СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГНУТЫХ ИЗДЕЛИЙ С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ
METHOD AND FACILITY FOR MANUFACTURE OF BENT PRODUCTS WITH PROTECTIVE COATING

Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности может быть использовано для исследования процессов формирования гнутых изделий с защитными покрытиями из листовой стали методом изотермического и электропереноса масс.
В настоящее время существуют различные установки для нанесения защитных и упрочняющих покрытий на поршневые кольца.
Известно устройство для нанесения износостойких гальванических покрытий на поршневые маслосъемные кольца коробчатого типа. Устройство содержит катод, состоящий из пакета колец, наружный анод и внутренний анод. В устройстве держатель с катодом вместе с внутренним анодом устанавливается в полость наружного анода. Пластинчатые кольца внутреннего анода размещают напротив канавок колец. Аноды и подключают к источнику тока через отдельные выпрямительные агрегаты. Устройство размещают в ванне с электролитом. При подаче напряжения к анодам и катоду происходит одновременно электроосаждения покрытия на наружной и внутренней поверхностях колец. В варианте исполнения в нижней части устройства выполняют отдельный трубопровод для подачи электролита во внутреннюю полость между катодом и внутренним анодом с регулированием количества подаваемого электролита (патент №1540336, Россия);
Известно устройство для нанесения износостойких гальванических покрытий на поршневые уплотнительные кольца. В устройстве в полость дополнительного наружного анода устанавливается держатель пакета поршневых уплотнительных колец. Устройство размещают в ванне или подключают к отдельному прокачиваемому насосу. При подаче напряжения к анодам и катоду держателя происходит процесс одновременно электроосаждения покрытия на наружную и торцевые поверхности поршневых колец. Для исключения скапливания пузырьков водорода в пространстве между торцами колец прокачивается электролит через отверстия. С целью получения разной толщины покрытия на нижнем и верхнем торцах кольца продолжительность выдержки второго стояка-анода во включенном состоянии обеспечивается до получения соответствующей толщины покрытия на торце кольца (патент №1515781, Россия).
При помощи известных устройств можно получать хорошие покрытия, но их недостаток в том, что они наносят покрытия на готовые изделия.
Известно также устройство для изготовления гнутых изделий, содержащее смонтированные на станине и кинематически связанные с приводом механизм навивки материала заготовки на оправку со средством для закрепления материала, механизм гибки с приводным валом и гибочным роликом и механизм сбрасывания готового изделия. С целью повышения надежности работы и качества изделий за счет обеспечения точности установки заготовки по упору и облегчения сбрасывания готового изделия оно снабжено ориентирующим каналом для заготовки и установочным упором, жестко связанным с введенной в механизм навивки приводной зубчатой рейкой и установленным с возможностью его отвода из рабочей зоны после начала навивки, рабочая поверхность упора выполнена с противоположным направлению отвода упора уклоном (патент №1786735, Россия).
Недостатком предлагаемого устройства является то, что нельзя одновременно вести процесс формообразования изделия и получать защитное покрытие на поверхности изделия.
Задачей предлагаемого технического решения является создание способа и устройства для одновременного формирования гнутых изделий с защитными покрытиями изотермическим, термическим и электропереносом масс.
2
Задача решается предлагаемым способом изготовления поршневых колец с защитным покрытием из алюминия или его сплава, характеризующемся тем, что засыпают слой алюминия или его сплава на дно стального сосуда с крышкой, в котором размещают стальную полосовую заготовку с одной облуженной стороной, служащую катодом, а стальной сосуд с алюминием или его сплавом служит анодом, откачивают воздух, подают инертный газ и электролит в виде расплава хлоридов лития и калия, нагревают до 700°С, при этом стальная полосовая заготовка в течение 5-15 минут при плотности постоянного тока 500 А/м постепенно изгибается с одновременным осаждением защитного покрытия из алюминия или его сплава. Устройство для изготовления поршневых колец с защитным покрытием из алюминия или его сплава, характеризующееся тем, что оно содержит анод, выполненный в виде стального сосуда с крышкой и трубопроводами для подвода и отвода электролита, катод, выполненный в виде стержня, расположенного во внутренней полости стального сосуда и закрепленного в крышке с возможностью вертикального перемещения, при этом анод и катод соединены с источником постоянного тока, в нижней части стержня расположено приспособление для закрепления стальной полосовой заготовки, а внутренняя поверхность стального сосуда покрыта диффузионным слоем, крышка содержит трубопроводы откачки воздуха и подачи инертного газа и электрически изолирована от корпуса стального сосуда, а вдоль всего корпуса стального сосуда с наружной стороны расположены нагреватели. Внутренняя поверхность стального сосуда покрыта диффузионным слоем, состоящим из вольфрама и молибдена.
В устройстве стальная пластинка изгибается оттого, что расплав алюминия, интенсивно внедряясь в металл с облуженной стороны, вступает в химическую реакцию с железом и образует интерметаллическое соединение. Так как образовавшееся интерметаллическое соединение имеет больший удельный объем, чем сталь, то это приводит к возникновению в приповерхностном слое сжимающих напряжений, которые приводят к изгибу стальной пластины с одновременным получением покрытия.
На чертеже приведена схема устройства для изготовления гнутых изделий методом направленной диффузии в ионных расплавах с закрепленной плоской заготовкой.
Устройство представляет собой стальной сосуд 1, покрытый внутри диффузионным слоем 2 вольфрама или молибдена, сверху на стальном сосуде расположена стальная крышка 3 с устройством для перемещения электрода (редуктора) 4. В редукторе закреплен стальной стержень (катод) 5. Корпус устройства 4 для перемещения электрода, стальной стержень и стальная крышка 3 охлаждаются водой, подводимой и отводимой из патрубков 6 и 7. Охлаждение водой необходимо для предотвращения от нагрева полимерных уплотнений 8 и 9. Полимерное кольцо 9 служит для электрической изоляции крышки 3 и стального сосуда 1. На боковой поверхности стального сосуда имеются патрубки 10, 11 для подвода и отвода электролита. Разогрев стального сосуда 1 производится с помощью нихромовых нагревателей 12. Для экономии тепла вокруг стального сосуда 1 установлены нихромовые экраны 13. На корпусе стального сосуда 1 и электроде 5 имеются клеммы 14, 15 для подвода постоянного тока. В нижней части стального сосуда 1 помещается алюминий или его сплавы 16 и заливается электролит 17 (ионный расплав, эвтектическая смесь хлоридов лития и калия). На электроде 5 закрепляется заготовка 18 (в виде металлической пластинки) при помощи болта 19.
2
Установка работает следующим образом. Засыпается алюминий или его сплав 14 на дно стального сосуда, берется заготовка 18 (металлическая пластинка из стали 45 имеет следующие геометрические размеры: длина 200 мм, ширина 5 мм, высота 2 мм), устанавливается на электроде 5, соединенном с устройством для перемещения электрода 4, которое смонтировано на стальной крышке 3 и электрически изолировано от нее. Закрывается крышка. Через патрубок 10 подается электролит в стальной сосуд 1, поднимается температура до 700°С при помощи нихромовых нагревателей 12. При этом электрод 5 с заготовкой 18 служат катодом, а стальной сосуд 1 и расплавленный алюминий 14 служат анодом. При этом полосовая заготовка при плотности тока 500 А/м в течение 5-15 минут постепенно изгибается, превращаясь в гнутое изделие 20 с защитным покрытием алюминия или его сплавов (см. фиг.1).
2
3
2
5
Металлическая пластинка изогнулась оттого, что осажденный алюминий, интенсивно внедряясь в металл по очищенной поверхности, вступает в химическую реакцию с железом и образует интерметаллическое соединение, в то время как защитная пленка окислов защищает сталь от взаимодействия с алюминием. При взаимодействии Fe с А1 образуется интерметаллическое соединение типа FeAl FeAl и FeAl. Так как образовавшееся интерметаллическое соединение имеет больший удельный объем, чем сталь, то это приводит к возникновению в приповерхностном слое сжимающих напряжений, которые приводят к сворачиванию металлической заготовки в гнутое изделие 20 с защитным покрытием.