СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ С ЗАДАННОЙ ВЕЛИЧИНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B23P9/00 

Описание патента на изобретение RU2355544C2

Изобретение относится к способам формирования поверхностных слоев деталей с заранее заданными триботехническими свойствами.

Известно, что в существующих машинах и механизмах, в целях достижения высокой износостойкости трущихся сопряжений при новом изготовлении, при производстве запасных частей, а также в эксплуатации при технических осмотрах на поверхностях деталей машин посредством специальных видов обработки поверхностей и формирования на них покрытий из широкого спектра материалов получают улучшенные триботехнические показатели пар трения, которые позволяют увеличить ресурс машин в целом.

Однако до настоящего времени отсутствуют способы подбора требуемых характеристик материалов поверхности деталей для достижения заданных показателей надежности механизмов.

В связи с большим разнообразием материалов и видов обработки поверхности деталей в качестве критерия изнашивания следует принять универсальный параметр - интенсивность изнашивания, равный отношению величины линейного износа по площади контакта к единице пути под нагрузкой, вызывающей данный износ. Подобный параметр описан в [1, 2].

Известен метод оценки износостойкости поверхностей пар трения деталей машин [2], который для расчета износа при стационарных режимах использует 4 вида характеристик материала и поверхности, из которых фрикционно-усталостные характеристики и характеристики микрогеометрии поверхностей трения получают экспериментальным путем или по аналогам после получения поверхности.

Недостатком методики является то, что получаемые объекты для определения их интенсивности изнашивания необходимо испытывать, а в расчетном методе для определения исходной характеристики требуются характеристики микрогеометрии поверхности.

Известен способ безразборного восстановления эксплуатационных параметров пар трения [3], в котором применяются порошковый материал, полученный химическим путем. При этом техническим результатом является снижение эксплуатационных расходов без указания интенсивности изнашивания.

Недостатком способа является то, что фиксированный по вещественному составу материал используют для формирования поверхности при эксплуатационных нагрузках, при этом параметры интенсивности изнашивания поверхности не определяются для каждого конкретного случая условий работы пары трения.

Известен способ [4] образования защитного покрытия, избирательно компенсирующего износ поверхностей трения и контакта деталей машин. Используется порошок фиксированного состава, содержащий природные минералы. При этом техническим результатом является образование покрытия, получаемого при замещении атомов магния в применяемом порошке на атомы железа.

Недостатком способа является то, что характеристики получаемого покрытия зависят от состава основного материала детали, а интенсивность изнашивания зависит от ряда случайных факторов.

Еще один способ формирования покрытий деталей заявлен в [5]. При данном способе образуют двухслойное покрытие с выбором свойств применяемых материалов и тройной пластической обработкой поверхности детали. При этом способе применяют уже две группы материалов, обладающих известными механическими характеристиками, причем возможен подбор материалов для конкретных условий.

Недостатками этого способа является отсутствие режимов поверхностной обработки и критериев подбора материалов по механическим характеристикам.

Таким образом, из описания приведенных аналогов видно, что такие эксплуатационные характеристики покрытия, как интенсивность изнашивания поверхности при заданных условиях заранее не прогнозируются и определяются только при проведении последующих испытаний, что не дает возможности полностью решить задачу установления заданной скорости изнашивания поверхности при проектировании изделия.

В качестве прототипа выбран способ формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения, включающий пластическое деформирование поверхности и применение двух видов материалов [5] ввиду возможностей наиболее широкого выбора как режимов пластической деформации, так и характеристик применяемых материалов.

Как и предыдущие аналоги, прототип имеет те же недостатки - отсутствие режимов поверхностной обработки и критериев подбора материалов по механическим характеристикам, способных обеспечить заданную интенсивность изнашивания поверхности.

Однако при конструировании машин и механизмов стоит задача обеспечения заданного уровня надежности пар трения за счет подбора материалов поверхности по заданной интенсивности изнашивания.

Прототип не может удовлетворить эти требования, поскольку не устанавливает принципов выбора материалов.

В основу изобретения поставлена задача создания способа выбора материалов и методов поверхностной обработки, при которых интенсивность изнашивания поверхностей трущихся деталей соответствует заданным значениям.

Технический результат - заданная интенсивность изнашивания поверхности достигается путем выбора материала поверхности детали и его обработки по критериям на базе объемных энергетических параметров веществ, по характеристике удельной работы пластической деформации [6] и заданным параметрам давления в зоне контакта и коэффициента трения. При этом задают величину интенсивность изнашивания [7] каждой поверхности детали данной пары, коэффициент трения, расчетное номинальное давление, определяемое с помощью геометрических параметров пары трения, вычисляют величину напряжения среза адгезионной связи на площади контакта [1] в виде произведения половины расчетного номинального давления на площади контакта и величины коэффициента трения, в условиях стационарного режима процесса трения заданную величину интенсивности изнашивания материала приравнивают к числу интенсивности изнашивания выбираемого материала поверхностного слоя деталей пары трения и по вычисленному напряжению среза адгезионных связей определяют требуемую величину удельной объемной энергии пластической деформации материала поверхности, метод и режим формирования покрытия из выбранного материала и (или) вид поверхностной обработки основного материала детали выбирают таким образом, чтобы при этом достигались требуемые значения удельной объемной энергии пластической деформации материала поверхностного слоя.

При этом поверхности обоих деталей, составляющих пару трения, могут образовываться одинаковыми материалами с энергоплотностью не ниже 80 кДж/см.

Примеры конкретной реализации.

Пример 1. Подбор материала покрытия для поршневого компрессионного кольца автомобиля ВАЗ. Материал штатного кольца - чугун, с твердостью HV 380, средняя интенсивность изнашивания кольца [1,2]3×10-12. Коэффициент трения в сопряжении кольца с втулкой цилиндра Ктр=0,03; давление в зоне контакта 7,5 кгс/мм2.

С целью повышения ресурса кольца задана интенсивность изнашивания J=8×10-14, коэффициент трения Ктр=0,02 при том же давлении в зоне контакта, что и в штатном варианте. Требуемая в соответствии с вышеизложенной методикой удельная энергия пластической деформации материала поверхности составляет 1740 кгс/мм2. При этом твердость материала поверхности - HV 540. В качестве материала покрытия выбран серпентинит с исходной средней твердостью HV 480 и из него сформировано с использованием ультразвукового устройства покрытие на рабочей части компрессионного кольца толщиной 0,045 мм с твердостью HV 520-550 и средним значением удельной объемной энергии пластической деформации 1730 кгс/мм2. Ресурсные испытания данного кольца показали интенсивность изнашивания

J=4,8×10-14.

Пример 2. Подбор материала для снижения интенсивности изнашивания лабораторного образца из стали Ю3.

При испытаниях на машине трения по методу ролик-ролик двух образцов из стали Ю3 без покрытия с твердостью HV 180 были при стационарном режиме получены следующие результаты: давление в зоне контакта 1,75 кгс/мм2, коэффициент трения 0,095 и интенсивность изнашивания J=1,59×10-12.

Задана интенсивность изнашивания J=2×10-13, коэффициент трения 0,02 и давление в зоне контакта 5 кгс/мм2. Требуемая в этих условиях величина объемной удельной энергии пластической деформации составляет 850 кгс/мм2. По этим условиям выбран серпентинит с твердостью HV 320-380 и из него сформировано методом напрессовки порошка покрытие с твердостью в поверхности HV 370 и средним значением удельной объемной энергии пластической деформации 1200 кгс/мм2. Ресурсные испытания ролика в паре с колодкой показали интенсивность изнашивания J=9,8×10-14.

Приведенные примеры показывают, что заявленный способ позволяет аналитически определять среднюю интенсивность изнашивания при стационарном режиме и задавать с определенной точностью величину износов на уровне конструирования изделия.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчета на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977, 526 с.

2. ГОССТАНДАРТ СССР. ВНИИНМАШ. Методика расчетной оценки износостойкости поверхностей трения деталей машин. М.: Издательство стандартов. 1979. 100 с.

3. Давыдов В.А., Давыдов В.В. Патент RU 2199609. Способ безразборного восстановления эксплуатационных параметров трения.

4. Никитин И.В. Патент RU 2135638. Способ образования защитного покрытия, избирательно компенсирующего износ поверхностей трения и контакта деталей машин.

5. Холопов Ю.В., Лазарев С.Ю. Патент RU 2210626. Способ формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения.

6. Лазарев С.Ю. К вопросу об универсальной шкале твердости. Обогащение руд. 1997. №5, с.28-32.

7. Лазарев С.Ю., Токманев С.Б., Хмелевская В.Б. К вопросу о критериях выбора природных минеральных материалов и других веществ для покрытий разного назначения. Металлообработка. 2006. №3, с.28-35.

Похожие патенты RU2355544C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО МИНЕРАЛЬНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЯХ, ЗАЩИЩАЮЩЕГО ИХ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ АГРЕССИВНЫХ СРЕД И С ЗАДАННЫМИ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ 2009
  • Кислов Станислав Валентинович
  • Кислов Валентин Григорьевич
  • Лазарев Сергей Юрьевич
RU2421548C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 2005
  • Лазарев Сергей Юрьевич
RU2303650C1
СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ПОРШНЕВЫХ МАШИНАХ-ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2004
  • Лазарев С.Ю.
  • Филимонов В.П.
  • Холопов Ю.В.
RU2263217C1
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 ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ТРУЩИХСЯ УЗЛАХ МЕХАНИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПОКРЫТИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ БЕЗ РАЗБОРКИ АГРЕГАТОВ 2017
  • Лазарев Сергей Юрьевич
  • Шалдыбин Андрей Викторович
  • Велижанин Валерий Сергеевич
  • Токманёв Сергей Борисович
  • Потехин Александр Алексеевич
RU2687481C2
СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВЫХ ГРУППАХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПОКРЫТИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ БЕЗ РАЗБОРКИ ДВИГАТЕЛЯ 2005
  • Лазарев Сергей Юрьевич
  • Токманев Сергей Борисович
  • Половинкин Валерий Николаевич
RU2309274C2
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ ИЗ ЧУГУНА И СТАЛИ 2021
  • Панков Владимир Петрович
  • Румянцев Сергей Васильевич
  • Панков Денис Владимирович
  • Баженов Анатолий Вячеславович
  • Головасичева Таисия Витальевна
  • Степанова Виктория Владимировна
  • Обухова Софья Евгеньевна
  • Степанова Марина Валерьевна
  • Пустовит Даниил Олегович
RU2766627C1
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОБЩИХ ПОТЕРЬ В НАСОСАХ РАЗЛИЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ 2018
  • Лазарев Сергей Юрьевич
  • Велижанин Валерий Сергеевич
  • Турышев Борис Иванович
RU2717128C2
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 НАНОАЛМАЗНОГО МАТЕРИАЛА КОМБИНИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ 2013
  • Горленко Александр Олегович
  • Сканцев Виталий Михайлович
  • Давыдов Сергей Васильевич
  • Куракин Максим Юрьевич
RU2530432C2

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ С ЗАДАННОЙ ВЕЛИЧИНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ

Изобретение относится к способам формирования поверхностных слоев. Для детали пары трения задают величину интенсивности изнашивания поверхности, коэффициент трения, расчетное номинальное давление, которое определяют с помощью геометрических параметров пары трения, упругих свойств деталей и силовых факторов. Вычисляют величину напряжения среза адгезионных связей на площади контакта в виде произведения половины расчетного номинального давления и коэффициента трения. Определяют требуемую величину удельной объемной энергии пластической деформации материала поверхностного слоя с учетом вычисленного напряжения среза адгезионных связей. Выбирают материал покрытия. Выбирают метод и режим формирования покрытия поверхностного слоя из выбранного материала и/или вид поверхностной обработки основного материала детали из условия достижения требуемого значения удельной объемной энергии пластической деформации материала поверхностного слоя. 1 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 355 544 C2

1. Способ получения поверхностных слоев деталей в парах трения, отличающийся тем, что для детали пары трения задают величину интенсивности изнашивания поверхности, коэффициент трения, расчетное номинальное давление, которое определяют с помощью геометрических параметров пары трения, упругих свойств деталей и силовых факторов, вычисляют величину напряжения среза адгезионных связей на площади контакта в виде произведения половины расчетного номинального давления и коэффициента трения, в условиях стационарного режима процесса трения заданную величину интенсивности изнашивания приравнивают к интенсивности изнашивания выбираемого материала поверхностного слоя деталей пары трения и по вычисленному напряжению среза адгезионных связей определяют требуемую величину удельной объемной энергии пластической деформации материала поверхностного слоя, метод и режим формирования покрытия из выбранного материала и/или вид поверхностной обработки основного материала детали выбирают таким образом, чтобы достигались требуемые значения удельной объемной энергии пластической деформации материала поверхностного слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхности деталей, составляющих пару трения, формируют одинаковыми материалами с энергоплотностью не менее 80 кДж/см3.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2355544C2

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ ПАР ТРЕНИЯ 2002
  • Холопов Ю.В.
  • Лазарев С.Ю.
RU2210626C1
Способ упрочняюще-чистовой обработки поверхностей 1984
  • Улашкин Анатолий Петрович
  • Мулин Юрий Иванович
  • Шохеров Юрий Михайлович
SU1191267A2
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛИ 1995
  • Курганович В.О.
RU2095225C1
Способ нанесения покрытия 1984
  • Белевский Леонид Сергеевич
  • Кадошников Владимир Иванович
  • Миронов Юрий Михайлович
  • Кадошникова Ирина Дмитриевна
SU1206068A1
JP 200331162 А2, 05.11.2003.

RU 2 355 544 C2

Авторы

Лазарев Сергей Юрьевич

Токманев Сергей Борисович

Даты

2009-05-20Публикация

2007-03-13Подача