Технологии электроэрозионного легирования и обработки для компрессорного и насосного оборудования

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «ТЕХНОЛОГИИ»

Title

Еlectroerosion alloying and processing technologies for Compressor and Pump Equipment
"TRIZ" Ltd. offers a solution for extending the life and hardening of the wearing surfaces of parts using Electroerosion alloyage (EEA) of bearing bushing bedding (BB). The paper presents experimental evidence for an increase in strength when applied to the bedding of antifriction babbit layer. In addition, the following guidelines to improve conformability of bearing bushings in rotors, compressors and pumps by applying indium and tin coatings by EEA are recommended.

 


Продолжение. Начало в № 6/2011

В.С. Марцинковский, к.т.н., доцент, ООО "ТРИЗ" В.Б. Тарельник, д.т.н., проф., СНАУ

Бесперебойная работа оборудования является фактором, способствующим снижению эксплуатационных затрат любого предприятия, деятельность которого связана с использованием машин и механизмов при производстве продукции или услуг. Поэтому столь актуальны сегодня технологии электроэрозионной обработки и легирования в сочетании с поверхностно-пластической деформацией и безабразивной ультразвуковой финишной обработкой, разработанные фирмой ТРИЗ для увеличения срока их эксплуатации.

Насосные втулки

Данные изделия (рис. 9) применяются в насосной технике как пары трения "статор — ротор". В роторной втулке упрочняют наружную поверхность, а в статорной — внутреннюю. По штатному технологическому процессу упрочнение контактирующих поверхностей осуществляется методом гальванического хромирования. Это неэффективно, т. к. под нагрузкой нередко происходят сколы и разрушение покрытий. Замена гальванического хромирования на электроэрозионную цементацию (ЭЦ) позволяет не только улучшить качество упрочненных поверхностей, но и продлить общий ресурс втулок.

Процесс упрочнения представляет собой комбинированную технологию, включающую в себя ЭЦ, обкатку шариком и последующее шлифование.

Следует отметить, что весь цикл операций упрочнения выполняется на одном и том же оборудовании одним и тем же специалистом.

Совершенствование технологии изготовления баббитовых вкладышей подшипников (ВП)

На основании анализа существующих технологий изготовления вкладышей подшипников, изучения условий их работы и причин разрушения антифрикционного баббитового слоя ООО "ТРИЗ" предложило свое решение данной проблемы. На стальную подложку перед лужением наносится методом электроэрозионного легирования (ЭЭЛ) промежуточный слой из меди. Это обеспечивает более прочное сцепление стальной подложки с баббитом, а также интенсифицирует отвод тепла из зоны трения [В.Б. Тарельник, В.С. Марцинковский. Проблемы изготовления и эксплуатации подшипников скольжения].

Существует большое количество различных методов нанесения покрытий из мягких металлов на стальные изделия (электролитическое осаждение, металлизация, ЭЭЛ и др.).

На рис. 10 показаны микроструктура (а) и распределение микротвердости в граничной зоне (б) между сталью 20 и оловом, нанесенным по традиционной технологии — лужением.

Как видно из рисунка, переходной слой между оловом и подложкой отсутствует. Микротвердость резко изменяется по величине от 310–340 до 1750–1800 МПа.

На рис. 11 представлена колодка с переходным бронзовым слоем с рифленой поверхностью под баббит.

Сравнение достоинств и недостатков существующих технологий позволило обоснованно выделить как наиболее перспективный метод ЭЭЛ, обеспечивающий прочное сцепление нанесенного металла с подложкой, что является определяющим в выборе данной технологии.

В случае ЭЭЛ стали 20 медью в граничном слое между оловом и медью образуются твердые растворы замещения, обеспечивающие более прочную связь. В свою очередь, надежная связь между стальной подложкой и медью обеспечивается ЭЭЛ, что подтверждается наличием в сформированных слоях диффузионной зоны (рис. 12, а). Микротвердость в переходной зоне первоначально плавно повышается от 210–230 до 2700–2800 МПа, а затем плавно снижается до микротвердости металла основы (рис. 12, б).

Анализ результатов испытания образцов показал, что применение переходных слоев из меди, наносимых методом ЭЭЛ в защитной среде (аргон) (рис. 13), повышает прочность соединения стальной подложки с антифрикционным баббитовым слоем по сравнению с традиционной технологией (сталь 20 + баббит) на 35%.

Предложенный способ [Спосіб обробки вкладишів підшипників ковзання / В.С. Марцинковський, В.Б. Тарельник] обеспечивающий наиболее прочное сцепление баббитового слоя со стальной подложкой, актуален для упорных и опорных подшипников скольжения, плавающих уплотнений, опорных пальцев зубчатых колес планетарных мультипликаторов и др.

обеспечение прирабатываемости ВП

При изготовлении вкладышей ПС и ПШ роторов компрессоров и насосов всегда имеются отклонения от их идеальной геометрической формы, которые называются погрешностями. Дополнительные неточности привносятся при установке ротора. Накопление погрешностей значительно снижает реальную площадь контакта шейки вала и вкладыша подшипника, что является причиной перенапряжения антифрикционного слоя, особенно в период приработки. Приработка является как бы заключительной технологической доводочной операцией, в результате которой нивелируются все неточности изготовления контактирующих поверхностей деталей в паре трения.

Согласно [Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин /В.Д. Зозуля, Е.Л. Шведков, Д.Я. Ровинский, Э.Д. Браун] под прирабатываемостью понимают способность трущихся тел в начальный период взаимодействия постепенно улучшать контакт между поверхностями за счет их сглаживания, что при постоянных внешних условиях сопровождается снижением коэффициента трения, интенсивности изнашивания и уменьшением выделения тепла. Прирабатываемость является важной технической характеристикой материала, так как от нее зависит продолжительность периода перехода вновь образованного узла трения в расчетный режим эксплуатации.

Повышенный износ и развитие повреждений, трущихся поверхностей после приработки зависят от наличия на поверхности трения непоправимых микро-, а иногда и макроповреждений, образовавшихся в процессе приработки. К числу таких повреждений относятся локальные разрушения структурных составляющих в результате перегрузок. В металле в этом случае развиваются повреждения вследствие малоцикловой усталости, причем поражаются наиболее слабые структурные составляющие. Так, при использовании в тонкослойных подшипниках баббита Б83 в кубических кристаллах SnSb образуются микротрещины, которые впоследствии становятся очагами развития трещин уже в объеме всего слоя [Трение, износ и смазка / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др].

С целью изучения возможности улучшения прирабатываемости ВП на образцы стали 20 с баббитовым слоем методом ЭЭЛ наносили покрытия из индия и олова. ЭЭЛ осуществлялось в защитной среде аргона. При этом использовались режимы легирования с энергией импульса до 0,03 Дж.

На рис. 14 приведена микроструктура поверхностного слоя баббита Б83 без покрытия (а) и с покрытиями из индия (б) и олова (в).

В результате легирования индием на поверхности баббита формируется слой толщиной до 130 мкм и микротвердостью Нµ = 200–210 МПа (рис. 13, б). При этом микротвердость нижележащих слоев баббита составляет Нµ = 240–310 МПа, а твердых включений квадратной формы (SnSb) — 460–645 МПа.

В случае легирования поверхности баббита оловом глубина приработочного покрытия составляет 90–100 мкм, а микротвердость Нµ = 180–190 МПа. Микротвердость нижележащих слоев — 240–310 МПа.

В [Спосіб обробки вкладишів підшипників ковзання / Марцинковский В.С.] предложен новый способ формирования методом ЭЭЛ на поверхностях трения ВП специального микрорельефа, повышающего надежность работы благодаря увеличению несущей способности подшипника. Это осуществляется следующим образом. На рабочую поверхность ВП скольжения методом ЭЭЛ наносят с помощью электрода-инструмента слои из серебра, меди и оловянного баббита (рис. 15).

Согласно предлагаемому способу полосы наплавляются на поверхность вкладыша в разных направлениях: вдоль, поперек и под углом. Кроме того, по контуру вкладыша, поверх сформированного микрорельефа наплавляются дополнительные полосы (рис. 15), высота которых соответствует 10–20 мкм.

Следует отметить, что формирование специального микрорельефа обеспечивается самим процессом ЭЭЛ.

Компенсация погрешностей при изготовлении подшипников скольжения

Надежность подшипника скольжения, при прочих равных условиях, в значительной мере зависит от качества изготовления его элементов и сборки, а также ремонтных работ в соответствии с требованиями конструкторской документации.

При изготовлении корпусов и вкладышей подшипников скольжения всегда имеются отклонения от идеальной геометрической формы. Дополнительные неточности привносятся при установке ротора. Накопление погрешностей уменьшает реальную площадь прилегания вкладыша к постели корпуса подшипника, тем самым снижает эффективность демпфирования и несущую способность подшипника скольжения. Долговечность сопряженного узла повышается за счет увеличения податливости контактирующих поверхностей благодаря формированию методом ЭЭЛ на обеих или на одной из них покрытий из мягких металлов, обладающих низким сопротивлением деформации и обеспечивающих плотное прилегание. В качестве анода для стали 20 используются олово и баббит, позволяющие формировать покрытия толщиной до 0,12 мм с шероховатостью Rz=24,4 мкм [В.Б. Тарельник, В.С.  Марцинковский, М.Я. Довжик. Компенсация погрешностей при изготовлении подшипников скольжения.].

Электроэрозионная обработка

Формирование шпоночных пазов полумуфт с обеспечением точности и симметричности их расположения, изготовление разрезных лабиринтных уплотнений для компрессоров и турбин ООО "ТРИЗ" выполняет на собственных координатно-прошивном и проволочно-вырезном электроэрозионных станках (рис. 16).

Товарищество Реализации Инженерных Задач
"ТРИЗ" ЛТД ООО
ул. Машиностроителей, 1, 40020, г. Сумы, Украина, а/я 1421.
Тел.: +380 (542) 700-076  Тел./факс: +380 (542) 786-801
Адрес электронный: triz@triz.sumy. ua   Сайт: www.triz.sumy. ua

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.