Особенности формирования рабочих поверхностей протяженных направляющих при финишной комбинированной антифрикционной обработке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности формирования рабочих поверхностей протяженных направляющих при финишной комбинированной антифрикционной обработке

С.Г. Бишутин, А.С. Пиляев

Аннотация

Приведены результаты исследований процесса формирования износостойких поверхностей направляющих при комбинированной антифрикционной обработке, включающей три стадии: предварительная абразивная обработка для подготовки поверхности к нанесению антифрикционного материала; натирание поверхности антифрикционным материалом; структурирование и упрочнение поверхностного слоя путем пластической деформации обработанного участка поверхности.

Ключевые слова: износостойкость поверхности, формирование износостойких покрытий, финишная антифрикционная абразивная обработка.

Протяженные поверхности трения направляющих, применяемых в станках, лифтах, конвейерах и другом подъемно-транспортном оборудовании, подвергаются интенсивному изнашиванию. Эффективным средством повышения долговечности таких поверхностей является формирование износостойких покрытий при антифрикционной обработке [1-3]. Наиболее существенное повышение износостойкости поверхностей, работающих в условиях усталостного изнашивания и воспринимающих значительные нагрузки, достигается формированием поверхностных структур, содержащих медь, латунь, бронзу свинец или серебро [4; 5]. Это позволяет уменьшить силы трения и улучшить качество поверхностей.

Существующие технологии формирования структур на поверхностях трения из указанных материалов выполняются в несколько этапов на различном оборудовании, что делает их дорогостоящими. Если требуется нанести приработочное покрытие на узком протяженном участке цилиндрической направляющей, то в настоящее время не существует приемлемых технологий формирования таких покрытий. В связи с этим была разработана новая технология, основанная на комбинированной антифрикционной абразивной обработке. Данная технология включает три основные стадии, выполняемые одновременно: предварительная абразивная обработка для подготовки поверхности к нанесению антифрикционного материала; натирание поверхности антифрикционным материалом; структурирование и упрочнение поверхностного слоя путем пластической деформации обработанного участка поверхности. Для реализации такой технологии разработано соответствующее устройство (рис. 1), которое может обрабатывать наружную цилиндрическую (часть наружной цилиндрической поверхности) или плоскую протяженную поверхность.

Устройство содержит корпус 1, который выполнен в форме диска с возможностью осевого вращения от внешнего привода и имеет коническую поверхность, обращенную вершиной к обрабатываемой детали.

На корпусе 1 установлены следующие элементы: обрабатывающий элемент 2 в форме сменного лепесткового шлифовального торцевого диска, имеющий механизм осевого перемещения в виде поджатых винтами 3 пружин 4; натирающий элемент 5 из антифрикционного материала в форме кольца, который состоит из конечного количества секторов, имеющих возможность самоустанавливаться по обрабатываемой поверхности за счет деформации резины 6; выглаживающий элемент 10 в виде стальных термообработанных шариков из стали ШХ15.

Рис. 1. Схема устройства для комбинированной антифрикционной обработки направляющих

Натирающие элементы имеют механизм осевого перемещения в виде поджатых винтами 7 регулирующих пружин 8, поджимающих составной диск 9. Выглаживающие элементы также имеют механизм для перемещения в сторону обрабатываемой детали в виде поджатых винтами 11 регулирующих пружин 12, что позволяет менять силу прижатия выглаживающего элемента к обрабатываемой поверхности детали 13, создавая тем самым необходимый упрочненный поверхностный слой с прочными адгезионными связями.

На данное устройство получен патент РФ №118907 [6] на полезную модель. Создан опытный образец данного устройства (рис. 2), который успешно прошел лабораторные испытания и был использован при проведении экспериментов по нанесению антифрикционных покрытий на наружные цилиндрические и плоские поверхности.

Рис. 2. Внешний вид устройства для комбинированной антифрикционной обработки

Рабочая поверхность направляющей формируется следующим образом. В шпиндель станка, например вертикально-фрезерного, устанавливают устройство для антифрикционной обработки и подводят к детали таким образом, чтобы обеспечить одновременное касание поверхности детали обрабатывающим, натирающим и выглаживающим элементами, что позволяет повысить качество нанесенного антифрикционного слоя за счет фрикционного нагрева натирающего элемента и последующей пластической деформации покрытия выглаживающими элементами. Далее вращением винтов 7 и 11 (рис.1) обеспечивают необходимый натяг натирающих и выглаживающих элементов в сторону обрабатываемой детали. Устройству придают осевое вращение от внешнего привода, после чего осуществляют его подачу по касательной к обрабатываемой поверхности детали (рис. 3). Обрабатывающим элементом удаляется необходимый припуск и формируется требуемая шероховатость поверхности (Ra=1,25…2,5 мкм) для обеспечения необходимой адгезии покрытия. Далее натирающий элемент, разогревая поверхность обрабатываемой детали, наносит тонкий антифрикционный слой. В дальнейшем этот слой подвергается поверхностно-пластическому упрочнению выглаживающим элементом, что повышает его качество.

Рис. 3. Антифрикционная обработка образца на вертикально-фрезерном станке: 1 - устройство для антифрикционной обработки; 2 - цилиндрический образец; 3 - стол вертикально-фрезерного станка

Для определения техно-логических режимов анти-фрикционной комбинированной обработки поверхностей направляющих был проведен ряд экспериментов на вертикально-фрезерном станке 6Т13. В ходе экспериментов варьировались частота вращения шпинделя (50…160 мин^-1), продольная подача устройства для антифрикционной обработки (0,2…0,6 мм/об), усилие прижатия натирающих медных элементов к обрабатываемой поверхности (150…3000 Н) и зернистость обрабатывающих абразивных лепестков (12…25 по ГОСТ 3647-80). Для обеспечения качественного антифрикционного покрытия при проведении экспериментов использовался глицерин. Цилиндрические и плоские образцы были изготовлены из среднеуглеродистой стали, на них была сформирована различная шероховатость для оценки влияния высоты исходной шероховатости поверхности на процесс нанесения антифрикционного покрытия.

По результатам экспериментов были определены режимы обработки наружных цилиндрических и плоских поверхностей направляющих, обеспечивающие стабильное формирование качественных антифрикционных покрытий на всём обрабатываемом участке (таблица).

Следующий этап исследований был посвящен обработке наружных цилиндрических поверхностей на установленных технологических режимах и анализу обработанных по новой технологии поверхностей. Отдельные результаты этих исследований представлены на рис. 4. Профилограммы поверхностей были получены с помощью профилографа-профилометра мод. 170311.

Таблица. Технологические режимы комбинированной антифрикционной обработки наружных цилиндрических и плоских поверхностей направляющих

Примечания:

1. Усилие прижатия зависит от ширины плоской обрабатываемой поверхности.

2. Указанная зернистость абразивных лепестков обеспечивала шероховатость поверхности Ra=1,6…2,5мкм.

3. Шероховатость поверхности после обработки составила Ra=0,65…1,0мкм.

Рис. 4. Внешний вид и профилограммы необработанных (1) и обработанных (2) поверхностей с различной исходной шероховатостью: а - Ra=1,7 мкм, Rmax=11,3 мкм, Rp=4,5 мкм, Sm= 0,35 мм; б - Ra=1,0 мкм, Rmax=8,4 мкм, Rp= 3,4 мкм, Sm= 0,30 мм; в - Ra=0,6 мкм, Rmax= 5,6 мкм, Rp= 2,5 мкм, Sm= 0,20 мм

Анализ результатов исследований позволяет сделать следующие выводы:

1. При увеличении скорости скольжения натирающих медных элементов по обрабатываемой поверхности свыше 80-85 м/мин наблюдается неравномерность формирования антифрикционного покрытия. Существенное уменьшение скорости скольжения приводит к снижению производительности обработки, поэтому оптимальное значение скорости скольжения лежит в диапазоне от 50 до 75 м/мин.

2. Усилие прижатия к обрабатываемой цилиндрической поверхности выглаживающих элементов не должно быть более 500-550 Н, так как возможны местные разрушения антифрикционного покрытия и перенаклеп поверхности.

3. Уменьшение высотных параметров шероховатости обработанной поверхности в 2-3 раза происходит за счет заполнения впадин антифрикционным материалом и деформации наиболее высоких выступов исходных микронеровностей поверхности. Вследствие указанных причин наблюдается уменьшение (в 3-4 раза) среднего шага микронеровностей поверхности.

4. При исходной шероховатости поверхности высотой более Ra= 4-5 мкм наблюдается существенный расход антифрикционного материала (меди М1) и формирование фрагментарного покрытия на обрабатываемой поверхности. Фрагментарное покрытие также наблюдается при подаче устройства для антифрикционной обработки более 0,5 мм/об.

5. Наиболее качественное покрытие формируется при исходной шероховатости поверхности Ra= 2,0-3,2 мкм и зернистости обрабатывающих элементов (лепестков) 16.

Формирование поверхностей по рассмотренной технологии будет иметь технико-экономический эффект, связанный с повышением качества антифрикционного покрытия деталей, работающих в условиях трения, увеличением их ресурса и сокращением расходов на ремонт машин и механизмов.

износостойкий антифрикционный абразивный натирание

Список литературы

1. Бишутин, С.Г. Износостойкость сформированных при шлифовании поверхностных слоев деталей машин/ С.Г. Бишутин, М.И. Прудников; под ред. С.Г. Бишутина. - Брянск: БГТУ, 2010. - 100 с.

2. Мышкин, Н.К. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии/ Н.К. Мышкин, М.И. Петроковец. - М.:Физматлит, 2007. - 368 с.

3. Бишутин, С.Г. Повышение износостойкости поверхностей деталей машин при финишной абразивной обработке/ С.Г. Бишутин // Вестн. БГТУ. - 2013. - №2. - С.11-15.

4. Костецкий, Б.И. Трение, смазка и износ в машинах/ Б.И. Костецкий. - Киев: Техника, 1970. - 396с.

5. Бишутин, С.Г. Оценка износостойкости поверхностей трения, сформированных при абразивной обработке/ С.Г. Бишутин // Вестн. БГТУ. - 2011. - №2. - С.14-17.

6. Бишутин, С.Г. Устройство для нанесения антифрикционного покрытия деталей/ С.Г. Бишутин, А.С. Пиляев//Изобретения. Полезные модели. - 2012. - Бюл. №22.

Размещено на Allbest.ru