CC BY
27[10] Воловик E.J1. Справочник но восстановлению деталей. - М.: Колос, 1981.-351 с.
Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.
[11] Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера. - М.: Изд-во МГУ, 1975.-265 с.
[12] Горленко O.A. Износостойкость поверхностей, упрочненных лазерной обработкой // Трение и износ. - 1981. -№ 1. - С. 15-17.
LASER ALLOYING IN SHIP ENGINEERING
E. A. Goldinov
The general data and ways of laser steel alloying are resulted, steel surfacing and a technique of carrying out of the experimental laser alloying is considered. The microstructure and distribution of micro hardness on the depth of an alloyed zone, and also the wear resistance of steels 40X and 45 is investigated.
УДК 621.43.74:621.793
С. Ю. Ефремов, к. т. н., доцент, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а. E-mail: efremov_su@mail.ru
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССИОННЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ С ИЗНОСОСТОЙКИМ МЕТАЛЛИЗАЦИОННЫМ ПОКРЫТИЕМ
В статье показано, что в большинстве случаев причиной выбраковки поршневых компрессионных колец и цилиндровых втулок является достижение предельного износа рабочих трущихся поверхностей и делается вывод о целесообразности нанесения на рабочую поверхность поршневых колец покрытия, представляющего собой смешанный сталь-бронзовый псевдосплав. Приводятся результаты триботехнических испытаний ряда псевдосплавов, на основе которых произведен выбор оптимального покрытия поршневых колец. Доказана целесообразность химико-термической обработки металлизационных покрытий и представлен технологический процесс изготовления поршневых компрессионных колец с износостойким покрытием
В системе водного транспорта перед судоремонтными предприятиями стоят задачи повышения качества, сокращения сроков ремонта судового оборудования, изготовления сменно-запасных частей в необходимом количестве, снижение затрат на сырье, энергию и материалы.
Существующая тенденция переоборудования судов речного флота для работы в условиях прибрежного морского плавания требует высокой надежности их эксплуатации в течение длительного периода времени, что в значительной степени определяется техническим состоянием главных и вспомогательных дизелей.
В свою очередь, опыт эксплуатации судовых дизелей показывает, что сроки проведения текущих и средних ремонтов, экономичная и надежная работа двигателей определяются техническим состоянием деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ). Эти детали, особенно поршневые компрессионные кольца (ПКК) и втулки цилиндров, работают в экстремальных условиях граничного и сухого трения, высоких температур, значительной механической и тепловой напряженности, при воздействии агрессивной среды.
В работах [3, 17, 38 и др.] установлено, что на трущихся поверхностях «зеркала» цилиндра и поршневых колец одновременно протекают процессы механического, абразивного, адгезионного, водородного, усталостного изнашивания, которые интенсифицируются явлениями химической, электрохимической и газовой коррозии.
В результате детали ЦПГ, особенно цилиндровые втулки и ПКК, бракуются, в основном, по причине достижения предельного износа рабочих трущихся поверхностей
[20], который в большинстве случаев не превышает 1,5...2 мм [14]. Таким образом, актуальной становиться проблема разработки промышленной технологии изготовления ПКК с высокой износостойкостью рабочей трущейся поверхности. При этом следует учитывать необходимость снижения значения износов цилиндровой втулки.
В связи с этим, наиболее рациональным для увеличения ресурса ПКК представляется применение методов поверхностного упрочнения и повышения износостойкости трущихся поверхностей деталей.
В настоящее время известно большое количество таких методов - термическая, химико-термическая, электрическая (электроискровая), механическая (струйноабразивная) обработка, пластическое деформирование и нанесение покрытий.
Наибольший практический интерес представляют методы газотермического напыления (газопламенное, плазменное, детонационное напыление, электродуговая металлизация (ЭДМ) [2, 15, 16, 18, 19, 21, 31, 35 и др.]).
В условиях дизелестроительного и судоремонтного производства наиболее рационально применение метода ЭДМ, который имеет следующие преимущества перед методами плазменного, газопламенного и детонационного напыления [2, 8, 13, 15, 33]: низкий уровень тенловложения - при ЭДМ металлизируемая поверхность не нагревается выше 70°С; производительность метода достигает 100 кг/ч; стоимость оборудования и расходных материалов (проволока) для ЭДМ на порядок ниже, чем при применении других методов напыления; малые габариты и масса оборудования.
Особый интерес вызывает возможность получения смешанных псевдосплавов -покрытий, получаемых при одновременном напылении разнородных материалов (например, сталь - медь, алюминий - цинк; алюминий - свинец; медь - свинец и т. д.). В результате на поверхности детали происходит формирование покрытий, представляющих собой механическую смесь металлов, и обладающих высокими триботехническими характеристиками. Оптимальное соотношение твердости и количества наносимых компонентов позволяет формировать покрытия, микроструктура которых в полной мере отвечает «принципу Шарпи» [9].
Антифрикционные псевдосплавы, полученные газотермическим напылением, были применены в СССР еще в 1936 г. и состояли из смеси алюминия, свинца и меди и применялись лишь в подшипниках скольжения. Дальнейшее развитие эта разработка получила в работах ВНИИАВТОГЕНМАШа, Ростовского института сельскохозяйственного машиностроения и Всесоюзного проектно-технологического института тяжелого машиностроения «Гипронефтемаш» [1].
В настоящее время псевдосплавы применяются лишь в подшипниках скольжения, сведения о применении псевдосплавов в качестве износостойкого материала для деталей ЦПГ в технической литературе практически отсутствуют. Тем не менее, на наш взгляд, использование подобных материалов в судовом машиностроении является весьма перспективным.
Отечественная промышленность выпускает большую номенклатуру различных стальных, медных и бронзовых проволок. Для напыления методом ЭДМ целесообразно использовать проволоки пружинного класса [2].
В работе исследовались покрытия, наносимые методом ЭДМ на поверхность образцов, изготовленных из материала серого чугуна ПКК СОД (СПЧФ) 6(8) ЧРН 32/48, 6 ЧРН 36/45.
Напыление покрытий осуществлялось стационарным электродуговым металлиза-тором ЭМ-12 [2]. Перед напылением поверхность образцов подвергалась струйноабразивной обработке до шероховатости Яг = 40...80 мкм. В качестве исходных материалов для напыления покрытий использовали стальные и бронзовые проволоки пружинного класса следующих марок: 30ХГСА, 51ХФА, 60С2 (ГОСТ 14955-77) и Бр. КМЦ-3-1 (ГОСТ 5222-72).
Для исследований были выбраны три псевдосплава, отличающиеся маркой применяемой стальной проволоки (таблица 1):
Таблица 1
Исследуемые псевдосплавы
Составляющие псевдосплава
стальная бронзовая
30ХГСА Бр. КМц-3-1
51ХФА Бр. КМц-3-1
60С2 Бр. КМц-3-1
В процессе напыления происходит частичное выгорание легирующих элементов, входящих в состав исходных материалов. Изменение процентного содержания химических элементов в покрытии (углерода, марганца, кремния и др.) может быть весьма существенно и зависит от режимов нанесения покрытий и применяемых проволочных материалов.
Для определения химического состава псевдосплавов применялись методы спектрального и атомно-абсорбционного анализов по ГОСТ 20068.1-79 «Бронзы безоловян-ные. Методы спектрального анализа по металлическим стандартным образцам с фотографической регистрацией спектров» и ГОСТ 27809-95 «Чугун и сталь. Методы спектрографического анализа». Результат оценивался усреднением данных трех измерений.
Полученные результаты подтверждают, что основой покрытий являются железо и медь, причем их соотношение (Fe/Cu - '/г) практически не зависит от марки применяемой стальной проволоки.
Существенно (до 2...3 раз) уменьшается содержание углерода в покрытии по сравнению с его содержанием в исходной проволоке. Однако и это содержание углерода выше равновесного предела его растворимости в Fea, поэтому можно ожидать появления в структуре покрытия низкоуглеродистого мартенсита или продуктов его распада.
Сравнительные триботехнические испытания проводили на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме нагружения «диск - колодка» при подаче в зону трения дизельного масла М10В2 (ГОСТ 8581-78). Образцы-диски изготавливались из материала цилиндровых втулок СОД (серый чугун СЧ 25). Кроме псевдосплавов, исследовались триботехнические характеристики «штатных» материалов поршневых колец - суль-фоцианированный чугун СПЧФ (ООО «Метмаш», г. Бор) и гальванический хром (ОАО «РУМО», г. Нижний Новгород).
Коэффициент трения трибосопряжений определялся при изменении нагрузки в пределах 0,7...14МПа (100...2000Н) и скорости скольжения- 0,05...2,62м/с. По результатам испытаний определялись суммарные затраты мощности на преодоление сил прения, Вт:
w-'ZXP-f^T.P-f-v (i)
>
где Р - нагрузка, Н;
/- коэффициент трения;
L - путь трения, м;
t - время работы, с;
V - скорость скольжения, м/с.
Износ материалов и покрытий поршневого кольца и втулки цилиндра определяли методом искусственных баз (ГОСТ 17534-74) при нагрузке 7 МПа и скоростях скольжения 0,26...2,62 м/с. Путь трения на каждом этапе испытаний составлял 10 ООО м. Результаты приведены в таблице 2 и на рисунке 1.
Таблица 2
Скорости изнашивания и относительный износ исследуемых материалов пар трения
Материалы пары трения
СЧ 25- СПЧФ СЧ 25-Сг СЧ 25-30ХГСЛ + Бр.КМц-3-1 СЧ 25-51ХФА + Бр.КМц-3-1 СЧ 25 - 60С2 + Бр.КМц-3-1
диск колод- диск колод- диск колод- колод- диск колод-
ка ка ка ка ка
Скорость изнашивания У11т, мкм/1000 м, при скоростях скольжения: 0,26; 1,05; 1,83; 2,62 м/с
0,830 0,301 0,218 0,179 0,822 0,514 0,413 0,354 0,372 0,259 0,193 0,145 0,065 0,039 0,029 0,026 0,075 0,062 0,056 0,059 0,477 0,328 0,227 0,240 0,197 0,140 0,125 0,117 0,295 0,193 0,135 0,111 0,116 0,086 0,076 0,067 0,140 0,074 0,052 0,039
Средняя скорость изнашивания. V «*»ср 1 4 у V U3II. 4 ,=1 , мкм/1000 м
0,382 0,526 0,242 0,040 0,063 0,318 0,145 0,184 0,086 0,076
Суммарный износ на пути трения 40000 м, , мкм
15,28 21,03 9.69 1,59 2,52 12,72 5,79 7,34 3,45 3,05
Относительный износ. Є, %
72,70 L90?0 46,10 7,60 12,00 60,50 27,50 34.90 16,40 14,50
100
80
60
40
*
« 20 I О
С
В £ 20
I40
60
80
100
СПЧФ
Колодка
ЗОХГСА + Бр.КМц-3-1
Сг
(гальван.)
51ХФА+ Бр.КМц-3-1
60С2 + Бр.КМц-3-1.
Диск СЧ 25
Рис. I. Относительный износ исследуемых материалов и покрытий поршневых колец и втулки цилиндра
По результатам испытаний определяли относительную износостойкость трибо-сопряжений:
1
(2)
/ =
$(ЕЪиск+Х(гк^
9
где X ^)„ск , колодка - износ соответственно диска и колодки на пути трения 40 000 м.
Стойкость материалов пар трения к задиру оценивали по нагрузке задира Р, и времени работы N трибосопряжения в условиях сухого трения.
Величины, определенные по формулам (1) и (2), значения Р, и N приводили к безразмерному виду:
IV . I N _ =Л_
^оти ~ * 1отн ~ _* потн р*
[г . I . УУ . га
» > > » где Ж*, /*, /V*, Р, - аналогичные показатели трибосопряжения СПЧФ - СЧ 25.
Окончательно работоспособность трибосопряжения определяли по значению обобщенного критерия к-как среднее геометрическое четырех показателей:
Яотн ' Ротн
Результаты сведены в таблицу 3 и представлены на рисунках 2, 3 и 4.
Таблица 3
Обобщенные характеристики работоспособности трибосопряжений
Показа- тель Материалы поршневых колец
СПЧФ Сг Псевдосплав
30ХГСА + Бр.КМц-3-1 51ХФА + Бр.КМц-3-1 60С2 + Бр.КМц-3-1
(У, кВт 13,12 13,32 6,15 12,67 11,28
/, мкм'1 0,55 1,77 1,31 1,52 3,08
Ы, циклов 36700 46030 51100 64940 101670
Р* н 800 800 800 1000 1400
^отн 1 1,02 0,47 0,97 0,86
1 3,22 2,38 2,77 5,59
П(тш 1 1,25 1,39 1,77 2,77
Ротн 1 1,00 1,00 1,25 1,75
к 1 1,41 1,63 1,59 2,37
По результатам сравнительных триботехнических испытаний установлено, что по всем триботехническим характеристикам исследуемые псевдосплавы превосходят материал поршневых колец (сульфоцианированный чугун СПЧФ), а по ряду характеристик - и гальванический хром.
По обобщенному критерию работоспособности трибосопряжений выбрано покрытие, обладающее наилучшими триботехническими характеристиками, - псевдосплав 60С2 + Бр.КМц-3-1.
Накопленный к настоящему времени опыт применения процессов газотермического напыления свидетельствует о существенном влиянии параметров нанесения покрытий на их триботехнические и физико-механические свойства. При сравнительно нешироком диапазоне варьирования параметров плазменного, газопламенного или детонационного напыления такие свойства газотермических покрытий, как адгезионная и когезионная прочность, пористость, твердость, износостойкость могут меняться в 1,5...3 раза [4, 14, 20, 26, 29].
В то же время информация о подобных исследованиях для метода ЭДМ в настоящее время в технической литературе практически отсутствует. Приведенные в рабо-
к =4
тах [2, 8, 13, 15] рекомендации по выбору режимов напыления псевдосплавов получены, очевидно, на основе ряда однофакторых экспериментов и не учитывают специфику процессов металлизации, когда значимость эффектов взаимодействия факторов может быть весьма существенной. Одновременно остается неясным, что принимается авторами за параметр оптимизации.
Рис. 2. Относительные затраты мощности Рис. 3. Относительные параметры
на преодоление сил трения работоспособности трибосопряжений:
■ 1 - износостойкость трибосопряжеиия; 2 - число
циклов до задира, 3 - нагрузка задира
Рис. 4. Значения обобщенного критерия работоспособности исследуемых трибосопряжений
Таким образом, задача оптимизации режимов напыления, являясь весьма актуальной, для процессов ЭДМ до сих пор не имеет удовлетворительного решения.
Для решения этой задачи на первом этапе исследований необходимо выбрать параметры оптимизации.
Как показывает накопленный опыт применения процессов газотермического напыления, на работоспособность покрытий, в первую очередь, оказывает влияние адгезионная прочность, которая, в зависимости от области применения, должна быть не менее 25.. .35 МПа [31]. В то же время для покрытий, работающих в условиях трения и износа, следующим важным параметром являются их триботехнические свойства (износостойкость, коэффициент трения, прирабатываемость, стойкость к задиру и схватыванию). Проведенные исследования указывают на высокие значения задиростойкости выбран-
ного псевдосплава, более чем в 2,5 раза превышающие аналогичную характеристику базового материала поршневых колец. В качестве параметра оптимизации, характеризующего триботехнические свойства, принимаем относительную износостойкость.
Оптимизацию свойств покрытия проводили, варьируя четыре фактора, - напряжение дуги; дистанция напыления; давление сжатого воздуха; минутная подача (учитывает частоту вращения детали и скорость перемещения металлизатора). Пределы их варьирования выбраны, исходя из паспортных характеристик имеющегося оборудования.
Реализация центрально-композиционного ротатабельного ортогонального плана эксперимента позволила получить адекватные регрессионные уравнения, связывающие параметры оптимизации с режимами нанесения покрытий и с использованием аппарата математического анализа («ридж-анализ»), получены оптимальные режимы металлизации сталь-бронзового псевдосплава 60С2 + Бр.КМц-3-1.
В результате установлены два режима напыления, один из которых обеспечивает прочное сцепление покрытия с основой, а второй - его высокие триботехнические свойства. При этом исходные материалы покрытий совершенно одинаковы.
Проведенная оптимизация режима напыления позволяет получить покрытия с адгезионной прочностью 36...38 МПа и высокой износостойкость (скорость изнашивания трибосопряжения - 0,137...0,141 мкм/1 ООО м).
Запасные детали ЦПГ к судовым дизелям 6 ЧРН 36/45, 6(8) ЧРН 32/48, 6 ЧСПН 18/22, 6 ЧРН 27,5/36 изготавливают ООО «Метмаш» (г. Бор), ОАО «РУМО» (г. Нижний Новгород), ОАО «ГСРМЗ» (г. Городец), поэтому технологическая подготовка производства и разработка технологических процессов производится применительно к действующим производственным участкам и оборудованию этих предприятий с учетом специфики их работы. Однако предлагаемые технические решения можно успешно использовать и применять на других заводах различных отраслей как при ремонте, так и при изготовлении новых деталей.
В настоящей работе опытный производственный процесс изготовления поршневых колец с износостойким покрытием разрабатывался применительно к действующему производству ООО «Метмаш». Схема процесса (на примере ПКК судового дизеля 6(8) ЧРН 32/48) приведена на рисунке 5.
Опытный технологический процесс изготовления ПКК можно условно разделить на следующие группы операций:
1) получение заготовок - используется типовой производственный технологический процесс литья маслот (центробежным способом или литьем в земляные формы) из материала СПЧФ;
2) предварительная механическая обработка;
3) нанесение покрытия-на рабочие поверхности поршневых колец;
4) последующая механическая обработка;
5) технический контроль.
При предварительной механической обработке выполняются следующие технологические операции: на токарных станках производится точение маслот с последующей отрезкой колец, затем на плоско-шлифовальном станке шлифуется торец каждого кольца, после чистового растачивания по внутреннему диаметру кольца собираются в пакет на специальную оправку, на которой производится точение канавок под покрытие, струйно-абразивная обработка, напыление и окончательная механическая обработка рабочей поверхности колец.
Струйно-абразивная обработка пакета поршневых колец производится в струйноабразивной камере в соответствии с ОСТ 5.9229-81. Для исключения окисления подготовленных поверхностей и попадания на них влаги операция нанесения покрытия
60С2 + Бр.КМц-3-1 выполняется непосредственно после поверхностной активации рабочих поверхностей поршневых колец, допускаемый перерыв между этими операциями - не более 2 ч [2].
05
X
X
<и
£=;
со
0
1
со
X
о
о
<и
я
о
о.
ж я ы о (и 'Т
к
и
о
«=:
о
X
о
Г-
э
2
&
н
и
«
<и
I
О
е;
с
И
ж
я
1*2
0 § о-
а
*
X
X
§
Го
го
1 я
72
О)
е: § >< 3: і х о я о с-> 0) О-
нО
03
<и
X
3
О-
о
с
005
010
Технологический процесс ЛИТЬЯ • ур"-------------
Токарная
(подрезка торца, наружная ________проточка)_________
Опытный технологический процесс изготовления поршневых компрессионных колец с износостойким покрытием
015
Токарная (разрезка колец)
-----,-----------
Шлифовальная
(шлифовка торцев)
-------,------------
-4-
Токарная 03 О (черновое точение
внутренней поверхности)
025
045
Токарная
(чистовое точение внутренней поверхности)
055 \
Токарная (точение наружной поверхности колец)
і ПАП \ Контрольная
: | (контроль размеров кольца)
075
085
Фрезерная
(фрезерование замка колец) .. .. і----------
090
Термическая обработка
(газовое сульфоцианирование)
'■г ------------
Шлифовальная (шлифовка торцев)
110
115,
120
Контрольная
(окончательный технический контроль)
* —
Маркировка,
консервация
-а о
II*
г. л 1)
Я й ±
ю ж
О £ *
Сі. со сз 40 «
= ое-
О о
о
I
- 3 1
5 ^ : = Й о :
- :
5 5.4
11 а. і
“ § я’ і а °« !
х о 3 : З X 5 : л а * Сі. го О
г> с_ — с с
I О О
050 Контрольная (контроль размеров кольца)
V
055 Токарная (точение наружной поверхности, прорезка канавок)
*
056 Дробеструйная (обработка наружной поверхности колец)
У.
057 Электродуговая металлизация (напыление покоытия)
058 Токарная (точение наружной поверхности колец с покрытием)
- - - '
060 Контрольная (контроль качества покрытия и размеров кольца)
065 Токарная (точение фасок ка вііутренней поверхности колец)
091 Токарная (притупить кромки на наружной поверхности колец)
Вновь вводимые технологические операции
Рис. 5. Схема производственного процесса изготовления поршневых компрессионных колец судового дизеля 6(8) ЧРН 32/48 с нанесением износостойкого пофытия
Нанесение псевдосплава на подготовленные поверхности рекомендуется производить стационарными электродуговыми металлизаторами ЭМ-12, ЭМ-17 или ЭМ-19 конструкции ВНИИАвтогенмаша. В качестве энергоисточника можно использовать сварочные трансформаторы постоянного тока мощностью 20...30 кВт, с диапазоном изменения напряжения 35...50 В (КДМ-2, ВДУ-504, ВДУ-506).
Перед нанесением покрытия металлизатор устанавливается в суппорте токарного станка таким образом, чтобы его ось располагалась к поверхности пакета колец под углом 90°+10°. При нанесении рабочего покрытия следует применять проволоки диаметром 2 мм марок 60С2 ГОСТ 14955-77 и Бр.КМц-3-1 ГОСТ 5222-72. При этом бронзовую проволоку следует подключать к положительному, а стальную - к отрицательному электроду. Первоначально на рабочую поверхность колец следует наносить адгезионный «подслой» толщиной 0,08 ...0,12 мм. Затем формируется основной слой толщиной 0,7 мм с высокими триботехническими характеристиками. Геометрические характеристики пакета колец приведены на рисунке 6, общий вид оправки ПКК с напыленным покрытием - на рисунке 7.
6 0С2+Бр.КМц-3-1
Рис. 6. Геометрические характеристики ПКК судового дизеля 6(8) ЧРН 32/48 после нанесения покрытия и окончательной механической обработки
Рис. 7. Пакет поршневых колец судового дизеля 6(8) ЧРН 32/48 после напыления износостойкого покрытия
После напыления покрытия кольца подвергаются тщательному контролю на наличие возможных дефектов (трещины, отслоения) и на равномерность толщины покрытия. Качественную оценку адгезионной прочности рекомендуется производить ультразвуковым способом.
Последующая механическая обработка - точение наружной поверхности поршневых колец - выполняется на оправке без использования смазочно-охлаждающих жидкостей токарным проходным прямым резцом (инструментальный материал марки ВК6). Режимы механической обработки покрытия: скорость резания
V = 20...30 м/мин; подача - Бо = 0,15...0,25 мм/об; глубина резания -1 = 0,3 мм.
После обработки наружной поверхности точением в номинальный размер пакет поршневых колец разбирается и выполняется операция фрезерования «замка». В этом случае необходимо применять попутное фрезерование с целью исключения скола или отслоения нанесенного покрытия. По завершению операции фрезерования поршневые кольца обрабатываются в соответствии с действующим на производстве технологическим процессом. При этом исключается операция притирки колец.
Из практики эксплуатации дизелей установлено, что на процесс изнашивания пары трения втулка цилиндра - поршневое кольцо большое влияние оказывает форма кромок колец. Острые кромки способствуют маслосъемному действию компрессионных колец, что зачастую ухудшает распределение смазочного материала по поверхно-
сти втулки и увеличивает интенсивность изнашивания, особенно в период приработки. В связи с этим, на всех кольцах необходимо предусмотреть кромочные радиусные фаски радиусом 0,5... I мм.
В действующем технологическом процессе изготовления поршневых колец СОД на ООО «Метмаш» и ОАО «ГСРМЗ» операцию термофиксации ПКК совмещают с химико-термической обработкой - сульфоцианирование - одновременное насыщение углеродом, азотом и серой.
Для проверки эффективности сульфоционирования металлизационного покрытия на стенде возвратно-поступательного движения определяли значения силы трения при изменяющейся удельной нагрузке 1,7...5,5 МПа. Проведенные исследования позволили получить значения силы трения в трибосопряжении «поршневое кольцо -втулка цилиндра» через каждые 2° поворота коленчатого вала (рисунок 8).
Проведенные испытания показали целесообразность совмещения операций термофиксации поршневых колец с металлизационным покрытием с химикотермической обработкой - сульфоцианированием. Экспериментально подтверждено уменьшение работы трения сульфоцианированных поршневых колец на 64%.
По разработанному технологическому процессу на ООО «Метмаш» изготовлена опытная партия поршневых компрессионных колец СОД 6(8) ЧРН 32/48 с износостойким металлизационным покрытием 60С2 + Бр.КМц-3-1.
Рис. 8. Изменение силы трения по ходу поршня на такте сжатия-расширения для поршневых компрессионных колец с металлизационным покрытием 60С2 +• Бр.КМц-3-I до и после сульфоцианирования
Список литературы
[1] Антифрикционные псевдосплавы: Справочные материалы. - М.: ВНИИАВТОГЕНМАШ, 1960.
[2] Антошин Е.В. Газотермическое напыление покрытий. - М.: Машиностроение, 1974. - 96 с.
[3] Асташкевич Б.М. Трибологические аспекты изнашивания деталей ЦПГ мощных ДВС // Трение и износ,- 1995. - 16, № 1.-С. 92-105.
[4] Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. -М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.
[5] Бурштейн Л.М., Кобяков С.В. Исследование процессов смазывания и трения поршневых колец ДВС // Двигателестроение. - 1990. - № 11. — С. 56-59.
[6] Бурштейн Л.М., Кобяков С.В. Исследование процессов смазывания и трения поршневых колец ДВС//Двигателестроение. - 1991. -№1.- С. 52-57.
[7] Бурштейн Л.М., Кобяков С.В. Исследование процессов смазывания и трения поршневых колец ДВС. Смазывающее действие поршневых колец // Двигателестроение. - 1990. - № 12. - С. 42-46.
[8] Вольперт Г.Д. Покрытия распыленным металлом (металлизация). - М.: Промстройиздат, 1957.-268 с.
[9] Гаркунов Д.Н. Триботехника. - М.: Машиностроение, 1985. - 424 с.
[10] Гинцбург Б.Я. Теория поршневого кольца. - М.: Машиностроение, 1979. - 232 с.
[11] Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. - М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.
[12] Дюк Г.Е. Поршневые кольца: Справочник фирмы Гетце АО. - Буршайд, ФРГ, 1977. - 141 с.
[13] Катц Н.В., Антошин Е.В., Вадивасов Д.Г., Вольперт Г.Д., Камионский Л.В. Металлизация распылением. - М.: Машиностроение, 1966. - 200 с.
[14] Кондратьев H.H. Отказы и дефекты судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1985. - 152 с.
[15] Красниченко JI.B. Современная технология металлизации распылением. - М.: Трудрезерв-издат, 1958. - 94 с.
[16] Кречмар Э. Напыление металлов, керамики и пластмасс. - М., 1966. - 165 с.
[17] Криулин A.B. Сульфоцианирование стали и чугуна. - М.-Л.: Машиностроение, 1965. - 224 с.
[18] Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий, - М.: Машиностроение, 1981. - 192 с.
[19] Кулик А.Я. и др. Газотермическое напыление композиционных порошков. - Л.: Машиностроение, 1985.- 199 с.
[20] Матвеев Ю.И. Повышение ресурса цилиндровых втулок и поршневых колец судовых среднеоборотных дизелей с использованием метода плазменного напыления: Монография. -Н. Новгород: Изд-во ВГАВТ, 2002. - 128 с.
[21] Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров Н.И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизелей. - Л.: Машиностроение, 1977. - 166 с.
[22] Погодаев Л.И., Криулин A.B. Повышение работоспособности поршневых колец судовых ДВС.//В кн.: Технол. и орг. судоремонта. - СПб.: СПбУВК, 1994.-С. 112-121.
[23] Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н. Дудко П.П. Повышение надежности трибосопряжений. -СПб.: Академия Транспорта РФ, 2001. - 304 с.
[24] Протасов Г А. Сталь-молибденовое газотермическое покрытие для поршневых колец форсированных дизелей // Сварочное производство. - 1977. - № 1. - С. 20-22.
[25] Райков И.Я., Спундэ Я.А. Резервы совершенствования ДВС // Автомобильная промышленность. - 1989. - № 8. - С. 17-18
[26] Рыкалин H.H., Шоршоров М.Х., Кудинов В.В. Образование прочного сцепления при напылении порошком и металлизации Ч Получение покрытий высокотемпературным распылением.-М.: Атомиздат, 1973.-С. 140-165.
[27] Семенов B.C. Теплонапряженность и долговечность цилиндро-поршневой группы судовых дизелей. - М.: Транспорт', 1977.
[28] Середа Н.В. Исследование и механическое моделирование процессов трения поршневых колец быстроходных ДВС. Автореф. дисс.... канд. техн. наук. - Л., 1982. - 16 с.
[29] Соколов А.Д., Ляшенко Б.А., Цыгулев О.В. Повышение термостойкости и износостойкости покрытий поршневых колец ДВС оптимизацией их прочностных свойств // В кн.: Жарост. не-орг. покрытия: Тр. 13 Всес. совет, по жаростойким покрытиям. - Л., 1990. - С. 216-219.
[30] Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании. - М.: Машиностроение, 1966. - 331 с.
[31] Хасуй А., Моригаки О. Наплавка и напыление. - М..: Машиностроение, 1985. - 240 с.
[32] Хмелевская В.Б., Леонтьев Н.Б., Лавров Ю.Г. Технология восстановления и упрочнения
деталей судовых механизмов и триботехнические характеристики покрытий. - СПб.: СПГУВК, 2002. - 309 с.
[33] Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М.: Наука. 1970. - 251 с
[34] Цихович Е.Э., Мендельсон A.A. К вопросу о характере трения и силе трения поршневого кольца дизеля //Труды ЦНИДИ, вып.60, 1970.
[35] Чайка Б.И., Федорчснко Б.И. и др. Плазменные покрытия для поршневых колец автомобильных двигателей // Порошковая металлургия, 1978. - № 3. - С. 86-91
[36] Чулкин С.Г. Влияние сульфонитроцементации на износостойкость пористых газотермических покрытий // Трение, износ, смазка - Т. 2, № 1. - Март, 2000. - Электронный ресурс www.tribo.ru.
[37] Энглиш К. Поршневые кольца: В 2 т., М., 1962. Т. 1. - 584 с.
[38] Энглиш К. Поршневые кольца: В 2 т., М., 1962. Т.2. - 368 с.
DEVELOPMENT OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF MANUFACTURING COMPRESSION PISTON SHIP DIESEL ENGINES WITH WEAR PROOF METAL COATED COVERING
S. Y. Efremov
It is shown, that in the most cases the reason of the rejection of piston compression rings and cylinder liners is the achievement of the limiting deterioration of working rubbed surfaces and the expediency of applying to a working surface of piston rings the covering representing the mixed steel - bronze pseudo-alloy is judged Results of tribo-technical tests of some pseudo-alloys are given on the basis of which the choice of an optimum covering ofpiston rings is made. The expediency of thermo-chemical processing of metal coated coverings is proved and technological process of the manufacturing compression piston rings with a wear proof covering is submitted.
УДК 628.162.82.002.5
A. С. Курников, д. т. н., профессор.
B. Н. Власов, старший преподаватель, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ СУДОВОГО ОЗОНАТОРА
Предложен способ регулировки и обоснован тип преобразователя для судового озонатора. Прогаведен анализ различных типов инверторов и элементной базы. Приведено
описание работы инвертора.
При работе судовых озонаторов для оптимального согласования источника питания с разрядными электродами необходима регулировка частоты и выходного напряжения. Необходимость такой регулировки обусловлена быстроменяющимися режимами работы озонаторов и применением электротока повышенной частоты.
Наиболее просто регулировка выходного напряжения осуществляется переключением отпаек выходного трансформатора. Это решение отличается простотой и высокой надёжностью.
Регулировка частоты выходного напряжения может осуществляться путём регулировки частоты задающего генератора. При современном уровне развития техники этот путь является единственным приемлемым для практической реализации.
Исходя из компромисса между стоимостью и потребительскими характеристиками преобразователя, наиболее перспективно проектирование его с электронной регулировкой частоты выходного напряжения и ступенчатым, путём переключения отпаек выходного трансформатора, регулированием выходного напряжения.
Реально преобразователи частоты для работы в озонаторах можно проектировать либо по схеме умножения частоты электрической сети 220/380В 50Гц, либо по схеме преобразователя со звеном постоянного тока. Преобразователи по схеме умножения частоты, несмотря на свою простоту, имеют ряд существенных недостатков, в частности, невозможность регулировки выходной частоты и очень большие искажения формы тока, потребляемого из электрической сети. Преобразователи частоты со звеном постоянного тока обеспечивают возможность плавного регулирования выходной частоты в широком диапазоне как вверх, так и вниз от частоты питающей сети, что позволяет оптимизировать параметры системы «Источник питания - разрядные электроды».
Неотъемлемой частью разработки вторичного источника питания является выбор типа первичного электропитания. Для упрощения решения вопроса размещения озо-
