на рабочих поверхностях деталей, обеспечивающей высокую маслоемкость покрытия.

Результаты исследования микротвердости поверхностей (табл. 3) показали, что после электроискровой наплавки алюминиевых и алюминиево-марганцевых бронз на плоский золотник из стали 40Х микротвердость возрастает от поверхности в глубину на 180 мкм и составляет 2370-5440 МПа. При электроискровом упрочнении охватывающих поверхностей сливных секций из серого чугуна СЧ-45 графитовым электродом, микротвердость убывает от поверхности в глубину на 120 мкм и составляет 5870-2230 МПа. Таким образом, микротвердость рабочей поверхности золотника, после удаления припуска на шлифование, 3260 МПа с меньшей площадью ниже микротвердости рабочей поверхности охватывающей секции 5870 МПа с большей площадью в 1,8 раза. Очевидно, что выполняется условие F_з<F_с, а Нμ_з<Нμ_с.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет восстанавливать и получать поверхности с особым микрорельефом и высокими триботехническими свойствами, способствующими повышению ресурса плоских золотниковых пар.

Изобретение может быть использовано при ремонте узлов трения. После выведения следов износа шлифованием производят упрочнение охватывающей поверхности методом электроискровой наплавки графитовым электродом на режимах с энергией импульса 0,13-0,28 Дж, удельным временем упрочнения 1,5-3 мин/см², при частоте вибрации электрода 200-250 Гц. Производят электроискровую наплавку золотника алюминиевыми или алюминиево-марганцевыми бронзами на режимах с энергией импульса 0,81-1,66 Дж, удельным временем наплавки 2-2,5 мин/см², при частоте вибрации электрода 200-250 Гц. Осуществляют последующую шлифовку и доводку. Способ позволяет повысить ресурс работы плоских золотниковых пар за счет создания нерегулярной шероховатости на рабочих поверхностях, обеспечивающей высокую маслоемкость покрытия. 3 табл.

Способ восстановления соединений типа “плоская золотниковая пара”, отличающийся тем, что после выведения следов износа шлифованием производят упрочнение охватывающей поверхности методом электроискровой наплавки графитовым электродом на режимах с энергией импульса 0,13-0,28 Дж, удельным временем упрочнения 1,5-3 мин/см², при частоте вибрации электрода 200-250 Гц, а также производят электроискровую наплавку золотника алюминиевыми или алюминиево-марганцевыми бронзами на режимах с энергией импульса 0,81-1,66 Дж, удельным временем наплавки 2-2,5 мин/см², при частоте вибрации электрода 200-250 Гц с последующей шлифовкой и доводкой.