Устройство для повышения прочности детали с покрытием

Полезная модель относится к оборудованию для повышения прочности детали с покрытием с применением обработки поверхностно-пластическим деформированием и ультразвуковой обработки.
В качестве аналога известен патент №2529335 ролик обкатной комбинированый, авторов Блюменштейн В.Ю., Кречетов А.А., Махалов М.С., Останин О.А., имеющий профиль рабочей поверхности с радиусом постоянной величины, при этом ролик представляет собой комбинацию деформирующего элемента с радиусом постоянной величины, равным 1…10 мм, и цилиндрической части, расположенной со смещением в радиальном направлении относительно вершины деформирующего элемента на величину Δ=0,01…0,5 мм.
Недостатком данного приспособления применительно к детали с покрытием является недостаточное энергетическое воздействие на покрытие и на зону контакта покрытия с подложкой для осуществления диффузии материалов, т.к. большая часть энергии затрачивается на пластическую деформацию покрытия, способствующую разогреву материалов, вследствие чего не изменяется адгезионная прочность сцепления покрытия с подложкой, при этом недостаточно снижается пористость покрытия и недостаточно повышаются физико-механические свойства детали с покрытием.
В качестве прототипа взят патент №2316419 устройство для упрочняющей обкатки роликами наружных поверхностей деталей, авторов Буканов В.И., Борцов Ю.В., Борисов Г.А., Кобяков А.И., Мисковец П.Н., содержащее корпус, два двуплечих рычага с обкатными головками, упрочняющие ролики и механизм регулирования усилия обкатки, при этом одна из обкатных головок имеет два упрочняющих ролика и закреплена на двуплечем рычаге с возможностью поворота на оси, при этом ее центр поворота расположен диаметрально противоположно центру вращения упрочняющего ролика обкатной головки, установленной на другом двуплечем рычаге.
Недостатком данного приспособления, применительно к детали с покрытием, является недостаточное энергетическое воздействие на покрытие и на зону контакта покрытия с подложкой для осуществления диффузии материалов, т.к. большая часть энергии затрачивается на пластическую деформацию покрытия, способствующую разогреву материалов, вследствие чего не изменяется адгезионная прочность сцепления покрытия с подложкой, при этом также недостаточно повышаются физико-механические свойства детали с покрытием, в виду недостаточного снижения пористости покрытия.
Задачей полезной модели является разработка устройства для повышения прочности детали с покрытием, позволяющего обеспечить обработку детали с покрытием в одном технологическом цикле, и повышение физико-механических свойств детали с покрытием.
Техническим результатом является достижение минимально необходимого межоперационного промежутка времени, позволяющего обеспечить повышение адгезионной прочности, уменьшение пористости покрытия.
Технический результат достигается тем, что устройство для обработки поверхностно-пластическим деформированием детали с покрытием содержит корпус, верхний и нижний рычаги с обкатными головками, упрочняющие ролики и механизм регулирования усилия обкатки, при этом нижняя обкатная головка имеет два упрочняющих ролика и закреплена на нижнем рычаге с возможностью поворота на оси, а ее центр поворота расположен диаметрально противоположно центру вращения упрочняющего ролика верхней обкатной головки, установленной на верхнем рычаге, при этом оно дополнительно содержит две вилки точечной контактной сварки с установленными на них роликами-электродами, выполненными с
возможностью подключения через контакты с трансформатором, которые сообщены между собой посредством рейки, при этом одна из вилок точечной контактной сварки установлена на верхнем рычаге посредством кронштейнов под углом 30° к горизонтальной плоскости симметрии упрочняющего ролика верхнего рычага, а центральная плоскость вращения ролика-электрода смещена от центральной плоскости вращения упрочняющего ролика на 13-13,5 мм, при этом кронштейны одной вилки точечной контактной сварки и кронштейны верхнего рычага сообщены между собой через пружину сжатия и болт нагружения, а вторая вилка точечной сварки выполнена с возможностью прижатия установленного на нее ролика-электрода к поверхности подложки.
При формировании многослойных композитных поверхностных слоев с увеличением толщины слоя основным показателем качества композиции является адгезионная прочность, повышение которой достигают формированием переходных слоев. При нанесении на стальную основу многокомпонентных материалов в качестве переходного слоя могут использоваться металлы, имеющие неограниченную растворимость в материале-основе и других напыляемых материалах.
Применение технологии поверхностно-пластического деформирования позволяет обеспечить повышение физико-механических свойств покрытия детали, что обусловлено снижением пористости. Применение точечной контактной сварки для детали с покрытием не эффективно, в виду того что поры являются диэлектриком, и в местах пор происходит локальный разогрев, что приводит к разогреву покрытия в целом. Покрытие с порами является плохим проводником электрического тока, в результате изменяется сила тока на границе контакта покрытия с подложкой, в результате не произойдет нагрев до нужной температуры и не произойдет оплавления и сварки материалов покрытия и подложки, а увеличение силы тока может привести к оплавлению всего покрытия в целом, так как поры являются местами локального разогрева, которые нагревают все покрытие.
Достижение минимального необходимого межоперационного промежутка времени, позволяющего обеспечить повышение адгезионной прочности, уменьшение пористости покрытия, достигается за счет проведение точечной контактной сварки с минимальным временным промежутком, обусловленным размещением оборудования для точечной контактной сварки на верхнем рычаге оборудования для поверхностно-пластического деформирования на расстоянии в 13-13,5 мм между центральными поверхностями вращения упрочняющих роликов и ролика-электрода, после поверхностно-пластического деформирования, позволяет применить технологию точечной контактной сварки для детали с покрытием. При этом уменьшение указанного диапазона расстояния конструктивно осложнено, а увеличение не позволяет достичь технический результат, так как увеличение расстояния приведет к увеличению временного промежутка между операцией поверхностно-пластического деформирования и точечной контактной сварки, а материалы с эффектом памяти формы через малый промежуток времени после поверхностно-пластической деформации начинают релаксировать, и плотность покрытия снижается, что отрицательно влияет на эффективность точечной сварки.
Осуществление последовательно совместного поверхностно-пластического деформирования и точечной контактной сварки позволяет повысить физико-механических свойств покрытия детали за счет снижения пористости покрытия, повышения адгезии, обусловленной оплавлением подложки и покрытия.
На фиг. 1 и на фиг. 2 изображено устройство для повышения прочности детали с покрытием, которое состоит из корпуса 1, верхнего рычага 2 с верхней обкатной головкой 4, нижнего рычага 3 с закрепленной на ней нижней обкатной головкой 5, выполненной с возможностью поворота на оси 8, и имеющей два упрочняющих ролика 6. При этом центр ее поворота расположен диаметрально противоположно центру вращения упрочняющего ролика 6 верхней обкатной головки 4, установленной на верхнем рычаге 2, на
котором дополнительно установлены две вилки контактной точечной сварки 9 и 10, с установленными роликами-электродами 11, сообщенные посредством рейки 12. Одна вилка контактной точечной сварки 9 установлена на верхнем рычаге 2 посредством кронштейнов под углом 30° к горизонтальной плоскости симметрии упрочняющего ролика 6 верхнего рычага 2. Центральная плоскость вращения ролика-электрода 11, установленного на вилке контактной точечной сварки 9, смещена от центральной плоскости вращения упрочняющего ролика 6 на 13-13,5 мм. Кронштейны вилки точечной контактной сварки 9 и кронштейны верхнего рычага 2 сообщены между собой через пружину сжатия 14 и болт нагружения 15, которым задают усилие прижима роликов электродов 11 к поверхностям детали с покрытием 16. Вторая вилка точечной контактной сварки 10 прижимает установленный на нее ролик-электрод 11 к поверхности подложки детали с покрытием 16, к обоим роликам-электродам 11 от трансформатора 13 подведены контакты 28.
Устройство для повышения прочности детали с покрытием работает следующим образом: деталь с покрытием 16 устанавливают и зажимают в патроне токарного станка, установку для повышения прочности детали с покрытием со снятым механизмом регулирования усилия обкатки устанавливают и крепят в суппорте токарного станка державкой 17, которая соединена с корпусом 1 при помощи оси 7, перемещением суппорта токарного станка подводят верхнюю обкатную головку 4 и нижнюю обкатную головку 5 к обрабатываемой детали с покрытием 16 и устанавливают так, чтобы ось, проходящая через центр оси вращения упрочняющего ролика 6 верхней обкатной головки 4, и центр оси 8 поворота нижней обкатной головки 5, совпали с центром обрабатываемой детали 16. После чего устанавливают механизм регулирования усилия обкатки на нижний рычаг 3 путем размещения стаканов с винтовой канавкой 18, которые фиксируют гайками 19, затем в стаканы с винтовой канавкой 18 вкручивают пружины 20, в верхней части которых вкручены стаканы с
винтовой канавкой 18, в которые устанавливают стержни с резьбой 21, положение которых фиксируют контргайками 22, на стержни устанавливают втулки 23, впрессованные в пластину 24, между пластиной 24 и верхним рычагом 2 устанавливают динамометр 25, сбрасывают показания динамометра при помощи винта сброса 27, после чего на стержни с резьбой 21 вкручивают регулировочные винты 26 и задают необходимую нагрузку, продолжая вращать регулировочные винты 26, и, сверяя показания по динамометру 25, затем устанавливают на верхний рычаг 2 под углом 30° посредством кронштейнов к горизонтальной плоскости симметрии упрочняющего ролика верхнего рычага 2 вилку контактной точечной сварки 9 с роликом-электродом 11 и подводят к ролику-электроду 11 контакт 28 от трансформатора 13, так чтобы центральная плоскость вращения ролика электрода 11 вилки контактной точечной сварки 9 была смещена от центральной плоскости вращения упрочняющего ролика 6 верхней обкатной головки 4 на 13-13,5 мм, устанавливают в вилку контактной точечной сварки 9 рейку 12, на которую устанавливают вилку контактной точечной сварки 10 с роликом-электродом 11, и подводят и к ролику-электроду 11 контакт 28 от трансформатора 13, задают нагрузку, вкручивая болт нагружения 15 в кронштейн верхнего рычага 2, сжимая пружину сжатия 14 и прижимая ролик-электрод 11 вилки контактной точечной сварки 9 к покрытию детали с покрытием 16, а ролик-электрод 11 вилки контактной точечной сварки 10 - к поверхности подложки детали с покрытием 16, после чего включают токарный станок, который вращает обрабатываемую деталь с покрытием 16, и который перемещает суппорт с установкой для повышения прочности детали с покрытием в продольном направлении, и подают импульсный ток от трансформатора 13 по контактам 28 на ролики-электроды 11, и проводят обработку детали с покрытием 16.