Способ восстановления изношенных поверхностей деталей Советский патент 1992 года по МПК B23P6/00 

сл С

Использование1 ремонтные работы поверхностей, подверженных касательным нагрузкам. Сущность изобретения: перед нанесением на изношенную поверхность покрытий предварительно на ней выполняют канавки прямоугольной формы на расстоянии одна от другой, равном: , где а - расстояние между канавками; b - ширина канавки; TI - предел прочности на сдвиг материала покрытия; тг предел прочности на сдвиг восстанавливаемой детали, а глубину канавок определяют из соотношения b 7сж1 h b2 7pi/3a га, где h- глубина канавки; 7Р1 - предел прочности на разрыв материала покрытия; Осж1 - предел прочности на сжатие материала покрытия 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей, преимущественно подверженных касательным нагрузкам.

Известен способ восстановления изношенных деталей, включающих нанесение покрытий. Перед нанесением покрытий на восстанавливаемой поверхности наносят рваную резьбу. Недостатком способа является низкая прочность покрытия на срез.

Известен также способ при котором на восстанавливаемой поверхности выполняют канавки типа ласточкин хвост, а затем наносят покрытие. Недостатком этого способа является высокая трудоемкость, а также низкая прочность восстанавливаемой детали на срез.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ восстановления изношенных поверхностей нанесением покрытий при котором подготовку изношенных поверхностей осуществляют нарезкой канавок. Недостатком данного способа является низкая прочность восстанавливаемой детали на срез.

Целью изобретения является повышение прочности восстановленной детали на срез.

Для достижения этой цели в способе восстановления изношенных поверхностей, включающем выполнение канавок и последующее нанесение покрытий, канавки выполняют прямоугольной формы на расстоянии

v

00

о

Ю vl

Јь

(D

друг от друга,

где а - расстояние между канавками; b - ширина канавки; т - предел прочности на сдвиг материала покрытия; Г2-предел прочности на сдвиг восстанавливаемой детали.

Глубину канавок определяют из соотношения

bri vSTocxi

h

ЗаТ2

где h - глубина канавки; Opt - предел прочности на разрыв материала покрытия; 0сж1 - предел прочности на сжатие материала покрытия.

Как показали результаты патентного поиска, не известно способа восстановления изношенных поверхностей, в котором выполняли бы канавки прямоугольного сечения и при этом ширина, глубина канавок и расстояние между ними связывалось бы соотношениями

Ь2СГр1

7Я к

V2 Осж1 Зат2

Следовательно, заявляемый способ соответствует критерию существенное отличие.

На фиг. 1 представлена подготовка поверхности восстанавливаемой детали под нанесение покрытий; на фиг. 2 - варианты возможного разрушения покрытия и основы. Форма канавок, а также соотношение размеров устанавливаются из следующих соображений.

Предложенный способ восстановления изношенных поверхностей, включающий нанесение покрытия, предназначен для деталей, у которых покрытия работают на сдвиг. Если на восстанавливаемой поверхности выполнить канавки треугольной формы, то на этой поверхности появляются участки наклонные к направлению приложения усилий В результате появляется составляющая усилия, направленная по нормали к границе раздела основа - покрытие, что приводит к резкому снижению адгезионной прочности покрытия, кроме того, если покрытие выполнено е виде кольцевого слоя, то в нем появляются растягивающие усилия. В результате снижается прочность покрытия на срез. Выполнение на восстанавливаемой детали канавок прямоугольной формы, не приводит к такому неблагоприятному перераспределению усилий и. следовательно, повышает прочность покрытия.

Соотношение между шириной канавок и расстоянием между ними вытекает из условия равнопрочности на срез материала детали и покрытия

а л

(3)

При ширине канавок меньшей, чем это следует из соотношения (3), будет срезаться покрытие по линии 1, фиг. 2. Если Г1/Т2 будет разрушаться материал восстанавли5 ваемой детали по линии 3, фиг. 2. Наибольшая прочность на срез достигается при выполнении условия (1), вытекающего из (3). Разрушающая нагрузка на срез, при выполнении канавок, типа ласточкин хвост,

10 будет также меньше, чем для прямоугольных канавок. Дело в том, что у канавок, типа ласточкин хвост, площадь, по которой происходит когезионное разрушение покрытий, (площадь канавок у верхней повер15 хности восстанавливаемой детали) меньше, чем у прямоугольных. У канавок, типа ласточкин хвост, меньше площадь и у основания выступов, разделяющих канавки. Поэтому, максимальная прочность на срез у

20 восстанавливаемой детали будет для канавок прямоугольной формы при выполнении условия (1).

Выделим двумя плоскостями, параллельными направлению приложения на25 грузки и отстоящими друг от друга на единичном расстоянии, участок в детали и рассмотрим одну канавку, заполненную покрытием. Ее можно рассматривать как консольную балку единичной ширины, длиной

30 h и толщиной Ь, нагруженную по одной из поверхностей распределенной нагрузкой тн 1. Максимальные напряжения, возникающие в балке, можно определить по известным формулам сопротивления материалов

35

. Мгпах Отахуур

(4)

где Мтах - максимальный момент; W -- мо- 40 мент сопротивления сечения балки.

он 1

В нашем случае Мтах:

Ј.

После подготовки получим

45

Отах - О

ЗгИ

(5)

Максимальные напряжения возникают на верхней и нижней плоскостях балки. На верхней плоскости - усилия растяжения. На нижней - усилия сжатия. Учитывая, что прочность покрытия на растяжение меньше чем на сжатие получим

3h2

tfpi

-Ъ

(6)

Напряжение, прикладываемое к покрытию, передается и на выступ основы. Под деиствием этого усилия в основе возникают усилия среза. Максимальные (7Н определим из максимальных усилий, которые может выдержать выступ основы на срез.

аи га a/h

Подставляя значения о в выражение (6), получим

„ , Т2 а 3 h,R1

0р1jW

Отсюда вытекает максимальное значение глубины канавки

h

(9)

При большей глубине канавки будет наблюдаться разрушение покрытия под действием изгибающих напряжений по линии 1, фиг, 2. При малой глубине канавок под действием нагрузки покрытие разрушается по линии 2, фиг. 2, под углом 45° к направлению приложения нагрузки и по образовавшейся поверхности наезжает на гребни канавок, что приводит к его разрушению вдоль образующей. Срез покрытия по линии 1, фиг. 2, будет наблюдаться при условии

bri h 2 -гтСЖ1

(Ю)

b n - представляет усилие для среза покрытия по верхней кромке канавки; h - усилие для поднятия покрытия на вершины канавок; h площадь, по которой разрушается покрытие при подъеме на вершины канавок. Коэффициент vT учитывает, что покрытие разрушается под углом 45° по отношению к усилию среза. Объединяя выражения (9) и (10) получим

V2 7сж1

3 аТ2

При

„ - покрытие поднимается на

Осж1

гребни канавок и разрушается при сравнительно низких нагрузках. При h поо 3 Т2

крытие также разрушается при сравнительно низких нагрузках. Здесь следует учитывать, что (7Р1 уменьшается с увеличением толщины покрытия из-за возникающих в нем внутренних напряжениях. Наибольшие касательные усилия, которые выдерживает

восстановленное изделие, будут при значениях h, вытекающих из соотношения (11).

Пример конкретного выполнения способа осуществлен при нанесении покрытий

5 плазменным методом на установке УПУ- ЗД. Покрытие из порошка ПГ-19М-01 наносилось на боковую поверхность цилиндрического образца из латуни. Затем образец устанавливался в штамп и с по10 мощью пресса к покрытию прикладывалось усилие на срез. По усилию разрушения Р и площади F определялся предел прочности сцепления покрытия на срез

15

где Р - усилие разрушения покрытия; F - площадь покрытия.

При испытании образцов, с нанесением

резьбы в качестве подготовки напыляемой поверхности, предел прочности на срез составил 1,7 кг/мм ,

Предварительно были измерены пределы прочности на сдвиг материала покрытия и основы. Они составили для материала покрытия ,9 ±0,6 кг/мм . Для материала подложки на порядок больше кг/мм2. Значения аСЖ1 составили 20± 4 кг/мм2, покрытий из порошка ПГ-19М-01 составляет

5± 1,5 кг/мм.

Результаты испытания образцов с покрытиями, подготовка напыляемых поверхностей которых осуществлялась нанесением канавок свезены в табл. 1 сусреднением по 4-м испытаниям.

В первых двух примерах наблюдался срез покрытия. В третьем - смешанное разрушение. В четвертом примере срезался материал основы. Так из сопоставления п и 72

следует, что максимальное усилие на срез действительно достигается при отношении b/a 10. Минимальная глубина канавки (при ,2 мм и мм) определяется как

(11)

45

0.35 „м

Максимальная глубина

50

4 -5

3 а та 0,6 45

0,74 мм

При испытаниях глубина канавки лежала в указанных пределах и составляла 0,4 мм. Данные экспериментальной проверки условия (2) представлены в табл. 2. В первом примере происходит разрушение покрытия по линии 2, фиг. 2. Во 2-4 примерах наблюдается смешанное разрушение,

по линиям 1 и 3, фиг. 2. В примере 5 разрушение происходит по покрытию, т.е. по линии 1, фиг. 2.

Результаты испытаний подтверждают, что выполнение на восстанавливаемой детали канавок прямоугольной при выполнении соотношений (1) и (2) повышает прочность сцепления покрытия на срез.

Использование изобретения позволит повысить работоспособность восстановленных поверхностей за счет увеличения прочности на срез.

Формула изобретения

Способ восстановления изношенных поверхностей деталей, включающий выполнение канавок и последующее нанесение покрытий, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности восстановленных деталей на срез, ка.навки выполняют

а. /

прямоугольной формы на расстоянии одна от другой, равном

.а

-S

где а - расстояние между канавками; b - ширина канавки, т - предел прочности на сдвиг материала покрытия; та-предел прочности на сдвиг восстанавливаемой детали, и глубиной, определяемой из соотношения

15

btib2 ffpi

VTobn 3 а Г2

где h - глубина канавки; crpi - предел прочности на разрыв материала покрытия, 0Ьж1 - предел прочности на сжатие материала покрытия.

Таблица 1

Таблица 2

:-;: V-V, -. M-4: /.у: --;.;-.Ж- -:-