[go: up one dir, main page]

RU2157860C2 - Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия - Google Patents

Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия Download PDF

Info

Publication number
RU2157860C2
RU2157860C2 RU98117683A RU98117683A RU2157860C2 RU 2157860 C2 RU2157860 C2 RU 2157860C2 RU 98117683 A RU98117683 A RU 98117683A RU 98117683 A RU98117683 A RU 98117683A RU 2157860 C2 RU2157860 C2 RU 2157860C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
friction
tool
medium
copper alloy
coating
Prior art date
Application number
RU98117683A
Other languages
English (en)
Other versions
RU98117683A (ru
Inventor
А.М. Колчаев
Е.Б. Трунин
Original Assignee
Военный автомобильный институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военный автомобильный институт filed Critical Военный автомобильный институт
Priority to RU98117683A priority Critical patent/RU2157860C2/ru
Publication of RU98117683A publication Critical patent/RU98117683A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2157860C2 publication Critical patent/RU2157860C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано для повышения износостойкости внутренних цилиндрических поверхностей, работающих в условиях граничного трения. Способ включает нанесение на поверхность обрабатываемой детали среды, например сплава галлия, и формирование основного фрикционного покрытия при помощи инструмента из сплава меди при одновременном вращательном и возвратно-поступательном движении инструмента и дополнительном перемещении его в плоскости, параллельной оси обрабатываемой детали, под действием ультразвуковых колебаний частотой 14 - 16 кГц и амплитудой 30 - 45 мкм, при этом формирование основного фрикционного покрытия происходит при одновременном плавлении материала среды в зоне контакта и нанесения вместе со сплавом меди на обрабатываемую поверхность. Изобретение направлено на повышение износостойкости, производительности процесса, адгезионной прочности покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил.

Description

Изобретение относится к области нанесения антифрикционных покрытий фрикционно-механическим способом и может быть использовано для повышения износостойкости внутренних цилиндрических поверхностей трибосопряжений, работающих в условиях граничного трения.
Известен способ фрикционной обработки стальных изделий [1], преимущественно головок железнодорожных рельсов, включающий натирание поверхности латунным прутком, совершающим поступательное перемещение под углом к поверхности со скоростью 1.0-1.5 м/с под давлением 20-30 кгс/мм2, с одновременным наложением ультразвуковых колебаний частотой 18-20 кГц и амплитудой 50-70 мкм.
Данный способ используется для повышения износостойкости головок железнодорожных рельсов.
Однако данный способ невозможно применить для обработки внутренних и наружных цилиндрических поверхностей ввиду колебаний инструмента в плоскости под углом к поверхности вращения, что вызывает отрыв инструмента от обрабатываемой поверхности и приводит к ухудшению качества наносимых покрытий.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия на поверхность чугунных деталей [2], включающий нанесение среды и формирование основного покрытия путем одновременной подачи сплава меди, например, бронзы БрОФ 4-0,25 и сплава галлия в твердом состоянии под давлением, обеспечивающим нанесение материала среды на обрабатываемую поверхность.
Недостатком данного способа является низкая производительность процесса нанесения, ввиду недостаточной номинальной площади контакта инструмента из сплава меди с обрабатываемой поверхностью и невозможности применения большого количества инструментов из сплава меди из-за увеличения габаритов устройства для фрикционно-механической обработки, что делает невозможным производить обработку внутренних поверхностей гильз большинства серийных двигателей. Увеличение скорости обработки вызывает появление задиров на рабочей поверхности гильз цилиндров, что приводит к ухудшению качества наносимого покрытия.
Изобретение направлено на повышение износостойкости, производительности процесса нанесения, качества наносимого покрытия.
Решение поставленной задачи достигается тем, что сначала на поверхность обрабатываемой детали наносят среду, а инструмент из сплава меди дополнительно перемещают в плоскости, параллельной оси обрабатываемой детали, под действием ультразвуковых колебаний частотой 14-16 кГц и амплитудой 30-45 мкм, при этом формирование основного фрикционного покрытия происходит при одновременном плавлении материала среды в зоне контакта и нанесении вместе со сплавом меди на обрабатываемую поверхность, при этом в качестве среды наносят галлий.
Инструмент из сплава меди совершает вращательное, возвратно-поступательное движения при одновременном наложении ультразвуковых колебаний в плоскости, параллельной оси обрабатываемой детали. В способе, указанном в прототипе, движение инструмента происходит по винтовой траектории (фиг. 1). При развертке цилиндра получаем вид этой траектории в плоскости (фиг. 2). Полученный отрезок "а" (фиг. 2) поместим в систему координат центром, находящимся в точке А и осью абсцисс параллельной линии "а". Рассмотрим случаи: 1) траектория движения инструмента представляет собой винтовую линию; 2) траектория инструмента представляет собой винтовую линию с одновременным наложением вынужденных колебаний в плоскости, параллельной оси цилиндра. В первом случае за какой-то малый отрезок времени Δt траектория движения инструмента может быть изображена в виде прямого отрезка AB (фиг.2). Во втором случае за тот же отрезок времени инструмент совершит дополнительно вынужденные колебания под действием периодической силы, изменяющейся по гармоническому закону:
F= F0sinwt, следовательно, полученная траектория будет синусоидой вида: x= Asin(wt+ α) ) (фиг.2). Докажем, что путь инструмента S во втором случае больше, чем в первом. Разобьем отрезок AB на n частей с границами интервалов [(π/2)•m; π•(m+1)/2]. Произвольно выберем i-й отрезок, находящийся в интервале [(π/2)•m; π•(m+1)/2]. Так как мы определяем путь S, то прямую "а" будем рассматривать в системе координат v(t) (фиг.З). Элементарное приращение пути dS = Vdt. При изменении времени от t1 до t2 в промежутке Δt = t1 - t2 конечное приращение ΔS определяется суммой dS при всех dt, т.е. интегралом
Figure 00000002

Как и всякий определенный интеграл, он числено равен площади заштрихованной фигуры, ограниченной осью t, перпендикулярами, восстановленными к ней из t1 и t2 и кривой V(t). Следовательно: ΔS2i> ΔS1i. Путь, пройденный инструментом во втором случае:
Figure 00000003

где ΔS2i берется по модулю. Тогда S2 > S1 и, следовательно, путь, пройденный инструментом в предлагаемом способе за одно и то же время, больше пути инструмента при обработке детали способом, указанным в [2,3]. Таким образом, предлагаемый способ фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий повышает производительность процесса нанесения по сравнению с прототипом.
При одинаковом времени контактирования инструмента из сплава меди и поверхности в предлагаемом способе инструмент проходит больший путь по сравнению с прототипом, одновременно происходит разрушение окисной пленки с созданием благоприятных сжимающих напряжений в зоне контакта. Это приводит к сдвигу и последующему смятию выступов неровностей с одновременным раскрытием и заполнением материалом среды и сплавом меди полостей, устьев микротрещин и углублений микронеровностей.
Перемещение инструмента по винтовой траектории с одновременными движениями в плоскости, параллельной оси обрабатываемой детали с указанными амплитудно-частотными параметрами, приводит к локальному повышению температуры в зоне контакта, способствует интенсификации диффузионных процессов, проникновению атомов галлия, индия и меди на большую глубину и с высокой скоростью, что повышает тангенциальную адгезионную прочность нанесенного антифрикционного покрытия.
В результате происходит качественно новая обработка поверхности (по сравнению с прототипом), что повышает износостойкость обрабатываемых поверхностей, производительность процесса нанесения и качество наносимого покрытия.
Оптимальность указанных амплитудно-частотных пределов внесения компонентов среды и сплава меди в зону обработки определяется необходимым временем взаимодействия легирующих компонентов с материалом среды и диффундированием атомов галлия, индия и меди на большую глубину с высокой скоростью.
При амплитуде колебаний ниже 30 мкм и частоте ниже 14 кГц степень деформации и температура в зоне обработки становятся недостаточными для диффундирования компонентов среды на необходимую глубину, что уменьшает тангенциальную адгезионную прочность нанесенных антифрикционных покрытий.
Увеличение амплитуды ультразвуковых колебаний свыше 45 мкм и частоты колебаний выше 16 кГц приводит к значительному выгоранию легирующих элементов из зоны обработки поверхности изделия и уменьшению износостойкости поверхностного слоя изделия.
На фиг. 4 приведена схема реализации предлагаемого способа.
Обработке подвергали гильзы из чугуна СЧ 24. Обработку внутренних поверхностей гильз производили устройством для фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий (фиг.4). Для этого устройство закрепляли в патроне 28 хонинговального полуавтомата ЗК833. Перед работой бруски 9 из материала среды и бруски 8 из сплава меди закрепляют на штоках 7 и полых стержнях 6. Устройство вводят внутрь гильзы цилиндров 10. Включают станок и устройство начинает совершать вращательное и возвратно-поступательное движения.
Затем золотник 26 разобщительного крана (фиг.6) переводят в положение IV и производят подачу воздуха в полость I. Под давлением воздуха шток 7 выдвигается, и связанный с ним брусок 9 прижимается к обрабатываемой поверхности детали 10. Давление в полости 1 возрастает до момента срабатывания клапана 19 (фиг. 5) и составляет 0,3 МПа. За счет теплоты, выделяемой при трении бруска 9 о поверхность, происходит интенсивный нагрев материала среды в зоне контакта.
После срабатывания клапана 19 золотник 26 разобщительного крана переводят в положение V, производят подачу воздуха в полости I, II. Под давлением воздуха стаканы 5 выдвигаются и через полые стержни 6 прижимают бруски 8 к обрабатываемой поверхности.
Одновременно включают ультразвуковой генератор 29 марки УЗГ10-22, вырабатывающий электрические колебания частотой 14-16 кГц (фиг.7), передающиеся на магнитострикционный преобразователь 30 (фиг.4) марки ПМС 15А-18, где они преобразовываются из электрических колебаний в механические такой же частоты и усиливаются с помощью обкладок 33 (фиг.4) магнитострикционного преобразователя, играющего роль волновода, передающего циклические колебания на бруски 8 из сплава меди.
Магнитострикционный преобразователь 30 крепили на корпусе 31 хонинговального полуавтомата посредством скоб 32. Давление в полости II возрастает до момента срабатывания клапана 18, что соответствует усилию прижатия брусков 8 из сплава меди к обрабатываемой поверхности детали, равному 0,6 МПа. При достижении вышеуказанного давления происходит плавление материала среды в зоне контакта и нанесение вместе с сплавом меди на обрабатываемую поверхность 10.
Для получения сравнительных результатов проводили испытания на износостойкость образцов с нанесенным антифрикционным покрытием известным и предлагаемым способами.
Испытания на износостойкость проводили на стандартной машине трения СМЦ-2 по схеме вращающийся диск - неподвижная колодка. Испытаниям подвергались образцы, изготовленные из гильз, подвергнутых фрикционно-механическому нанесению на режимах: давление инструмента на обрабатываемую поверхность P1 = 0.6 МПа; давление инструмента из материала среды P2 = 0.45 МПа, частота вращения хона n = 114 мин-1, скорость возвратно-поступательного движения хона, S = 1.5 м/с.
Контролем служил диск из чугуна ВЧ50 диаметром 100,54 мм. Режим смазки пары трения диск-колодка: одна капля моторного масла марки M-1OБ1 через 5 мин работы. Режим приработки: время - 15 мин, давление в контакте -1,6 МПа, скорость скольжения - 2,63 м/с. Режим испытаний: номинальное давление в фрикционном контакте 2 МПа, скорость скольжения 5 м/с, время 4 ч.
Критерием изнашивания принималась потеря массы образца за период изнашивания. Взвешивание образцов проводили на аналитических весах ВЛА-200 мг. Износостойкость сопряжения определялась по формуле:
Figure 00000004

где Aa - номинальная площадь контакта, м2;
ρ1,2 - плотность изнашиваемого материала, кг/м ;
Lтр - длина пути трения, на котором произошло изнашивание, м;
x1,2 - отношение номинальной площади контакта детали к площади поверхности трения x1,2 = Aа/Aт1,2, где Aт1,2 - площадь поверхности трения: колодки (Aт1) и диска (Aт2), м2;
ΔG1,2 - масса изношенного элемента: ΔG1 (колодки из гильзы) и ΔG2 (диска), кг.
Определение величины пути трения в процессе испытаний проводили с учетом количества оборотов (nц), совершаемых образцом. Значение nц фиксировалось импульсным счетчиком СИ 206ХЛ-4, встроенным в потенциометр КСП-2-005, который входит в комплект машины трения СМЦ-2.
Результаты сравнительных испытаний на износостойкость представлены в таблице.
Результаты исследования тангенциальной прочности адгезионной связи покрытий, полученных предлагаемым и известным способами, представлены в таблице.
Как показывает анализ данных таблицы, производительность предлагаемого способа в 4 раза выше по сравнению с известным. Износостойкость сопряжений, обработанных по предлагаемой технологии, в 1.49 раза больше износостойкости сопряжений, обработанных по известной технологии. Тангенциальная прочность адгезионной связи трибопокрытий, сформированных на предлагаемых режимах, в 1,27 раза выше по сравнению с аналогичным показателем для покрытий, нанесенных известным способом.
Таким образом, использование предлагаемого способа фрикционно-механического нанесения на внутренние цилиндрические поверхности позволяет повысить износостойкость сопряжения, производительность процесса нанесения, адгезионную прочность наносимого покрытия.

Claims (2)

1. Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия, включающий подачу на поверхность обрабатываемой детали среды и инструмента из сплава меди при одновременном вращательном и возвратно-поступательном движении инструмента для формирования основного фрикционного покрытия, отличающийся тем, что сначала на поверхность обрабатываемой детали наносят среду, а инструмент из сплава меди дополнительно перемещают в плоскости, параллельной оси обрабатываемой детали, под действием ультразвуковых колебаний частотой 14 - 16 кГц и амплитудой 30 - 45 мкм, при этом формирование основного фрикционного покрытия происходит при одновременном плавлении материала среды в зоне контакта и нанесения вместе со сплавом меди на обрабатываемую поверхность.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве среды наносят галлий.
RU98117683A 1998-09-25 1998-09-25 Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия RU2157860C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98117683A RU2157860C2 (ru) 1998-09-25 1998-09-25 Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98117683A RU2157860C2 (ru) 1998-09-25 1998-09-25 Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98117683A RU98117683A (ru) 2000-07-20
RU2157860C2 true RU2157860C2 (ru) 2000-10-20

Family

ID=20210731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98117683A RU2157860C2 (ru) 1998-09-25 1998-09-25 Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2157860C2 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2202000C2 (ru) * 2001-07-02 2003-04-10 Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова Способ нанесения покрытия на цилиндрическое изделие
RU2303650C1 (ru) * 2005-11-22 2007-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова Способ формирования минеральных покрытий поверхностей деталей из металлов и сплавов
RU2510433C1 (ru) * 2013-02-14 2014-03-27 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Способ нанесения антифрикционных покрытий на боковую поверхность рельса
RU2539748C1 (ru) * 2013-08-02 2015-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "КУППЕР" Способ нанесения биметаллических покрытий из пластичных металлов на поверхности деталей
RU2549805C1 (ru) * 2013-12-25 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "КУППЕР" Устройство для формирования износостойких и антифрикционных покрытий на поверхности деталей

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3838572A1 (de) * 1987-11-12 1989-05-24 Polygraph Leipzig Verfahren zum reibbeschichten
RU2008366C1 (ru) * 1990-02-26 1994-02-28 Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе Способ фрикционной обработки стальных изделий
RU2060300C1 (ru) * 1993-12-28 1996-05-20 Рязанское высшее военное автомобильное инженерное училище Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия
RU2064975C1 (ru) * 1992-12-16 1996-08-10 Московский институт инженеров сельскохозяйственного производства им.Н.П.Горячкина Способ нанесения антифрикционного покрытия при антифрикционной безабразивной обработке гильз цилиндров

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3838572A1 (de) * 1987-11-12 1989-05-24 Polygraph Leipzig Verfahren zum reibbeschichten
RU2008366C1 (ru) * 1990-02-26 1994-02-28 Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе Способ фрикционной обработки стальных изделий
RU2064975C1 (ru) * 1992-12-16 1996-08-10 Московский институт инженеров сельскохозяйственного производства им.Н.П.Горячкина Способ нанесения антифрикционного покрытия при антифрикционной безабразивной обработке гильз цилиндров
RU2060300C1 (ru) * 1993-12-28 1996-05-20 Рязанское высшее военное автомобильное инженерное училище Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2202000C2 (ru) * 2001-07-02 2003-04-10 Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова Способ нанесения покрытия на цилиндрическое изделие
RU2303650C1 (ru) * 2005-11-22 2007-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова Способ формирования минеральных покрытий поверхностей деталей из металлов и сплавов
RU2510433C1 (ru) * 2013-02-14 2014-03-27 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Способ нанесения антифрикционных покрытий на боковую поверхность рельса
RU2539748C1 (ru) * 2013-08-02 2015-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "КУППЕР" Способ нанесения биметаллических покрытий из пластичных металлов на поверхности деталей
RU2549805C1 (ru) * 2013-12-25 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "КУППЕР" Устройство для формирования износостойких и антифрикционных покрытий на поверхности деталей

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thoe et al. Review on ultrasonic machining
US6722175B2 (en) Ultrasonic machining and reconfiguration of braking surfaces
US4169637A (en) Drill bushings, pump seals and similar articles
KR100316003B1 (ko) 초음파를 이용한 마이크로 버니싱 장치
US5305556A (en) Method and apparatus for shaping the interior surfaces of bores
US8205530B2 (en) Processes for improving tool life and surface finish in high speed machining
EP1814691B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur oberflächenverfestigung von bauteilen
RU2157860C2 (ru) Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционного покрытия
US4241483A (en) Method of making drill, bushings, pump seals and similar articles
US4087137A (en) Drill bushing and similar article
RU2055719C1 (ru) Способ формирования внутренних цилиндрических поверхностей в металлических заготовках, имеющих сквозное отверстие
GB1602785A (en) Drill bushing pump seal or similar articles and method of making same
JP4222515B2 (ja) ダイヤモンドの研磨方法と装置
RU2364662C2 (ru) Способ поверхностной обработки стальных и чугунных изделий
RU2625619C1 (ru) Способ повышения прочности детали с покрытием
RU2210626C1 (ru) Способ формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения
RU2185270C2 (ru) Способ нанесения антифрикционного покрытия при поверхностном пластическом деформировании внутренних цилиндрических поверхностей
SU1303354A1 (ru) Способ упрочнени поверхности металлических изделий
RU2072282C1 (ru) Способ нанесения покрытий
RU2375465C1 (ru) Способ поверхностного упрочнения
RU2160325C2 (ru) Устройство для фрикционно-механического нанесения покрытий
SU1505800A1 (ru) Поверхность трени
RU2193606C2 (ru) Способ обработки стальных и чугунных поверхностей изделий
JPS6362659A (ja) 複合振動砥石による精密仕上加工方法
RU2571670C2 (ru) Способ и устройство отделочно-упрочняющей обработки коленчатых валов