Способ обработки поверхности трения Советский патент 1992 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению новых и восстановлению изношенных деталей машин, а также к испытанию материалов при трении.

Известен способ повышения износостойкости пар трения, заключающийся в том, что в зону трения помещают электрически изолированные от пары вставки, выполненные из металла, соответствующего присадкам в масло, а к рабочим поверхностям пар трения и вставкам, подводят напряжение так, что поверхности служат катодом, а вставки - анодом.

Однако предусмотренные известным способом дополнительные устройства в узле трения в виде электроизолированных вставок усложняют, а следовательно, удорожают производство, техническое обслуживание, ремонт и эксплуатацию машин. Применение таких .устройств весьма ограничено или вообще неприемлемо в узлах трения сравнительно малых размеров, например в измерительных приборах, часовых кри- вошипно-шатунных, цилиндро-поршневых и других колебательных и реверсивных механизмов и сопряжений, а также в парах трения, где весьма недостаточная или вообще отсутствует смазка, например, при рабочей температуре деталей выше температуры вспышки смазочного масла или при контактировании поверхностей трения деталей с обрабатываемым материалом, например, почвой, рудой, углем, зерном, цементом, пищевыми продуктами, нитками, тканями, резиной, деревом, полимерными материалами, удобрениями и т.п.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей, обеспечение одновременной обработки пары трения путем использования для нанесения износостойких покрытий и исключения финишной обработки деталей и обеспечение одновременной обработки двух деталей.

(Л

1

со

to to

со ю

Эта цель достигается тем, что применяют электролит в виде смеси жидкого стекла и водного раствора, по меньшей мере одной соли металла, и напряжение подводят к обеим деталям пары трения.

Сущность способа заключается в следующем о

В сравнении с традиционными электрохимическими металлопокрытиями трибоэлектрохимические, т.е. электрохимические металлопокрытия при трении позволяют повысить твердость осаждаемых материалов в сравнении с их исходным состоянием 2,6-3,0 раза и увеличить плотность тока более чем на порядок.

Жидкое стекло является ионообразуработу равнозначно обработанных обеих трущихся поверхностей; а следовательно, обладающих аналогичными свойствами, и тем самым исключают необходимость применения в подшипниковых узлах трения скольжение антифрикционных традиционных подшипниковых материалов и их несущих конструкций

в виде вкладышей, втулок и т„п„ Способ исключает электроизолированные от деталей узла трения анодные вставки, повышает производительность труда и качество выполненной работы,

5 так как трибоэлектрохимические ме- таллокерамические армированные оболочковые покрытия поверхностей трения деталей осуществляют на типовых металлообрабатывающих станках и тех

Использование: восстановление изношенных деталей В зону трения, которая заполнена электролитом, помещают электрически изолированные электропроводные вставки и к одной из деталей пары трения и вставки подводят напряжение, при этом применяют электролит в виде раствора жидкого стекла в водном растворе не менее, чем одной соли металла. Напряжение может быть подведено одновременно к обеим деталям пары трения. 1 з.п. ф-лы.

ющей рабочей средой, которая обладает 20 нологическом оборудовании.

смазочными свойствами и содержит в своем составе осаждающиеся на поверхностях трения обрабатываемых деталей совместно с уэтериалами растворимых рабочих инструментов-анодов металло- керамикуобразующий, содержащийся в жидком стекле, компонент кремний, а нивелируемые выступы шероховатостей являются арматурой металлокерамичес- ких покрытий поверхностей трения обрабатываемых деталей, Упрощение технологии изготовления новых и восстановления изношенных деталей достигают в результате сокращения количества или полного исключения финишных механических доводочных операций обработки поверхностей трения, упрочняющих технологии полнообъемными легированными поверхностными закалками, диффузионными насыщениями поверхностных слоев, если их производят с целью повышения износостойкости конструкционных материалов, значительного сокращения или полного исключения приработки пар трения и обкатки машин, так как трибоэлектрохимические армированные металлокерамические покрытия поверхностей трения осуществляют на скоростных, нагрузочных и других режимах работы деталей в машинах не ниже максимальных эксплуатационных значений. Упрощения конструкций подшипниковых узлов трения скольжения, а следовательно, и ма- , шин в целом является результатом вы- сокой износостойкости трибоэлектро- химическйх армированных металлокера- мических покрытий поверхностей тре- , ния деталей, обеспечивают при этом

5

В результате заполнения впадин до уровня выступов шероховатостей поверхностей трения металлокерамичес- ким материалом получают высокоизно5 состойкое оболочковое покрытие обрабатываемых деталей .

Трибоэлектрохимическая технология (осуществление электрохимических процессов при трении) на простейшем

0 металлообрабатывающем технологическом оборудовании с добавками в жидкое стекло водных растворов и необходимых металлов позволяют получить высокоизносостойкие металлокерамические армированные оболочковые покрытий поверхностей трения обрабатываемых деталей, которые в своем составе содержат металлические компоненты находящихся в жидком стекле и раствод римых рабочих инструментов-анодов, например, медь, цинк, олово и т.п. для антифрикционных, или титан, молибден, железо, хром, никель и т„п. для фрикционных металлокерамических покрытий.

Способ осуществляют следующим образом.

Обрабатываемую деталь устанавливают и закрепляют на металлообрабатывающем станке так же, как и при традиционных способах обработки. Растворимые металлические рабочие инструменты-аноды устанавливают вместо типовых рабочих инструментов с обязательной электроизоляцией от места крепления. Растворимые рабочие металлические инструменты-аноды изготавливают в соответствии с используемым станкооборудованием в виде

5

0

5

51

резца, фрезы, круга, плиты,жимков и т.По В качестве рабочей среды применяют жидкое стекло. С целью расширения диапазона легирования и получения высокоизносостойких с заданными свойствами (например, тепло, коррози оностойких и т.п„) трибоэлектрохими- ческих металлокерамических армированных оболочковых покрытий поверхностей трения деталей в жидкое стекло добавляют водные растворы солей необходимых металлов.

Неконтактируемые между собой обрабатываемую деталь и (или) растворимый металлический инструмент-анод приводят в движение. Плавно подводят к обрабатываемой поверхности трения детали металлический рабочий растворимый инструмент-анод и одновременно в контакт взаимодействия деталь-инструмент подают жидкое стекло или какую-либо другую рабочую среду, подготовленную для этих целей на основе жидкого стекла. После подачи рабочей среды как раствора электролита обрабатываемую деталь и рабочий инструмент включают в цепь постоянного элетрического тока так, чтобы деталь была катодом (минус) , а инструмент анодом (плюс).

Режим осуществления трибоэлектро- химических металлокерамических армированных оболочковых покрытий поверхностей трения деталей определяют, исходя из следующих условий. Скорост трения и удельное давление в разделенном тонкой пленкой жидкого стекла контакте растворимого инструмента- анода и обрабатываемой детали должны быть не ниже максимальных эксплуатационных значений величин этих параметров. Это позволяет подготовить поверхности трения обрабатываемых деталей к несению эксплуатационных

нагрузок, т.е. к работе в эксплуатационном режиме без длительной приработки пар трения и обкатки машин. При этом напряжение в электрической цепи составляет до 2 В, а плотность тока до 10 А/мм2, что достаточно хорошо согласуется практическими данными. Время обработки 1 дм2 площади трения детали составляет с. Такая скорость обработки поверхностей трения трибоэлектрохимическими металлокерамическими армированными оболочковыми покрытиями во мйого раз меньше скорости обработки изве0

5

0

5

0

5

0

5

стными традиционными способами механической обработки деталей и на несколько порядков меньше времени диффузионных упрочняющих технологий, приработок, и обкаток. А, учитывая, что разработанный способ исключает все перечисленные технологические приемы и операции вместе взятые, вполне естественен выигрыш во времени , еще более высомый.

Результаты практического осуществления способа.

Износостойкость трибоэлектрохими- ческих металлокерамических армированных оболочковых покрытий более чем на порядок выше износостойкости поверхностей трения деталей.обработанных традиционными способами, например, у деталей гидронасосов типа НШ в 12-15 раз. Детали пары трения стержень клапан - направляющая втулка системы газораспределения двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля за время пробега 65-75 тыс. километров изнашиваются соответственно на k-S и 35-65 мкм. После обработки поверхностей трения аналогичных деталей трибоэлектрохимическими металлокерамическими армированными покрытиями за такой же промежуток времени износ этих деталей составляет соответственно 1-2 и Ц-6 мкм. Температура тарелки клапана достигает 700°С, а стержня . При этом оптимальное количество кремния в осажденных таким образом на поверхности трения трибоэлектрохимических металлокерамических армированных оболочковых покрытиях находится в пределах 0,085-50,.0%. Наиболее износостойкие поверхности трения получаются при содержании в покрытии 1,5-50,5% кремния. Если кремния больше 50,0%, в покрытии начинают появляться субмик-

0

ротрещины, имеют место локальные выкрашивания. Отдельные включения в осажденном слое содержат более 50% кремния.

Добавки в жидкое стекло в виде присадок, как в раствор электролита, водных растворов солей необходимых металлов обеспечивают более управляемый процесс модификации трибоэлектрохимических металлокерамических армированных оболочковых покрытий в зависимости от целей и поставленных задач.

Обработка обеих трущихся поверхностей пары трения трибоэлектрохими- ческими металлокерамическими армированными оболочковыми покрытиями обеспечивает повышение износостойкости пары трения в сравнении с об- работкой одной детали, как правило обладающей большей фрикционностью, на

Значительное упрощение и сокращение технологических операций при изготовлении новых и восстановлении изношенных деталей, резкое сокращение времени на обработку деталей и повышения износостойкости пар трения позволяют обеспечить получение очевидных положительных экономически результатов. Фюрмулё изобретения

1„ Способ обработки поверхности трения, заключающийся в том, что в

5

зону трения, заполненную электролитом, помещают электрически изолированные от пары трения электропроводные вставки, а по меньшей мере к одной из деталей пары и вставки подводят напряжение, отличающий- с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем использования для нанесения износостойких покрытий и исключения финишной обработки, применяют электролит в виде смеси жидкого стекла и водного раствора по меньшей мере одной соли металла.

2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что, с целью обес- , печения одновременной обработки двух деталей, напряжения подводят к обеим деталям пары трения.