Упрочнение поверхностей изделий нанесением покрытий физико-химическим методом

Выводы

При упругом изгибе биметаллического листа наиболее опасным является скачок напряжений на границе соединения слоев материала. Так как качество биметаллического листа в большинстве случаев определяется свойствами соединительного слоя, то предельное допус-

тимое напряжение не должно превышать критическую величину.

Литература

1. Давыдов В.И., Максаков М.П. Производство гнутых тонкостенных профилей методом профилирования на роликовых станках. - М.:Металлургиздат, 1959, 233 с.

2. Кобелев А.Г., Потапов И.Н., Кузнецов Е.В. Технология слоистых металлов. / Учебное пособие М. Металлургия, 1991, 248 с.

3. Типалин С.А. Экспериментальное исследование процесса выдавливания технологической канавки в оцинкованной полосе. / Известия МГТУ «МАМИ»2012 . № 2. Т. 2. с. 208-213.

4. Щедрин A.B., Ульянов В.В., Бекаев A.A., Скоромнов В.М., Ванюшкина М.С., Абрамова Т.Г., Хомякова Н.В., Чихачева Н.Ю. Совершенствование методов комбинированного протягивания тел вращения. / Вестник машиностроения. 2009. № 05. с. 36-40.

5. Лысов М.Н. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки / М. Машиностроение 1966, 236 с.

6. Саушкин Г.Б., Моргунов Ю.А. Электрохимическое нанесение информации на поверхность деталей машин. / Упрочняющие технологии и покрытия 2009 № 12. с. 45-49.

7. Митрюшин Е.А., Моргунов Ю.А., Саушкин С.Б. Унифицированные технологии изготовления штампов с применением электрофизических методов обработки. / Металлообработка 2010. № 2. с. 42-45.

8. Шпунькин Н.Ф., Типалин С.А., Гладков В.П., Никитин М.Ю. Исследование обтяжки с растяжением листового материала. / Известия МГТУ "МАМИ". Научный рецензируемый журнал. - М., МГТУ "МАМИ", № 1 (5), 2008. с. 206-212.

9. Типалин С.А. Исследование изгиба упрочненного оцинкованного листа. / Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2., т. 2. с. 199-204.

10. Типалин С. А. Локализованный изгиб и скручивание оцинкованной полосы при формообразовании швеллера. Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2, т. 2. с. 204-208.

11. Типалин С.А., Сапрыкин Б.Ю., Шпунькин Н.Ф. Краткий обзор многослойных листовых деформируемых материалов используемых для защиты от шума. / Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2., т. 2, с. 194-199.

12. Филиппов Ю.К., Игнатенко В.Н., Головина З.С., Рагулин A.B., Анюхин A.C., Гневашев Д. А. Экспериментальное исследование течения металла при комбинированном процессе радиального и обратного выдавливания в конической матрице Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2011. № 9. с. 33-35.

13.Шпунькин Н.Ф., Типалин С.А. Исследование свойств многослойных листовых материалов. / Заготовительные производства в машиностроении. 2013 № 1, с. 28-31.

Упрочнение поверхностей изделий нанесением покрытий физико-

химическим методом

к.т.н. проф. Шандров Б.В., доц. Филиппов В.В., Хомякова Н.В., Волков C.B.

Университет машиностроения 8(919)101-62-84, filkas@yandex.ru

Аннотация. В статье рассматривается вопрос применения нового электролита на основе фосфата натрия для упрочнения наружных цилиндрических поверхностей деталей из алюминиевого сплава

Ключевые слова: повышение ресурса, износостойкость, изменение размера, микродуговое оксидирование, электролит

Физико-химические методы обработки изделий в настоящее время широко применяют-

ся в промышленности [1-3]. При этом решаются задачи как управления процессами упрочнении и обработки, так и оценки качества достигаемых результатов и разработки перспективных методик улучшения существующих технологий [4, 5].

Микродуговое оксидирование (МДО) - относительно новый вид электрохимической обработки поверхности металлических материалов, берущий начало от традиционного анодирования. Отличительной особенностью метода является участие в процессах модифицирования поверхностных электрических микроразрядов. В результате состав и строение получаемых оксидных слоев значительно отличаются, а их свойства существенно выше по сравнению с традиционным анодированием.

Феноменологическая особенность МДО заключается в том, что формируемые оксидные слои растут в обе стороны относительно исходной поверхности обрабатываемого изделия с различными скоростями.

Таким образом, МДО одновременно сочетает в себе черты двух различных групп методов модифицирования: нанесение покрытий (модифицирование с приращением размера) и изменение состояния, структуры, свойств по направлению внутрь исходного материала.

МДО обеспечивает получение многофункциональных керамикоподобных модифицированных слоев покрытия с широким комплексом свойств, таких как износостойкость, корро-зионностойкость, теплостойкость, диэлектрическая прочность, декоративность и другие. Другими положительными отличительными чертами процесса МДО являются его экологич-ность, отсутствие необходимости тщательной предварительной подготовки поверхности в начале технологической цепочки.

Широчайший спектр областей применения обусловливает востребованность технологии МДО в производстве. Выполненные российскими учеными исследования показали, что МДО может применяться для повышения износостойкости пар трения (подшипники скольжения, зубчатые передачи, плунжеры, направляющие), обеспечения работоспособности изделий, работающих в агрессивных средах, в том числе при высоких температурах (детали топливной аппаратуры, защитные рубашки термопар, работающих в расплавах металлов, изоляторы высоковольтного оборудования) и во многих других случаях [6-8].

Несмотря на большое количество выполненных исследовательских работ, современный

уровень развития химических технологий предполагает большой потенциал повышения эф-

фективности МДО, в том числе за счет применения новых электролитов.

Актуальной задачей в настоящее время является отработка технологий МДО для повы-

шения срока службы и надежности таких деталей, как клапаны, толкатели, плунжеры.

Исследования проводились на базе лаборатории упрочняющих технологий кафедры «Технология машиностроения» с использованием установки «МДО МАМИ-1». В качестве образцов использовались полые цилиндры (рисунок 1) из алюминиевого сплава марки Д16 диаметром 18 мм, длиной 100 и толщиной стенки 2 мм. Обработка осуществлялась при неполном погружении образца в рабочий электролит. Данная концепция позволяет помимо основной программы исследования выполнить изучение переходной зоны, а также в будущем исследовать нанесение покрытий методом МДО на внутренние цилиндрические поверхно-

Рисунок 1 - Экспериментальные Рисунок 2 - Экранный вид программы

образцы измерения шероховатости поверхности

Рабочей средой являлся электролит на основе фосфата натрия Ка3Р04 и жидкого стекла

(Ка2О3)п8Ю2 с силикатным модулем п=2,5, разводимых в дистиллированной воде в концентрации 10 г/л и 2 г/л соответственно. Поверхность под упрочнение методом МДО получена токарной обработкой, Яа=1,25_2.5мкм. Программа проведения экспериментального исследования представлена в таблице 1.

Таблица 1

Программа экспериментального исследования МДО гладких валов

Номер образца Сила тока I, А Плотность тока q, А/дм2 Время обработки t, мин

1 15 23,44 10

2 6 9,38 30

3 10 15,63 30

4 6-10-15 9,38 - 15,63 - 23,44 10-10 -10

5 6 -15 9,38 - 23,44 20 - 10

6 12 -11-10 18,75 - 17,19 - 15,63 15 -15 -15

Образцы 4, 5 и 6 обрабатывались серией режимов с целью выявить целесообразность и особенности обработки МДО с изменением энергетических показателей процесса в течение всего времени обработки. Например, образец 5 обрабатывался первые 20 минут при плотности тока q = 9,38 А/дм2, следующие 10 минут при плотности тока q = 23,44 А/дм2.

В процессе проведения экспериментальных исследований контролировалось протекание процесса МДО (визуально), оценивались изменение шероховатости поверхности и изменение размера образца после нанесения покрытия. При выполнении экспериментальных исследований использовались: профилограф-профилометр электронный модели 130, позволяющий измерить различные параметры шероховатости поверхности (рисунок 2), электронный микроскоп модели Falkon Vision (рисунок 3).

Визуальное наблюдение процесса МДО является важным этапом исследований (рисунок 4). Благоприятное протекание процесса характеризуется равномерным средней или высокой яркости свечением бело-желтого оттенка. Анализируя результаты наблюдений, можно предположить, что образцы 1,4 и 5, характеризуемые наличием в процессе обработки периодов с плотностью тока более 20 А/дм2, отличаются склонностью к образованию дуговых пробоев в зоне обработки. Дуговые пробои снижают эффективность упрочнения и зачастую приводят в отбраковке упрочненных изделий. С этой точки зрения наиболее благоприятными условиями протекания процесса МДО представляются режимы упрочнения, выбранные для образцов 2 и 3.

Рисунок 3. Электронный микроскоп Рисунок 4. Яркое равномерное

Falkon Vision свечение поверхности заготовки при

микродуговом оксидировании

Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 2.

С точки зрения шероховатости упрочненных поверхностей не наблюдается четко выраженной закономерности. Это является ожидаемым результатом, так как образованное покрытие условно представляет собой два слоя: основной (рабочий, отличающийся повышенными износостойкостью, прочностью, меньшей пористостью) и так называемый муллитный слой (менее прочный и более рыхлый, свойства которого, однако, могут быть эффективно использованы, например, в случае нанесения диэлектрических покрытий). Муллитный слой при

Серия 2. Технология машиностроения и материалы. производстве изделий может быть легко удален, например, тонким полированием.

Таблица 2

Результаты экспериментального исследования

Номер образца

Ra, мкм dHCX, мм dK0H, мм Ad, мм Характер свечения Примечание

Начало сильных пробоев

1 1,40 17,433 17,987 0,554 Плотное оранжевое

через 6 минут

2 0,815 17,961 17,918 0,043 Бело-фиолетовое

3 2,39 17,923 17,829 0,094 Белое Редкие пробои через 30 минут

4 3,71 17,947 17,864 0,083 Белое Пробои через 12 минут

5 1,94 17,920 17,913 0,007 Бело-фиолетовое Пробои через 24 минуты

6 3,97 17,879 17,844 0,035 Белое-оранжевое- Пробои через 6 минут

слабое

Анализируя изменение размера после упрочнения образцов, можно утверждать, что выбранные состав электролита и режимы упрочнения приводят к увеличению размера изделия в среднем на 3-50 мкм на сторону (образцы 2-6). Более значительные величины приращения размера характерны для больших плотностей тока. При этом, хотя такие приращения и могут достигать 200-250 мкм на сторону (образец 1), такие покрытия обладают худшими характеристиками, большей пористостью, а сопровождающие процесс упрочнения дуговые разряды могут приводить к дефектам в покрытии.

Рисунок 5. Микрофотография поперечного среза образца с поверхностью, упрочненной

микродуговым оксидированием

Изучение поперечных срезов образцов после упрочнения на электронном микроскопе позволяет заключить, что упрочнение методом МДО не приводит к изменению макрогеометрии упрочняемых поверхностей. То есть дефекты погрешности формы, волнистость поверхности, макродефекты на упрочняемых объектах не исправляются (рисунок 5).

Таким образом, по результатам выполненных исследований можно заключить, что применение электролита на основе фосфата натрия обеспечивает требуемое качество получаемых покрытий. Следует выполнять упрочнение при плотностях тока, не превышающих 20А/дм2, избегая при этом условий, приводящих к пробоям и образованию дуговых процессов при обработке. Введение дополнительных периодов обработки и изменение силы тока в процессе упрочнения не приносит существенных результатов с точки зрения характеристик получаемого покрытия. Для исследования эффективности упрочнения с точки зрения структурно-фазового состава поверхностного слоя требуются дополнительные исследования.

Литература

1. Астахов Ю.П., Кочергин С.А., Моргунов Ю.А., Митрюшин Е.А., Саушкин Г.Б. Микрообработка поверхностных рельефов с применением физико-химических методов воздействия на материал. Наукоемкие технологии в машиностроении, 2012, № 7. с. 33-38.

2. Забельян Д.М., Рогов В.В., Митрюшин Е.А., Моргунов Ю.А., Саушкин Б.П. Скоростная электроэрозионная обработка пазов системы охлаждения жаровой трубы камеры сгорания / Металлообработка, № 3, 2012. с. 14-19.

3. Калашников A.C., Моргунов Ю.А., Калашников П.А. «Обработка термически неупроч-

ненных цилиндрических и конических зубчатых колес». Приложение к журналу «Справочник. Инженерный журнал. № 2(191), М.: Машиностроение, 2013. с. 1-24.

4. Бавыкин О.Б. Оценка качества поверхности машиностроительных изделий на основе комплексного подхода с применением многомерной шкалы // Известия МГТУ «МАМИ». -2012, № 1 (13). с. 139-142.

5. Саушкин Б.П., Шандров Б.В., Моргунов Ю.А. Перспективы развития и применения физико-химических методов и технологий в производстве двигателей. Журнал «Известия МГТУ «МАМИ», 2012, № 2, с. 242.. .248.

6. Шандров Б.В., Морозов Е.М. Земскова Е.П. Разработка высокоэффективных технологий упрочнения деталей автомобиля из алюминиевых сплавов. Журнал «Автомобильная промышленность», № 2, 2006.

7. Жуковский A.B., Шандров Б.В. Мониторинг процесса микродугового оксидирования с применением персонального компьютера. Журнал «Известия «МГТУ «МАМИ» № 1 (7), 2009, с. 121-124

8. Шандров Б.В. Оборудование и технологии микродугового оксидирования. Журнал «Автомобильная промышленность», № 5, 2007.

Особенности проектирования накатников для чистовой обработки

зубчатых венцов

к.т.н. проф. Черепахин A.A., к.т.н. проф. Виноградов В.М.

Университет машиностроения 8(495)4670950. tkm1410@yandex.ru, 8(499)1621351, trada73@mail.ru

Аннотация. Рассмотрены специфические особенности холодного чистового накатывания зубьев среднемодульных колес. Показано, что необходимо модифицирование зуба инструмента как у головки, так и у ножки. Даны рекомендации как по геометрическим, так и по точностным показателям проектируемого инструмента.

Ключевые слова: обработка зубчатых колес, холодное накатывание, накатник, модифицирование, припуск

Холодное накатывание зубьев трансмиссионных колёс выполняют после зубофрезеро-вания червячными фрезами как с модифицированным профилем, так и без модификации.

В процессе калибрования возникает относительное взаимное скольжение зубьев обрабатываемого колеса и накатника. Со стороны зуба колеса, соприкасающейся с ведущей стороной зуба накатника, металл перемещается от головки и ножки в направлении делительной окружности, в связи с этим в зоне делительной окружности образуется выступ. На обратной стороне зуба колеса скольжение происходит от делительной окружности к головке и ножке зуба колеса, в результате около делительной окружности появляется впадина. Перемещение металла к головке зуба ведёт к увеличению наружного диаметра заготовки, а при перемещении его к ножке зуба во впадине образуется наплыв металла по всей длине зуба.

Таким образом, для производства точных зубчатых колёс трансмиссий автомобилей их зубья необходимо модифицировать как по головке путём фланкирования, так и по ножке путём подрезания с помощью специальных червячных фрез, имеющих фланк в ножке зуба фрезы и «усик» (протуберанец) на головке зуба фрезы.

Фланк в ножке зуба фрезы предназначен для срезания металла в виде фаски на головке зуба обрабатываемого колеса, а «усик» на головке зуба фрезы - для подрезания ножки зуба колеса. Это необходимо для отслоения стружки в результате наплыва металла в направлении ножки зуба и свободного выхода головки накатника в зоне ножки во время калибрования.

Металл, выдавливаемый во впадину зуба, представляет собой отдельные прилипшие иглообразные стружки, удаляемые различными способами. В процессе холодного калибрования зубьев, не имеющих подрезания впадины, обычно часть материала в зоне ножки срезает-