СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B24B1/00 

Описание патента на изобретение RU2323813C2

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке металлов резанием.

Известен способ определения оптимальных условий шлифования (авторское свидетельство СССР №852501, МПК В24В 1/00, 1981 г.), при котором в качестве критерия оптимальности выбирают концентрацию химических элементов, перенесенных с абразивного инструмента.

Недостатком способа является то, что он не учитывает возможные изменения в тончайших поверхностных слоях обработанной детали, происходящие в процессе шлифования газотермического покрытия и влияющие на его качество, - фазового состояния, микроструктуры, шероховатости и микротвердости. Изменения шероховатости, микротвердости, фазового состава и микроструктуры в поверхностном слое шлифуемой детали влияют на достижение требуемой износостойкости трибосопряжения и, как следствие, - ресурс.

Технический результат направлен на повышение качества обрабатываемой поверхности.

Технический результат достигается тем, что деталь предварительно шлифуют, затем проводят физико-химический анализ обрабатываемой поверхности, по результатам которого изменяют условия шлифования с выбором критерия оптимальности.

При этом для определения оптимальных условий шлифования деталей класса «валы», восстановленных плазменным напылением металлического порошка, в качестве критерия оптимальности выбирают шероховатость, микротвердость, а также элементный состав, фазовое состояние, микроструктуру поверхностного слоя, влияющие на достижение требуемой износостойкости трибосопряжения «плазменное покрытие-вкладыш» и определяемые комплексом микрозондовых методов анализа, включающим проведение рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгенофазового анализа под скользящим углом, масс-спектроскопии вторичных ионов с послойным анализом.

Отличительными признаками от прототипа является то, что для определения оптимальных условий шлифования деталей класса «валы», восстановленных плазменным напылением металлического порошка, в качестве критерия оптимальности выбирают шероховатость, микротвердость, а также элементный состав, фазовое состояние, микроструктуру поверхностного слоя, влияющие на достижение требуемой износостойкости трибосопряжения «плазменное покрытие-вкладыш» и определяемые комплексом микрозондовых методов анализа, включающем проведение рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгенофазового анализа под скользящим углом, масс-спектроскопии вторичных ионов с послойным анализом.

Суть способа поясняется на примере шлифования коренных шеек коленчатого вала, восстановленного плазменным напылением металлического порошка ПН85Ю15.

Для определения оптимальных условий шлифования подготавливали пять групп образцов (таблица). Образцы всех групп вырезали из коренных шеек коленчатого вала двигателя КамАЗ-740.10 (сталь-42ХМФА-Ш). Изношенную поверхность образцов второй, третьей, четвертой и пятой групп восстанавливали плазменным напылением порошка ПН85Ю15 (ТУ-14-1-38-82-81) на установке плазменного напыления ПН-УПУ-3Д. Толщина покрытия составляла не более 3 мм на диаметр. Напыление порошка осуществляли по технологии, обеспечивающей получение максимально возможной адгезионной прочности и износостойкости трибосопряжения.

Образцы первой, третьей, четвертой и пятой групп шлифовали на станке 3А-423 с одинаковыми параметрами режима, обеспечивающими максимальную износостойкость трибосопряжения «шейка вала-вкладыш»: скорость круга Vк=30 м/с, скорость вращения детали Vд=20 м/мин, глубина шлифования tм=0,025 м/мин с охлаждением «Эмульсолом-1» с подачей 8 л/мин.

За эталон приняты образцы первой и второй групп. Причем образцы первой группы шлифовали для изучения изменения свойств шейки коленчатого вала после шлифования. Образцы второй группы напыляли для изучения исходного элементного состава, фазового состояния, микроструктуры и микротвердости плазменного покрытия. При определении оптимальных условий шлифования образцов 3-й, 4-й и 5-й групп изменяли твердость шлифовального круга. После шлифования образцов всех групп измеряли шероховатость поверхности, микротвердость, изучали элементный состав, фазовое состояние, микроструктуру шлифованной поверхности. После этого испытывали трибосопряжение «вкладыш-шейка коленчатого вала» на износостойкость. Физико-химические свойства поверхности, сформированные при шлифовании, сравнивали с износостойкостью трибосопряжения. На этой основе формулировали вывод о влиянии элементного состава, фазового состояния, микроструктуры, микротвердости и шероховатости поверхности на износостойкость трибосопряжения. После этого изменяли твердость круга, шлифовали покрытие и повторно проводили исследование.

С помощью масс-спектроскопии вторичных ионов с послойным анализом (МСВИ) на поверхности плазменного покрытия образцов второй группы (без шлифования) обнаружено скопление СО2. Это подтверждено рентгеноспектральным микроанализом (РСМА). Концентрация химических элементов установлена рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией (РФЭС) и составила: Al - 15,2%, Ni - 84,8% (см. таблицу). Это соответствует химическому составу порошка ПН85Ю15, используемого при напылении. Рентгенофазовым анализом под скользящим углом в поверхностном слое обнаружено 2,3% фазы Al2О3. Микроструктура также соответствует плазменному покрытию порошка ПН85Ю15. Микротведость ниже, чем у шейки коленчатого вала. Поскольку покрытие образцов второй группы не шлифовали, шероховатость покрытия и износостойкость трибосопряжения не измерялись.

С помощью МСВИ, РСМА после шлифования плазменного покрытия твердым кругом 24А25СТ15КБ на поверхности образцов третьей группы обнаружено увеличение концентрации Al и O2 (см. таблицу). Методом РФЭС установлено, что на поверхности после шлифования твердым кругом накапливается 28% Al, а концентрация Ni снижается до 72%. Рентгенофазовый анализ под скользящим углом позволил установить наличие фаз: NiAl, AlNi3 и Al2O3 с концентрацией AlNi3 меньше 1% и Al2О3 около 7% (корунд), снижающих износостойкость трибосопряжения. Доминирующее влияние на снижение износостойкости трибосопряжения оказывает фаза Al2О3. Микроструктура покрытия уплотнена по сравнению с покрытием до шлифования и способствует повышению износостойкости восстановленной поверхности после шлифования и трибосопряжения в целом. Микротвердость снизилась до 300 кг/мм2. Шероховатость полученной поверхности составила 0,32 мкм. Износостойкость трибосопряжения «шейка вала с плазменным покрытием после шлифования-вкладыш» на 18% ниже, чем эталонное сопряжение.

С целью уменьшения концентрации Al2О3 и, как следствие, увеличение износостойкости трибосопряжения проводили изменение условий обработки. Для этого изменили твердость шлифовального круга. Поверхность плазменного покрытия после шлифования кругом средней твердости 24А25С15КБ претерпела изменения по сравнению с покрытием, шлифованным твердым кругом 24А25СТ15КБ. Реализация комплекса микрозондовых методов анализа показала уменьшение концентрации Al с 28% до 21,2% (см. таблицу). Концентрация фазы Al2O3 снизилась до 5%. При неизменной уплотненной микроструктуре снизилась микротвердость покрытия и шероховатость. Износостойкость трибосопряжения повысилась на 5% по сравнению с эталонной и на 23% по сравнению с износостойкостью третьей группы.

Несмотря на снижение концентрации Al2O3, износостойкость трибосопряжения повысилась недостаточно. По этой причине принято решение о дальнейшем снижении твердости круга и увеличении подачи смазочно-охлаждающей жидкости до 9 л/мин. Методом РФЭС на поверхности плазменного покрытия после шлифования кругом 24А25СМ15КБ установлено снижение концентрации Al с 21,2% до 17,4%. Это подтверждают МСВИ и РСМА. Методом РФАСУ установлено, что концентрация фазы Al2O3 снизилась до 2%. При увеличении микротвердости до 329 кг/мм2, снизилась шероховатость. Износостойкость трибосопряжения с покрытием, обработанным средне-мягким кругом, повысилась на 15% по сравнению с образцами первой, на 33% по сравнению с образцами третьей и на 10% четвертой группы (см. таблицу). В результате параметры режима шлифования образцов пятой группы приняты оптимальными.

Таким образом, применение комплекса микрозондовых методов анализа позволило в полном объеме провести анализ поверхностных слоев после шлифования и по результатам определить оптимальные условия обработки, влияющие на достижение требуемой износостойкости трибосопряжения, повысить ресурс.

Исследуемые образцыХарактеристика поверхности после шлифованияОтносительная износостойкость трибосопряжения «шейка вала-вкладыш»ГруппаХарактеристикаЭлемент составФазовое состояние Al2О3, %МикроструктураМикротвердость Нμ, кг/мм2Шероховатость Ra, мкмAlNi1Шейка коленчатого вала КамАЗ-740 без покрытия-не обнаруженоСтандартная для стали 42-ХМФА-Ш580-6100,29-0,321 (эталон)2Шейка с плазменным покрытием без шлифования15,284,82,3Стандартная для покрытия ПН85Ю15450не измеряласьне измерялась3Шейка коленчатого вала с плазменным покрытием ПН85Ю15 Шлифованная кругом 24А25СТ15КБ28725,3-7уплотненная3000,320,824То же. Шлифованная кругом 24А25С15КБ21,277,84-5то же2900,311,055Шлифованная кругом 24А25СМ15КБ17,482,61,3-2"3290,301,15

Похожие патенты RU2323813C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ 2013
  • Ненашев Максим Владимирович
  • Борисов Виталий Валерьевич
  • Деморецкий Дмитрий Анатольевич
  • Ибатуллин Ильдар Дугласович
  • Журавлев Андрей Николаевич
  • Марков Александр Сергеевич
RU2555322C2
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ ИЗ ЧУГУНА И СТАЛИ 2013
  • Панков Владимир Петрович
  • Жидков Владимир Евдокимович
  • Ковалев Вячеслав Данилович
  • Коломыцев Петр Тимофеевич
  • Панков Денис Владимирович
  • Баженов Анатолий Вячеславович
  • Соловьев Вячеслав Александрович
  • Соболев Игорь Алексеевич
RU2521780C1
Способ получения спеченного изделия из порошка кобальтохромового сплава 2018
  • Агеев Евгений Викторович
  • Агеева Екатерина Владимировна
  • Алтухов Александр Юрьевич
  • Новиков Евгений Петрович
  • Хардиков Сергей Владимирович
RU2680536C1
СПОСОБ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАПЫЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ, СОДЕРЖАЩЕГО МАТРИЦУ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА С ВКЛЮЧЕНИЯМИ ИЗ КАРБИДА КРЕМНИЯ, НА ИЗДЕЛИЕ ИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ 2024
  • Романов Денис Анатольевич
  • Московский Станислав Владимирович
  • Ващук Екатерина Степановна
  • Филяков Артем Дмитриевич
RU2819214C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ ИЗ ЧУГУНА И СТАЛИ 2022
  • Панков Владимир Петрович
  • Панков Денис Владимирович
  • Ковалев Вячеслав Данилович
  • Горобчук Александр Романович
  • Швецов Алексей Алексеевич
  • Букаткин Рустем Николаевич
  • Рубцов Николай Романович
  • Степанова Марина Валерьевна
  • Шрамко Дарья Ивановна
RU2780616C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ ИЗ ЧУГУНА И СТАЛИ 2020
  • Панков Владимир Петрович
  • Ковалев Вячеслав Данилович
  • Панков Денис Владимирович
  • Румянцев Сергей Васильевич
  • Медведев Валерий Иванович
  • Баженов Анатолий Вячеславович
  • Табырца Владимир Иванович
RU2751499C1
Способ получения спеченных изделий из электроэрозионных порошков на основе алюминиевого сплава АД0Е 2023
  • Агеев Евгений Викторович
  • Агеева Екатерина Владимировна
  • Новиков Евгений Петрович
  • Поданов Вадим Олегович
RU2812059C1
СПОСОБ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАПЫЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭРРОЗИОННОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ВОЛЬФРАМА И ЗОЛОТА НА МЕДНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ 2023
  • Романов Денис Анатольевич
  • Почетуха Василий Васильевич
  • Панченко Ирина Алексеевна
  • Московский Станислав Владимирович
RU2805413C1
ПРИМЕНЕНИЕ ДВОЙНОГО ШЛИФОВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ АЛМАЗНОЙ ПУДРОЙ В КАЧЕСТВЕ СПОСОБА НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ 2016
  • Коршунов Анатолий Борисович
  • Аникин Вячеслав Николаевич
  • Кудрявцева Вера Ивановна
  • Аникин Григорий Вячеславович
  • Фанаскова Наталья Вячеславовна
  • Золотарева Наталья Николаевна
  • Золотарева Кристина Анатольевна
  • Горнак Диана Асадовна
  • Самарина Нина Александровна
RU2649604C2
СПОСОБ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАПЫЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ МОЛИБДЕНА И ЗОЛОТА НА МЕДНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ 2023
  • Романов Денис Анатольевич
  • Почетуха Василий Васильевич
  • Панченко Ирина Алексеевна
  • Московский Станислав Владимирович
RU2809288C1

Реферат патента 2008 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ШЛИФОВАНИЯ

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при обработке деталей, восстановленных плазменным напылением металлического порошка. Осуществляют предварительное шлифование обрабатываемой детали и проводят ее физико-химический анализ. По результатам анализа изменяют условия шлифования в зависимости от элементного состава поверхностного слоя детали, его фазового состояния и микроструктуры. Упомянутые параметры определяют комплексом микрозондовых методов анализа. Последний включает проведение рентгенофазового анализа под скользящим углом, рентгенофотоэлектронной спектроскопии, масс-спектроскопии вторичных ионов с послойным анализом. При этом проводят измерение микротвердости и шероховатости обрабатываемой поверхности. Такие действия позволяют выбрать оптимальные режимы шлифования, что повышает качество обрабатываемой поверхности. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 323 813 C2

Способ определения оптимальных условий шлифования, включающий предварительное шлифование обрабатываемой детали, проведение физико-химического анализа обрабатываемой поверхности, изменение условий шлифования, отличающийся тем, что при определении оптимальных условий шлифования деталей, восстановленных плазменным напылением металлического порошка, изменение условий шлифования осуществляют в зависимости от элементного состава поверхностного слоя детали, его фазового состояния и микроструктуры, определяемых комплексом микрозондовых методов анализа, включающим проведение рентгенофазового анализа под скользящим углом, рентгенофотоэлектронной спектроскопии, масс-спектроскопии вторичных ионов с послойным анализом, с измерением микротвердости и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2323813C2

Способ определения оптимальныхуСлОВий шлифОВАНия 1979
  • Саютин Геннадий Иванович
  • Носенко Владимир Андреевич
  • Татаринов Андрей Петрович
  • Ларинов Николай Федорович
SU852501A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМОГО РЕЖИМА ШЛИФОВАНИЯ ТВЕРДОГО СПЛАВА 0
SU200273A1
Способ определения оптимальной скорости резания при шлифовании твердых сплавов 1984
  • Крючков Владислав Яковлевич
  • Узунян Матвей Данилович
  • Дрожин Виталий Федорович
SU1283612A1
Способ определения параметров режима предварительного шлифования 1988
  • Флид Марк Давидович
SU1662813A1

RU 2 323 813 C2

Авторы

Ефремов Владимир Владимирович

Гедзь Андрей Джонович

Пшеничкин Николай Иванович

Коберниченко Анатолий Борисович

Гелевский Роман Владимирович

Даты

2008-05-10Публикация

2003-05-05Подача