ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ФРИКЦИОННО-ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Инструментальный узел для поверхностного фрикционно-электромеханического модифицирования деталей машин относится к области металлообработки, и предназначен для повышения износостойкости различных деталей машин путем фрикционно-механического нанесения антифрикционного плакирующего покрытия и последующей электромеханической обработки.
Известны способ и устройства обработки рабочих поверхностей изделий: гильз цилиндров, шеек коленчатых валов, осей и др. (Повышение износостойкости на основе избирательного переноса. /Под ред. Д.Н. Гаркунова - М.: Машиностроение, 1977. - 215 с; Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.) путем фрикционно-механического нанесения на них тонкого слоя материала, имеющего повышенные противозадирные свойства и способствующего повышению износостойкости изделия.
Недостатками этого способа являются необходимость (как правило) предварительной химико-термической упрочняющей обработки поверхностей; длительность, сложность процесса и большие затраты энергии и компонентов; отсутствие требуемого микрорельефа и недостаточная износостойкость поверхности.
Известны устройства для обработки поверхностей деталей (Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 200 с.: ил.) посредством электромеханического их упрочнения. В процессе обработки через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего выступающие гребешки поверхности изделия подвергаются сильному нагреву, под давлением инструмента деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой металла упрочняется. Применение описанного в работе инструмента позволяет существенно изменять физико-механические свойства поверхностного слоя и повысить его износостойкость, а также другие эксплуатационные характеристики.
Однако описанные в работе устройства не обеспечивают высоких противозадирных и антифрикционных свойств обработанного поверхностного слоя, что не исключает схватывания рабочих поверхностей деталей трибосистем.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение износостойкости обработанной поверхности изделия, увеличения прочности сцепления легирующего (натертого) и основного материалов при одновременном упрочнении поверхностного слоя металла изделия.
Указанный технический результат достигается за счет того что, для фрикционно-электромеханического модифицирования поверхности деталей машин используют инструментальный узел с несколькими инструментами, в корпусе которого установлен твердосплавный инструмент, пружина, вилка, гайки, шайбы, остова, прижимы, второй инструмент из антифрикционного материала и третий твердосплавный инструмент. Первый твердосплавный инструмент выполнен в виде пластины с углом заточки при вершине 60° или меньшим, установленный на одном из выступов вилки, третий твердосплавный инструмент выполнен в виде установленной на втором выступе вилки пластины, ширина поверхности контакта которой превышает подачу. Второй инструмент из антифрикционного материала установлен в держателе, размещенном в средней части вилки между первым и вторым инструментом, при этом установленная внутри держателя пружина прижимает второй инструмент из антифрикционного материала к обрабатываемой поверхности детали. Такая конструкция позволяет осуществлять обработку с определенной последовательностью воздействуя на поверхностный слой детали. Сначала поверхность обрабатывается электромеханической обработкой инструментом пластиной с малым углом заточки при вершине (поверхность контакта численно меньше подачи примерно в 3 раза) с целью получения необходимого рельефа поверхности и повышения ее твердости, при одновременном пропускании электрического тока (с малым напряжением 2-5 Вольт и величиной тока 800-1000 Ампер) через место касания твердосплавного инструмента и обрабатываемой поверхности. Созданный этим инструментом определенный рельеф поверхности и повышенная ее твердость будет способствовать более качественному натиранию поверхности вторым инструментом из мягкой меди, бронзы, олова или другого антифрикционного материала и образованию на поверхности слоя из этого материала определенной толщины. Далее обработку производят установленным вторым инструментом из антифрикционного материала, натирают поверхность с целью образования на поверхности тонкого слоя из натираемого материала (например, латуни, бронзы, олова или другого антифрикционного материала). Тонкий слой на поверхности образуется за счет фрикционного взаимодействия второго инструмента и обрабатываемой поверхности, а также заполнения неровностей поверхности материалом инструмента за счет механического взаимодействия выступов и впадин поверхности детали с мягким инструментом. Затем проводят упрочняющую обработку путем сглаживания поверхности твердосплавным инструментом, выполненным в виде пластины с углом заточки при вершине 60° или меньшим, установленным третьим в инструментальном узле, при одновременном пропускании электрического тока (с малым напряжением 2-5 Вольт и величиной тока порядка 500-800Ампер) через место касания твердосплавного инструмента и обрабатываемой поверхности.
Инструментальный узел для поверхностного фрикционно-электромеханического модифицирования деталей машин состоит из (фиг. 1): корпуса 1, вилки 2, пружин 3 и 7, гаек 10, шайб 11, остовов 13, прижимов 12, держателя 8, первого твердосплавного инструмента 9, второго инструмента из антифрикционного материала 4, третьего твердосплавного инструмента 6. Также на фиг. 1 изображены обрабатываемая деталь 5, блок питания БП, скользящий контакт 17.
Инструментальный узел для поверхностного фрикционно-электромеханического модифицирования деталей машин работает следующим образом. Корпус инструментального узла 1 устанавливается в резцедержатель станка на котором производят обработку детали 5. За счет поперечной подачи и сжатия пружин 3 и 7 производится поджатие инструментов 4, 6 и 9 к обрабатываемой поверхности. Электрический ток от блока питания по электропроводным шинам подводится на скользящий контакт 17 и к остовам 13 и через них к инструментам 6 и 9. Инструменты 6 и 9 закреплены на остовах прижимами 12, а сами остовы закреплены на вилке узла гайками 10 и изолированы от вилки втулками 14 и шайбами 11. Поверхность детали 5 сначала обрабатывается установленным на оправке первым твердосплавным инструментом 9 ширина поверхности контакта которого численно меньше подачи примерно в 3 раза (примерно, меньше или равна 60°), при одновременном пропускании электрического тока через место касания инструмента и обрабатываемой поверхности, подаваемого с блока питания БП. В результате обработки этим инструментом поверхность приобретает винтовой выступ и несколько упрочняется. Вторым на инструментальном узле установлен инструмент из антифрикционного материала 4, например, из латуни, олова или бронзы, установленный в держателе 8 и прижатый к поверхности с определенным усилием с помощью пружины 7 воздействующей на держатель 8, в результате взаимодействия с обрабатываемой поверхностью и ранее созданным винтовым выступом на обрабатываемую поверхность переносится тончайший слой материала инструмента за счет механического трения. Получается поверхность, состоящая из основного металла 15 и натертого слоя 16, частицы которого в основном располагаются во впадинах исходного профиля. Третьим на инструментальном узле установлен твердосплавный инструмент 6, пластина ширина поверхности контакта которого значительно превышает подачу, в результате обработки поверхности этим инструментом, с подачей электрического тока от блока питания БП, производится сглаживание поверхности, за счет местного нагрева поверхности в месте контакта выше температуры фазового превращения, что приводит к разрушению окисных пленок, смятию микронеровностей с одновременным плотным заполнением полостей, устьев микротрещин и углублений натертым на поверхность материалом.
Предлагаемое устройство позволяет производить комплексную фрикционно-электромеханическую обработку поверхности детали. В результате поверхностный слой детали упрочняется, снижается шероховатость поверхности, появляются остаточные напряжения сжатия, кроме того поверхностный слой обрабатываемой детали легируется материалом натираемого инструмента. В результате на поверхности изделия обеспечивается положительный градиент свойств, позволяющих значительно повысить износостойкость рабочих поверхностей трения.
Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет создать на обрабатываемой поверхности характерный модифицированный поверхностный слой - композиция слоев с высокой микротвердостью и участками с нанесенным покрытием, что снижает более чем в 2 раза коэффициент трения, создаются условия для удержания смазки в сопряжении (увеличение маслоемкости), значительно повышается износостойкость и увеличивается нагрузка до заедания.