Результаты исследований износостойкости деталей после антифрикционной электромеханической обработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Б и бл и о г р а фи ч ес к и й сп и со к

1 . Бо роди н, И .Ф. Эл е ктр ичество н а

о ч и ст ке и се п а ра ци и с е мя н / И. Ф. Бо роди н , В . Н . Шм и гел ь // Сел ьс к и й меха н и за то р . -1997, № 10, с. 20-22.

2 . Па т. 2402383 Росс и й с ка я Феде ра -ция, МПК 03С7/02 Диэл е ктр ич ес ки й се п ар ато р зе р н о во й с м е с и / Е п и ще н ко А . С ., Нов и ко в В .В ., Ла р и о н о в Ю .В . ; за я в ител ь и п а -

те н тоо бл а да тел ь ФГОУ Са м а рс ка я го суда р -ственная сельскохозяйственная академия. - № 2009139245/03; заявл. 23.10.09; опубл. 2 7 . 1 0 . 1 0 ; Б юл . N9 30 . - 4 с .

3 . Ко н о ва л о в, В .В . П ра кти кум п о о б -работке результатов научных исследований с п о мо щь ю ПЭВМ / В . В . Ко н о вал о в . - Пе н за : ПГСХА , 2003. - 176 с .

УДК 631.3

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ ПОСЛЕ АНТИФРИКЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Я ко вл е в С е р ге й Ал е кс а н д р о в и ч, ка н д и д ат т ехн и ч е ских н аук, д о и е н т ФГБОУ ВПО « Ул ья н о в ская го суд ар ст в е н н ая сел ь скохозя й ст в е н н ая а ка д ем ия » 432063, г. Ул ья н о в ск, Бул ь в ар Но в ы й Ве н е и, 1 Е- таИ: Jakseal @ таИ. ги

Кл юч е в ы е сл о ва : электром ехан и ческая о бр або т ка, ан т и фр и ки и о нн ы/е сво й-ства, поверхность, износ.

В ст ат ь е пр е дложе н а н о в ая т ехн оло г ия эле ктр ом ехан и ч е ско го в оз д е й ст в ия, п оз в оляющая повысить антифрикиионны/е свойства деталей с одновременным сни-же н и ем э н ер ге т и ч е ских з атр а т н а о бр а бо т ку. Пр и в е д е н Ы1 р езул ь т а т Ы1 и ссле д о в ан и й из н о со ст о й ко ст и д е т ал е й м а ш и н п о сл е р азл и ч н ы/х сп о со бо в упр о чн е н ия в со ч е-тании с различными материалами.

Ка ч е ство м а ш и н и а гр е га то в в з н а ч и -тельной мере определяют эксплуатационные свойства поверхностных слоев деталей. Поэто му иссл едо ва н ия, н а п ра вл е н н ы е н а технологическое обеспечение эксплуатационных свойств изделий при их изготовлении или ремонте, являются весьма актуальными.

Цел ь ю и ссл едо ва н и й я вля л ос ь тех н о-логическое обеспечение антифрикционных свойств поверхностей деталей применением процессов электромеханической обра-б отк и ( ЭМО) дл я п о в Ы1 ш е н ия дол го ве ч н о сти трущихся сопряжений.

ЭМО отл и ч а е тся те х н ол о г и ч е с ко й п р о -стотой и высокой эффективностью, низкими энергозатратами на выполнение операций процесса, безопасностью и экологической ч и стото й [ 1, 2] . М н о гоч и сл е н н ы I е и ссл едо ва -

ния в области электромеханической обра-б отк и , п ро веде н н ы I е в Росс и и и за руб ежо м, показали высокую конкурентоспособность этой технологии при изготовлении и восстановлении деталей машин, особенно в ре м о н тн о м п ро и з водстве . Одн а ко во п рос ы повышения триботехнических характери-ст и к п о в е рх н о сте й п о сл е ЭМО м а л о и зуч е н ы I и требуют дополнительных исследований.

Ка к из вестн о, а нти фр и кци о н ность -это способность сплава обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения, следовательно, небольшие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детал и . Антиф р и кцио н н ые с во йства особенно важны в сопряжениях подшипников скольжения, поэтому объектом исследований являлись поверхности контакта стальных деталей с подшипниками скольжения,

которые в основном изготавливают из сплавов меди (бронза, латунь), из чугуна, а иногда и из стали.

Для по в ы ше н ия а нтифр и кцио н н ых свойств поверхностей в машиностроении и ремонтном производстве широко применяют финишную антифрикционную без-а б р а з и в н у ю о б р а б от ку ( ФАБО ) . Ее су ш, н о ст ь заключается в том, что поверхности трения деталей покрывают тонким слоем (1...3 мкм) меди или ее сплавов, вследствие чего они приобретают высокие антифрикцион-н ы е с во й ст ва и ко н та ктн у ю же ст ко сть . Этот способ повышает триботехнические показатели за счет заполнения полостей, устьев микротрещин и углублений микронеров-н осте й п р исадоч н ы м мате р иал ом . Одн а -ко при таком способе обработки структура поверхностного слоя не изменяется и износостойкость поверхности повышается лишь частично.

Хо ро ш ие резул ьтаты по ка зало п ред-варительное нанесение на поверхность стальных и чугунных деталей тонкого антифрикционного слоя из меди или ее сплавов с последующим электромеханическим сгла-ж и ва н и ем ( ЭМС) тве рдос пл а в н ы м и н стру-ментом.

На р и су н ке 1 п р едста вл е н а схе м а н а -н е се н ия п о к р ыти й с п осл еду ю ши м ЭМС [ 3 ] . На п о ве рх н о ст ь с и сход н о й ш е р охо в а то ст ь ю (рис. 1, а) наносят за счет принудительного трения дополнительный ма териал . Получа -ется поверхность, состоящая из основного материала и дополнительного металла, частицы которого располагаются во впадинах исходного профиля, образуя незначитель-н ы е пустоты ( р и с . 1, б ) . П р и п о сл еду ю ше м электромеханическом сглаживании в месте контакта обрабатывающего инструмента с деталью происходит деформация и местный нагрев поверхности выше температуры фазового превращения, что приводит к разрушению окисных пленок, смятию микронеровностей с одновременным плотным заполнением полостей, устьев микротрещин и углублений присадочным материалом - его «завальцовыванию» (рис. 1, в).

Та кое ко м б и н и ро ва н н ое возде йств и е позволяет получить на поверхности микрорельеф поверхности из слоев с твердостью до 9 ГПа ( б ел ь I й у п р о ч н е н н ь I й сл о й ) и уч а ст-ками с нанесенным антифрикционным покрытием, что повышает антифрикционные свойства поверхностного слоя деталей и их коррозионную стойкость.

а

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ МЕТАЛЛ

дополнительный металл

а) и схо д н а я п о в ерхн о ст ь; б) п о в ерх-ность после натирания дополнительным м е т алл ом; в) п о в ерхн о ст ь п о сл е эл е кт р о -механического сглаживания

Рис. 1. Схема на несен ия допол н и-тельного антифрикционного материала с п о сл едую щ и м ЭМС

С цел ь ю по в ы ш е н ия п ро из водител ь-ности такой технологии предложено одновременно наносить антифрикционный материал с помощью инструмента в виде прутка и проводить электромеханическое сглаживание твердосплавным неподвижным роликом, объединив пруток и ролик в одн у эл е ктр и ч е с ку ю ра б оч ую це п ь [4 ] . Та -

на поверхность металлов был назван анти-

ботко й (АЭМО) . Ис пол ьзо ва н ие п рутка из антифрикционного материала для подвода электрического тока позволяет сократить

цепи, исключив из нее электроконтактное устро й ство, в кото ро м п ро и сходит до 4 0% всех потерь.

Для исследо ва н ия эффе кти в ности

АЭМО и с п ол ьзо ва л и ва л ы и з ста л и 45 , ка к

строе н и и . В ка ч естве а нтифр и кцио н н о го м а те р и а л а и с п ол ьзо вал и м едь М3, б р о н зу Б рОЦС- 3-5 -5 и л а ту н ь Л-62 . П р и и с п ол ьзо-вании меди наблюдаются схватывания, что с вя за н о с в Ы1 со ко й е е п л а сти ч н ост ь ю . Луч -

П р и АЭМО и ссл едо ва л ос ь та кже вл и -яние на перенос антифрикционных материалов скорости обработки и давления антифрикционного материала на натира-е мую по ве рхность . На илуч ш ие резул ьтаты1

Мтр,

Нм

2,3

получены на следующих режимах: скорость об ра ботк и v=1,4 . . . 1, 6 м/с, да вле н ие а нти-ф р и к ци о н н о го м а те р и а л а 14 . . . 15 Па , п ода -ч а и н ст рум е нта - п рутка б=0, 1 . . . 1 м м/о б, п р и исходн о й ш е рохо ватости по ве рхн ости Rа

2 , 5 . . . 6, 3 . Эт и р е ж и м ы I до в ол ь н о бл и з к и к р е -жимам электромеханического сглаживания (ЭМС) .

Для определения антифрикционн ых

ч ет ы I ре п а рти и рол и ко в и з ста л и 45 . Пе р ву ю партию образцов не подвергали дополнительному упрочнению, вторую партию образцов упрочняли электромеханическим с гл а ж и ва н и е м ( ЭМС), тр ет ь ю п а рти ю п од-

ч е с ко й о б ра б отке (АЭМО), ч етве рту ю п а р-

последующим низким отпуском.

После вз ве ш и ва н ия об ра з цы подвергали износным испытаниям по схеме рол и к - кол одка в м а сл е М-8В SAE 20W-2 0 ТУ-025 3-052-04001396-02 н а м а ш и н е т р е н и я 2070 СМТ- 1 п о с т а н да р т н о й м е тод и ке [ 5 ] . Ма те р и а л кол одо к - н о р м а л и з о в а н н а я с та л ь

2,1

V

1,5

1,3

1,1

0,9

07

0,5

Ч. —

N

С ) С X

32

8 16 24

■ Без упрочнерия —х—Закалка с низким отпуском л ЭМС

Р и с . 2 . За в и с имо сть м о м е н та тр е н ия от в ре м е н и п р и ра б отк и

48

54 Т, мин

■АЭМО

а - ролики после различных способов обработки в паре тр ен ия со ст ал ь н ым и кол о д кам и; б - р ол ики п осл е АЭМО в п ар е трения с колодками из различных материалов

Р и с . 3 . Из н о с р ол и ко в и кол одо к п о сл е и с п ыта н и й на т рен и е

4 5 . Время испытания со -ставляло 60 мин, частота вращения роликов - 500 мин-1, нагрузка на колодку - 600 Н.

Д и на м и ка из ме н е-ния момента трения представлена на рисунке 2.

Проведя анализ

динамики изменений момента трения, можно сделать вывод, что у роликов, подвергнутых АЭМО, в п ро це ссе и с п Ы1 -таний был зарегистрирован наименьший момент т р е н и я . Это го в о р и т о б о -лее высоких антифрикционных свойствах поверхности, что обеспечивает более низкую скорость изнашивания роликов,

о б ра бота н н Ы1Х АЭМО,

по сравнению с другими способами обработки роликов.

Ср а в н и т е л ь н а я оценка износостойкости поверхностей деталей после различных методов обработки (рисунок 3, а) показала, что в сравнении с неупрочненны-ми образцами объемная закалка с отпуском повышает износостойкость поверхности роликов в 1,32 раза, колодок - в 2,46 раза; электромеханическое сглаживание повышает износостойкость поверхности роликов в 1,57 раза, колодок - в 2,86 раза; антифрикционная электромеханическая обработка повышает износостойкость роликов в 1,9 раза, колодок - в 3,14 ра за . Следует отметить по в Ы1 ш е н и е и з н о-состойкости поверхностей образцов после АЭМО п о отн о ш е н и ю к ЭМС для р ол и ко в в 1,21 раза, колодок - в 1,1 раза, что подтверждает повышение антифрикционных свойств дета л е й п р и п р и м е н е н и и п р о це с с о в АЭМО.

Для п ро ве р к и и з н осо сто й ко сти дета -лей машин после антифрикционной электромеханической обработки были проведены дополнительные исследования на износ п р и тр е н и и ста л ь н Ы1 х рол и ко в п о сл е АЭМО с кол одка м и и з р а зл и ч н Ы1Х м а те р и а л о в . Для этого были изготовлены колодки из стали 45, с е р о го ч у гу н а СЧ- 2 1 и б р о н з Ы I Б р ОСЦ- 3 -5 -5 .

На р и сун ке 3, б п редста вл е н с редн и й износ роликов и колодок после проведения дополнительных износных испытаний.

А н а л и з да н н Ы I х п о ка з а л , ч то с а м а я в Ы I -сокая износостойкость наблюдается в паре т р е н и я р ол и ка п о сл е е го АЭМО с б р о н з о в о й кол одко й . Па ра т ре н ия ста л ь н о й рол и к п о -

сл е АЭМО - ч у гу н н а я кол одка да ет п о с ра в н е -нию с другими парами трения повышенный износ как роликов, так и колодок.

По р е зул ьта та м т р и б ол о г и ч е с к и х и с п ь і -таний можно сделать следующие выводы.

1 . В ыя вле но з нач ител ьное с н иже н ие момента трения образцов после электромеха н ичес ко й об ра ботки . М и н имал ьн ы й момент трения имеют образцы после антифрикционной электромеханической обработки, что свидетельствует о высоких антифрикционных свойствах обработанных поверхностей.

2 . И н те н с и в н о ст ь и з н а ш и в а н и я дета л е й п о сл е АЭМО п о с ра в н е н и ю с дета л я м и п о сл е ЭМСс н и жа е тся н а 1 0 . . . 2 1% .

3 . П р и ме н е н ие тех н ол о ги и АЭМО н а и-более эффективно для деталей из стали, работающих в паре трения с деталями, изготовленными из бронзы.

Б и бл и о г ра ф и ч еск и й с п и со к

1 . Ас ки на зи Б .М . Уп роч не н ие и вос-

становление деталей машин электромехани-ч е с ко й о б ра ботко й . - М. : Ма ш и н острое н ие, 1989.-200 с.

2 . Ба гмуто в В .П . , Па р ш е в С .Н . , Дуд к и н а Н .Г., Заха ро в И .Н . Эле ктро меха н и ч ес кая о б-работка: технологические и физические осн ов ы, сво йства, реал иза ция .- Но вос иб и рск : На у ка , 2003.-318 с .

3 . Я ко вл е в С.А ., Лун оч к и н а С.Р. Те о ре -тические предпосылки повышения коррозионной стойкости деталей машин электромеха н ическо й об ра ботко й . Вестн и к УГСХА, 2006, № 1, с. 70...73.

4 . Пате нт N9 2 193606 РФ, 7С2 3С24/02.

Способ об ра ботки стал ьн ы1х и чугун-н ы1х по ве рхн осте й издел и й/В. И .Ж и га н ов, С.А.Я ковле в; зая вл . 02.02.2000, опубл .

27. 11.2002. Б юл . N9 33.

5 . Методы1 э кс п е р и ме нтал ь н о й о це н -ки фрикционной совместимости материалов т ру щ ихся со п ря же н и й РД 50-662-88 / Го суда р -ст ве н н ы I й ко м и те т СССР п о ста н да рта м . - М. : Изда тел ьств о ста н да рто в, 1988. -8 с .