Шепеленко И. В., Немировский Я. Б., Посвятенко Э. К., Черкун В. В.
Центральноукраинский национальный технический университет (г. Кропивницкий),
Национальный транспортный университет (г. Киев),
Таврический государственный агротехнологический университет имени Дмитрия Моторного (г. Мелитополь)
Как известно, для повышения надежности и ресурса детали, из какого бы материала её не изготовили, необходимо защитное покрытие, которое, в зависимости от назначения, может быть износостойким, коррозиостойким, жаростойким и т. д.
Особое место среди покрытий занимают антифрикционные (покрытия с низким коэффициентом трения). К числу инновационных технологий нанесения таких покрытий следует отнести финишную антифрикционную безабразивную обработку (ФАБО), реализуемую посредством фрикционного взаимодействия инструмента с поверхностью обрабатываемой детали. Цель нанесения этих покрытий — улучшение условий приработки и повышения износостойкости за счет последующей самомодификации поверхностей в условиях трения при эксплуатации. Нанесение покрытий из меди и её сплавов возможно с помощью инструмента специальной конструкции, или технологической жидкости, подаваемой в зону обработки, или сочетанием первого и второго.
Применение ФАБО требует использования любого оборудования, которое фиксирует заготовку и вращает инструмент, например токарно-винторезного станка, в резцедержатель которого может быть установлено устройство для фрикционного переноса материала. При этом в качестве инструмента традиционно применяются латунные стержни, прутки и ролики.
Однако традиционная обработка по методу ФАБО характеризуется низкой производительностью, а также необходимостью частой замены инструмента вследствие неравномерного износа. Это, безусловно, препятствует широкому применению данной технологии при финишной обработке деталей в промышленных условиях.
ФАБО внутренней поверхности цилиндра
Неравномерный износ инструмента можно ликвидировать, вращая инструмент в процессе ФАБО, а недостаточная производительность процесса связана с тем, что перемещение инструмента относительно детали обеспечивается только его вращением. Следовательно, повысить производительность ФАБО, не снижая качества самого процесса, можно за счет увеличения скорости перемещения инструмента относительно детали в результате его осцилляции вдоль продольной оси. Таким образом, инструмент в процессе обработки должен вращаться и совершать знакопеременное перемещение — осциллировать. Этот вывод стал основой для разработки авторами данной работы нового способа ФАБО деталей типа «вал» с применением вибрации. Он получил название «финишная антифрикционная безабразивная вибрационная обработка» — ФАБВО.
ФАБВО деталей происходит в результате вращения детали и инструмента и их перемещения относительно друг друга (рис. 1): вращение детали с частотой nд; вращение инструмента с частотой nи; осцилляция инструмента на величину l0 с числом двойных ходов nдв. х.; продольная подача инструмента S.
Рис. 1. Кинематика ФАБВО:
Р — давление инструмента;
nд — частота вращения детали;
nи — частота вращения инструмента;
nдв. х. — число двойных ходов инструмента;
S — продольная подача инструмента;
lо — осцилляция инструмента
Данная кинематическая схема ФАБВО легла в основу разработки конструкции установки для нанесения антифрикционных покрытий (рис. 2). Она успешно прошла производственную апробацию при обработке цапф шестерен гидронасосов (рис. 3).
Рис. 2. ФАБВО цапф шестерен в производственных условиях
Рис. 3. Ведущая шестерня гидронасоса НШ50 А-3 после ФАБВО
Особенностью покрытия, полученного с использованием технологии ФАБВО, является увеличение толщины и плотности его слоя по сравнению с покрытиями, полученными с использованием традиционных технологий (рис. 4).
Рис. 4. Структура поверхностного слоя деталей, обработанных по методу ФАБО (а) и ФАБВО (б), × 1000
С точки зрения повышения изностойкости и адгезионной прочности покрытия с основой целесообразным, на наш взгляд, является совмещение ФАБО с методами ППД, в частности при обработке отверстий методом деформирующего протягивания, что позволяет повысить производительность процесса, а также качество финишной обработки отверстий.
Для решения поставленной задачи авторы разработали устройство, предназначенное для ФАБО отверстий, в работе которого заложен принцип протягивания. Оно оснащено инструментом, который совершает возвратно-поступательное движение. При этом деталь совершает прерывистое вращение.
Разработанное устройство (рис. 5) состоит из: оправки 1, на которой расположены деформирующие элементы 2, 3; разрезные втулки 4, 5 с антифрикционными брусками 6; дистанционной втулки 7, установленной между разрезными втулками и гайкой 8. Последняя фиксирует рабочие элементы устройства на оправке и выполняет функцию направляющей при вводе в отверстие. Разрезные втулки 4 и 5 размещены на оправке 1 таким образом, чтобы пазы между их лепестками не совпадали.
Рис. 5. Устройство для ФАБО отверстий деталей
1 — оправка;
2, 3 — деформирующие элементы;
4, 5 — разрезные втулки;
6 — антифрикционные бруски;
7 — дистанционная втулка;
8 — гайка;
Vпр — прямое движение устройства;
Vоб — обратное движение устройства
Устройство устанавливается на шток гидравлического пресса и работает следующим образом. При прямом перемещении Vпр элемент 2 деформирует внутреннюю поверхность детали, выглаживая выступы микрорельефа, образованные на предыдущих технологических операциях. При этом зона обработки постоянно смачивается рабочей жидкостью (глицерином), которая способствует размягчению и растворению оксидных пленок, образующихся на поверхности обрабатываемой детали и антифрикционных брусков 6. Последние благодаря упругой деформации лепестков разрезных втулок прижимаются к обрабатываемой поверхности. В результате трения происходит перенос материала с антифрикционных брусков 6 которым заполняются впадины микрорельефа. Элемент 3 также деформирует обрабатываемую поверхность, тем самым упрочняя ее поверхностный слой. При обратном перемещении устройства Vоб происходит повторный перенос материала антифрикционных брусков 6 на поверхность отверстия, а деформирующий элемент 3 при этом выполняет функцию задней направляющей. Размещение антифрикционных брусков 6 на лепестках разрезных втулок обеспечивает постоянное их давление на внутреннюю поверхность обрабатываемого отверстия и перенос на неё антифрикционного материала, тем самым формируя слой покрытия.
Таким образом, предложенные технические решения позволили:
