ДОРН ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИФРИКЦИОННО-УПРОЧНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

Решение относится к области технологии машиностроения, а именно, к инструментам, позволяющим формировать антифрикционно-упрочненный поверхностный слой из суспензии антифрикционного порошка и связующего поверхностно-пластическим деформированием дорнованием, и может быть использовано при обработке длинномерных внутренних цилиндрических поверхностей, например, отверстий в деталях гидроцилиндров, гильз.
Известно устройство для осуществления способа (патент РФ №2063861 6 В24В 39/02 В23Д 43/02 от 20.07.96), при котором формообразующий инструмент снабжен элементами стабилизации равномерности режима дросселирования технологической смазки в виде регулярного микрорельефа на его рабочей поверхности.
Однако не уточнена конфигурация канавок регулярного микрорельефа на поверхности заборной части устройства деформирующе-режуще-выглаживающего прошивания(дорнования)-редуцирования поверхностей. Наряду с этим заборная и калибрующая части имеют однотипный регулярный микрорельеф при восприятии различных нагрузок и выполнения различных функций.
В качестве прототипа принят дорн (патент РФ на полезную модель №109689 7 В24В 39/00 от 27.10.2011) для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя с ленточкой и расположенными в заборной части кольцевой канавки радиальными каналами для подвода суспензии из антифрикционного порошка и связующего, причем на ленточке дорна расположена синусоидальная выточка.
Однако ленточка (калибрующая часть) дорна с расположенной на ней синусоидальной выточкой осуществляет дорнование на заключительном этапе, а перед этим поверхностью заборной части, расположенной под углом, пластически деформируется поверхностный слой с одновременной подачей по радиальным каналам и канавке антифрикционной суспензии, причем кольцевая форма канавки прерывает площадь контактирования одновременно по всему периметру в начальной зоне заборной части, близкой к волне внеконтактной деформации, а в области близкой к калибрующей ленточке дорна условия смазывания и коэффициент трения снижаются из-за удаленности от источника подачи суспензии и непрерывности площади контактирования, особенно при обработке внутренних цилиндрических поверхностей.
Задачей разработки предлагаемого решения формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя дорнованием является повышение эффективности обработки длинномерных внутренних цилиндрических поверхностей.
Технический результат - улучшение условий смазывания и снижение коэффициента трения в заборной части дорна за счет выполнения синусоидальной канавки.
Этот технический результат достигается тем, что предложен дорн для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя, включающий корпус с заборной частью, радиальные каналы и канавку для подвода суспензии из антифрикционного порошка и связующего причем канавка выполнена синусоидальной.
Синусоидальные канавки улучшают условия смазывания контактирующих поверхностей, снижая коэффициент трения и усилие дорнования, которые обеспечиваются гидродинамическим эффектом суспензии, возникающим при определенных соотношениях геометрии инструмента и частиц суспензии, эффективной вязкости и свойств обрабатываемого металла, скорости движения дорна и принудительной подачи суспензии в зону очага де4юрмации.
На фигуре показан предлагаемый дорн для формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя отверстия.
На оправке 1 с осевыми пазами 2 установлен деформирующий элемент - дорн 3, в корпусе которого выполнены радиальные каналы 4, расположенные под углом к поверхности заборной части 5 дорна и калибрующим цилиндрическим пояском 6, на поверхности заборной части 5 расположена синусоидальная канавка 7.
Обработку внутренних цилиндрических поверхностей (ВЦП) осуществляют следующим образом. При обработке ВЦП цилиндров, гильз для придания им высоких триботехнических свойств в зону обработки под давлением подается раствор антифрикционной смеси (РЛС), в состав которой входят мелкодисперсные порошки антифрикционных материалов, например, дисульфид молибдена, медь, латунь, олово (до 15%), уксусная и плавиковая кислоты, мочевина, глицерин (до 70%), вода (10%). При поступательном движении дорна в зоне контакта между поверхностью заготовки и де4юрмирующих элементов в результате возникающих высоких удельных давлений (до 8000 МПа) и температур (до 1000°С) возникают физико-химические реакции, происходит диффузионное проникновение элементов антифрикционных материалов вглубь металла основы, на поверхности заготовки наблюдаются структурно-фазовые изменения, образуя, таким образом, антифрикционно-упрочненный поверхностный слой (АУПС) металла с тонкой текстурой.
Механизм формирования ЛУПС при дорновании заключается в следующем:
рад
дорн
деформирующий элемент под действием нормальной силы q, внедряется в обрабтываемую поверхность в режиме скольжения со скоростью υ. Выдавленный деформирующим элементом материал заготовки образует волну внеконтактной деформации но краям очага деформации. В пределах волны поверхностный слой получает прогиб в связи с выпучиванием и сдвигом и испытывает деформацию растяжения с соответствующим его удлинением. В зоне волны формируется активная дислокационная структура с высокими распивающими напряжениями, что увеличивает химическую активность поверхности. Максимальные растягивающие напряжения возникают на гребне волны, и в этом случае химическая активность поверхности еще больше (на порядок) повышается. В этих условиях частицы антифрикционного материала суспензии интенсивно взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и образуют пленки из антифрикционных материалов. Происходящие при этом реакции подчиняются законам неравновесной термодинамики и приводят к образованию более прочных, чем в обычных условиях, связей между образовавшимися пленками покрытия и основой (заготовкой).
В зоне контактирования поверхности заборной части 5 протекают сложные физико-механо-химические процессы между материалом основы и антифрикционными элементами суспензии, подаваемой в область синусоидальной канавки 7, которая обеспечивает разбиение площади контактирования на деформируемые зоны с подаваемой к ним суспензией, под действием следующих технологических факторов обработки, изменяющих условие трения в зоне контакта: натяга на деформирующий элемент дорна, его геометрических элементов (в том числе канавки 7), радиального контактного давления, величины предварительной шероховатости, давления суспензии.
a
ост
В результате данной обработки формируется антифрикционно-упрочненный поверхностный слой толщиной 0,1÷0,3 мм с глубиной проникновения антифрикционных элементов 0,010÷0,025 мм, шероховатость поверхности R=0,25÷0,4 мкм, остаточными напряжениями сжатия σ=300÷800 МПа.
Применение данного технического решения улучшает условия смазывания контактирующих поверхностей, снижение коэффициента трения и усилия дорнования, при поверхностной пластической деформации дорнованием, позволяет обраба1ыва1ь длинномерные внутренние цилиндрические поверхности, например отверстий в деталях гидроцилиндров, при этом качество поверхностного слоя не ухудшается. 1 с.п. ф-лы, 1 илл.