Ультразвуковое формирование микрорельефа поверхностей деталей и химическая модификация фторактивными смазочными композициями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

Ультразвуковое формирование микрорельефа поверхностей деталей и химическая модификация фторактивными смазочными композициями

В.Г. Шуваев

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы эффективного формирования микрорельефа поверхностей деталей с помощью воздействия ультразвуковых колебаний, которые одновременно способствуют активации фторактивных смазочных композиций.

Ключевые слова: поверхность; микрорельеф; ультразвук; фторполимеры; активация.

Annotation

ULTRASOUND FORMING PART surface microrelief and chemical modification of the lubricant composition FTORAKTIVNYMI

Shuvaev V.G. Samara State Technical University

The article deals with the efficient formation of surface microrelief parts using ultrasonic vibration effects that simultaneously promote activation ftoraktivnyh lubricant compositions.

Keywords: surface; microrelief; ultrasound; fluoropolymers; activation.

Основная часть

Одним из перспективных направлений упрочняющей обработки посредством поверхностного пластического деформирования, обеспечивающего получение оптимальных параметров качества поверхности, является создание на обработанных поверхностях частично или полностью регулярного микрорельефа. Для этих целей в последнее время находит технологическое применение ультразвук, что определяется его высокой адаптивностью к существующим технологиям, гибкостью и эффективностью концентрации и фокусировки, возможностью применения ультразвука в широком диапазоне интенсивностей и частот. Все это позволяет применять ультразвуковые технологии как в качестве основных, так и в качестве вспомогательных, позволяющих резко интенсифицировать технологический процесс и существенно повысить его качественные характеристики. Применение ультразвуковых колебаний является средством активного воздействия на структуру твердых тел и процессы их контактного взаимодействия, в том числе и на формирование микрорельефа [1].

Известно, что через непродолжительное время приработки в любой паре трения происходит существенное отличие свойств материала поверхностного слоя глубиной порядка нескольких микрометров от состояния материала после технологической обработки [2]. С целью придания твердой поверхности антифрикционных, антиоксидантных, антикоррозионных, гидрофобных и антиадгезионных свойств создают многофункциональные защитные нанопленки на основе фторактивных смазочных композиций (например «Эпилам» производства СанктПетербургской компании «Автостанкопром») [3]. Для эффективного практического применения фторактивных композиций необходимо разработать методы и средства активации и управления параметрами хемосорбции с обрабатываемой поверхностью. Одним из методов решения указанной проблемы является применение ультразвуковых колебаний, способствующих активации фторполимеров, ускорению диффузионных и адгезионных процессов при нанесении покрытий. Химическая модификация происходит в результате приработки поверхности образца в среде смазочного материала под действием ультразвуковых колебаний, проникающих в слой жидкой фазы покрытия, изменяя его структуру. В процессе силового контактного взаимодействия при ультразвуковом формировании микрорельефа, под действием высоких давлений и температур в зоне фактического пятна касания происходит деструкция молекул фторактивных смазочных композиций с образованием активных центров и их химическое взаимодействие с металлом. При ультразвуковой активации полимерной композиции фторсодержащие макромолекулы приобретают свойства, совершенно отличные от свойств тех составных единиц, из которых они построены. При этом изза малости температуры термодеструкции смазочных материалов по отношению к температуре фазовых переходов в металле, в процессе модификации сохраняется исходная кристалллическая структура в поверхностном слое образца, но меняется его химический состав.

Для практической реализации ультразвукового формирования микрорельефа с одновременной химической модификацией поверхности детали фторактивными смазочными композициями были разработаны способ и устройства, позволяющие формировать сложное вибрационное движение [4, 5]. Если механическая система участвует в колебаниях, которые происходят в двух направлениях, а именно вдоль осей x и y прямоугольной системы координат

то результирующее отклонение в момент времени t определяется как их векторная сумма. В нашем случае практический интерес представляет изучение траектории движения инструмента при сложении колебаний, описываемых вышеприведенными уравнениями. Если соединить результирующие отклонения в различные моменты времени линией, то получается траектория результирующих колебаний в плоскости x, y, а возникающие сложные кривые называют фигурами Лиссажу. Форма фигуры Лиссажу зависит от отношения частот и разности начальных фаз, причем форма остается неизменной, если отношение частот представляет собой рациональное число. Формируемые траектории дополнительно накладываются на основное колебательное воздействие вдоль оси z, что приводит к созданию сложного вибрационного воздействия, позволяющего полнее использовать возможности ультразвука.

С целью повышения эффективности и расширения возможностей ультразвуковой обработки поверхностей предложено применение трёхмерного вибрационного поля с раздельным управлением колебательными движениями по каждой координате [4].

На рис. 1 изображена структурная схема ультразвукового устройства для формирования микрорельефа поверхности и одновременной активации полимерной композиции.

Устройство содержит концентратор 1 на выходном конце которого размещается деформирующий элемент в виде шарика 2. С входным концом концентратора соединены волноводы 3, 4, 5, которые связаны с магнитострикционными преобразователя ми 6, 7, 8. Преобразователи закрепляются на стойках 9, установленных на плите 10.

Рис. 1 Ультразвуковое устройство для формирования микрорельефа и активации фторактивных композиций.

Ультразвуковые продольные колебания, создаваемые магнитострикционным преобразователем 8, через волновод 5 и концентратор передаются деформирующему элементу, который получает продольные колебания с частотой 1800023000 Гц и амплитудой до 1020 мкм. Одновременно концентраторы 6 и 7 через волноводы 3 и 4 передают поперечные колебания в двух перпендикулярных плоскостях на концентратор 1, формируя фигуры Лиссажу.

Устройство может быть размещено на суппорте токарного станка, причем обрабатываемая деталь 11 устанавливается в патроне или центрах. Усилие прижима концентратора с деформирующим элементом к обрабатываемой поверхности детали создается за счет поперечного перемещения суппорта станка. Подача смазочной композиции на обрабатываемую поверхность детали 11 осуществляется из резервуара 12. В качестве источников ультразвуковых колебаний могут быть использованы ультразвуковые генераторы типа УЗГ 34, к которым подключаются магнитострикционные преобразователи.

Таким образом, формирование объемных трёхмерных ультразвуковых упругих колебательных воздействий существенно расширяет технологические возможности ультразвуковой обработки поверхностей, позволяет использовать большее число управляющих воздействий на поверхностный слой деталей, повысить гибкость поверхностного пластического деформирования и нанесения покрытий. Введение в зону деформации ультразвуковых колебаний привело к увеличению износостойкости поверхностного слоя в 1,5 - 2 раза по сравнению с традиционными способами, площадь относительной опорной поверхности увеличивается на 35 - 50 % при глубине наклепанного слоя до 1 мм.

Список литературы

микрорельеф поверхность фторактивный ультразвуковой

1. Шуваев В.Г., Папшев В.А., Шуваев И.В. Инструмент для формирования параметров качества поверхностного слоя деталей при ультразвуковой финишной обработке // СТИН. 2012. № 10. С. 37-40.

2. Трибология. Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ. Под ред. В.А. Белого, К. Лудемы, Н.К. Мышкина. М.: Машиностроение, НьюЙорк: Амертон пресс, 1993. 454 с.

3. Вохидов А., Мисюряев А. Многофункциональные фторактивные нанопленки: актуальные проблемы//Наноиндустрия. № 5 (51), 2014. С. 40-44.

4. Патент РФ № 2393076. Способ ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей / В.Г. Шуваев, В.А. Папшев, И.В. Шуваев // 21.06.2010. Бюл. № 18.

5. Патент РФ на полезную модель № 143794. Устройство для ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей вращающихся деталей/В.Г. Шуваев, М.С. Горобец// 27.07.2014. Бюл. № 21.

Размещено на Allbest.ru