Способ магнитно-электрического упрочнения и его технологические возможности при восстановлении посадочных мест подшипников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Способ магнитно-электрического упрочнения и его технологические возможности при восстановлении посадочных мест подшипников

Б.П. Борисов

Аннотация

Дано описание способа магнитно-электрического упрочнения (МЭУ), приведена принципиальная схема устройства для его реализации, кратко охарактеризованы достоинства способа. Дано описание и количественные характеристики микрорельефа упрочненного слоя, схематично представлена его структура. Исследованиями доказана возможность использования МЭУ при восстановлении посадок подшипников на вал и в корпус.

Ключевые слова: магнитно-электрическое упрочнение, описание способа, упрочненный слой, микрорельеф, подшипниковые посадки, восстановление

Abstract

The description of a way of magnit-electrical hardening (МEH) is given, the basic scheme of device SM of its realization is resulted, advantages of a way are briefly characterized. The description and quantitative characteristics of a microrelief of the strengthened layer is given, its structure is schematically presented. Researches prove an opportunity of use МEH at restoration of landings of bearings on a shaft and in the case.

магнитный упрочнение микрорельеф подшипник

Магнитно-электрическое упрочнение (МЭУ) относится к способам упрочняюще-восстанавливающей технологии, позволяющей в комплексе решать задачи восстановления размеров изношенных поверхностей с их одновременным упрочнением. Суть наиболее перспективной и производительной разновидности данного способа сводится к следующему [1-3] ( рис.1).

Рис. 1. Схема магнитно-электрического упрочнения с осцилляцией полюсного наконечника

В рабочий зазор h1 между полюсным наконечником 1 электромагнита 2 и упрочняемой деталью 3 подается из дозирующего устройства 4 порошок 5 электропроводящего ферромагнитного материала (ферробор, феррохромбор, порошкообразное железо и др.). Наконечник и деталь электрически соединены с полюсами источника технологического тока. Зерна порошка (микроэлектроды) удерживаются в зазоре магнитным полем. При подаче импульсов напряжения U1 на наконечник и деталь происходит пробой окисных пленок с образованием канала проводимости и по цепочкам микроэлектродов начинает течь ток. В точках контакта микроэлектродов с упрочняемой поверхностью за счет выделяющего тепла осуществляется наплавка микрообъемов материала порошка на поверхность детали. По мере появления в точках контакта жидких перемычек металла, электродинамические силы разрывают цепочки-мостики из микроэлектродов с образованием кратковременных микродуговых разрядов (электрический взрыв). При этом часть микроэлектродов и капель расплава выбрасывается из рабочего зазора. Убыль микроэлектродов вследствие наплавки и выброса восполняется непрерывным поступлением в рабочий зазор порошка из дозатора.

При подаче на катушку электромагнита импульсного напряжения U2 определенной скважности полюсный наконечник приводится в возвратно-поступательное (осциллирующее) движение на упругой подвеске (комплект плоских пружин 5) перпендикулярно упрочняемой поверхности с ударом по ней в конце каждого поступательного хода. При поступательном ходе наконечник прижимает микроэлектроды к детали, повышая надежность электрического контакта и ограничивая микродуговые процессы.

Конечный технологический эффект магнитно-электрического упрочнения с силовым активированием процесса обусловлен воздействием на микроэлектроды и расплав трех основных факторов: электрического тока (электрический фактор), осциллирующего движения полюсного наконечника (механический фактор), магнитного потока в рабочем зазоре (магнитный фактор). Все эти факторы носят циклический характер и смещены во времени относительно друг друга. Комплексные исследования, проведенные автором [3], позволили определить оптимальные параметры фазового сдвига между электрическим и механическим факторами; установить зависимость технологических режимов от фазового сдвига.

Формообразование упрочненного слоя детали происходит дискретно, в результате одновременного протекания двух процессов: наплавки и контактной приварки микроэлектродов к упрочняемой поверхности и ее электрической эрозии под воздействием микродуговых разрядов. Упрочненная поверхность (рис. 2) представляет собой множественное сочетание наплавленных на металл подложки 1 куполообразных выступов 2 высотой 0,1…0,15 мм (максимально до 0,3 мм), состоящих из материала микроэлектродов. Между выступов могут располагаться относительно небольшие незаплавленные участки Pi , а также электроэрозионные микрократеры 3 глубиной Ci до 0,05…0,1 мм. Под слоем наплавленных выступов имеется переходной диффузионный слой 4 толщиной 0,03…0,07 мм. Ещё ниже находится зона термического влияния 5 со средней толщиной Ki=0,15…0,2 мм.

Рис. 2. Микрорельеф и микроструктура упрочненного слоя

По мере увеличения сплошности слоя, процесс переноса материала микроэлектродов на материал подложки затухает, “слой на слой” не ложится.

Исследованиями микропрофиля и путем построения кривых опорной поверхности установлено, что сплошность нанесенного слоя на исходном, номинальном уровне не превышает 85…95% даже после электроконтактного сглаживания упрочненной поверхности.

По своим технологическим возможностям магнитно-электрическое упрочнение занимает промежуточное положение между “грубым” электроискровым легированием (МЭУ более производительнее, легче поддается автоматизации, больше толщина упрочненного слоя) и вибродуговой наплавкой (меньше нагрев упрочняемых деталей: при МЭУ - не более 150…200 °C, существенно проще достигается точечно-импульсный характер процесса). Исследованиями Г.С. Шулева, Б.П. Чемисова, И.Ф. Марченко, В.И. Абрамова, Б.П. Борисова, Ю.П. Александрова, И.Т. Сычева, В.П. Рябчуна и другими, большая часть которых была выполнена в специализированной лаборатории “Элферрмо” кафедры технологии машиностроения КТИРПиХ (КГТУ) в 1970-1980 гг., были установлены основные закономерности магнитно-электрического упрочнения, разработаны конструкции опытно-промышленного оборудования, выявлены оптимальные технологические режимы и рациональная область применения МЭУ. Библиография данных исследований приводится в [3,4]; новые разработки по способу МЭУ представлены в [5].

Одним из перспективных и ранее не исследовавшихся направлений является использование способа МЭУ при восстановлении изношенных посадочных мест под подшипники качения. Эта задача весьма актуальна, например, при восстановлении посадок с натягом при ремонте роторов электродвигателей. Износ посадочных мест здесь относительно мал (0,05…0,15 мм на диаметр), а обычно применяемая наплавка с последующей проточкой не обеспечивает, как правило, необходимой твердости слоя, да и вызывает большие температурные деформации роторов с необходимостью их правки. Здесь преимущества МЭУ (высокая износостойкость упрочненного слоя, малый нагрев упрочняемой детали) могут обеспечить его высокую эффективность. Но, с другой стороны, известно, что прочность прессовых соединений, которая характеризуется усилием распрессовки и его стабильностью, зависит от сплошности сопрягаемых поверхностей. Поскольку при МЭУ сплошность слоя не достигает 100%, были проведены исследования прочности посадок с натягом, восстановленных данным методом. На основании экспериментов строились функциональные зависимости усилия распрессовки, коэффициента относительной прочности посадки, износа валиков и втулок от количества перепрессовок. Установлено [6], что статическая прочность посадок с натягом, восстановленных магнитно-электрическим способом с последующим шлифованием, не уступает прочности посадок для еще не изношенных поверхностей.

Возможности МЭУ при восстановлении посадки подшипника в корпус были исследованы при восстановлении работоспособности центробежного насоса ЦНТ-60. Для восстановления посадки на наружное кольцо подшипника диаметром 100 мм способом МЭУ был нанесен слой ферробора на режимах, представленных в [6]. В результате магнитно-электрического упрочнения и последующего сглаживания абразивным бруском наплавленных микровыступов диаметр подшипника по наружному кольцу составил 100,4…100,5 мм. Сплошность слоя - 20…25% на уровне сглаженных вершин микровыступов и до 80% на уровне исходной поверхности упрочнения.

Упрочненный подшипник запрессовывался в чугунный корпус насоса, причем отверстие в корпусе расточке не подвергалось. Отремонтированный насос эксплуатировался в системе водоснабжения 5 лет, нарушений восстановленной подшипниковой посадки выявлено не было.

В результате представленных выше материалов можно сделать следующие выводы:

- разработанный в КТИРПиХ (КГТУ) способ магнитно-электрического упрочнения весьма эффективен при восстановлении посадочных мест при посадке подшипников качения как на вал, так и в корпус;

- сплошность упрочненной поверхности в пределах 75…80% не сказывается отрицательно на прочности посадок.

Список литературы

1. А.С. 696699, МКИ В24В31/10. Способ наплавки порошкообразных ферромагнитных материалов / Б.П. Борисов, В.П. Рябчун (Россия).- №2594594.

2. А.С. 742119, МКИ В24В31/10. Установка для нанесения покрытий ферромагнитными порошками / Б.П. Борисов, В.П. Рябчун, И.Ф. Марченко (Россия).-№2585488.

3. Борисов Б.П. Исследование и разработка процесса магнитно-электрического упрочнения деталей машин в условиях фазового сдвига активизирующих факторов: дисс. …канд. техн. наук / Б.П. Борисов:- Минск, 1983. 193с.

4. Кожуро Л.М. Обработка деталей машин в магнитном поле / Л.М. Кожуро, Б.П. Чемисов. - Мн: Наука и техника, 1995. 232с.

5. Хейфец М.Л. Электромеханика импульсных процессов наплавки покрытий ферромагнитными порошками / М.Л. Хейфец, Н.Л. Грецкий, Л.М. Кожуро// Упрочняющие технологии и покрытия. - 2008. - №3. - С. 51-56.

6. Борисов Б.П.. Исследование прочности посадок с натягом, восстановленных магнитно-электрическим упрочнением / Б.П. Борисов// Инновации в науке и образовании - 2008: VI Юбилейная международная научная конференция, посвященная 50-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле: труды. Часть 2 / КГТУ. - Калининград, 2008. - С. 235-238.

Размещено на Allbest.ru