CC BY
117
УДК 669.268
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ШТОКОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЦИЛИНДРОВ
И.А. Внуков, Н.Н. Трушин
Предложены решения вопросов модернизации процессов скоростного хромирования. Представлены основные факторы, влияющие на качество нанесенных покрытий штоков гидроцилиндров, а также методы их устранения путём процесса виброобкатывания. Спроектированы принципиальная и структурная схема модернизируемого стенда процесса скоростного хромирования.
Ключевые слова: хромирование, вибрационное обкатывание, штоки гидроцилиндров, управление качеством.
Материал гидроцилиндров должен обладать достаточно высокой прочностью, обеспечивающей работоспособность при заданном рабочем давлениях до 10 МПа применяют материалы с пределом прочности о>150...600 МПа, при давлениях 10...20 МПа - с о>300...900 МПа, а при давлениях более 20 МПа - с о>900 МПа [1].
На рис. 1 представлен чертёж гидравлического цилиндра.
1 2 3 4
Рис. 1. Гидравлический цилиндр: 1 - шток; 2 - поршень;
3, 4 - поршневое уплотнение; 5 - корпус
Материалы трущихся пар, помимо требуемой высокой прочности, должны обладать хорошими антифрикционными свойствами при достаточно больших скоростях возвратно-поступательного движения. Как правило, одна из деталей трущейся пары выполняется из материала меньшей твёрдости или же применяются одинаковые материалы с твердым покрытием (хромирование, твердое анодирование и т.п.) одной из них.
Детали силовых цилиндров изготовляют из коррозионно-стойких материалов или покрывают их поверхность защитными гальваническими покрытиями, наружные поверхности окрашивают.
218
Для обработки поверхностей штоков гидроцилиндров целесообразно применение процесса вибрационного обкатывания.
Вибрационное обкатывание - процесс образования поверхностей деталей с практически регулярным микрорельефом. После виброобкатывания поверхность имеет микронеровности с большими шагом, радиусами закруглений выступов и впадин, малое число выступов на единицу длины опорной поверхности. В зависимости от режима виброобкатывания различают четыре вида микрорельефа или их сочетание. Внешний вид виброоб-катанной поверхности - мелкая сетка искажённых синусоид.
Виброобкатывание является эффективным способом повышения износостойкости и герметичности контактирующих пар, в частности узлов уплотнения, уменьшения трения и других важных эксплуатационных свойств.
Вибрационное обкатываение цилиндрических и торцевых поверхностей производится путём пластической деформации вращающейся детали шаровым или алмазным наконечником инструмента, совершающим осциллирующие движения. Вибрационное обкатывание хромированных деталей следует выполнять по специальной технологии. При слое хрома 10...20 мкм виброобкатывание производится до нанесения покрытия, а при слое хрома 40...80 мкм - по уже нанесенному покрытию. В последнем случае поверхность имеет впадины с глубиной до 2,5 мкм и выступы с острыми вершинами. Такую поверхность рекомендуется полировать плоским притиром из смеси 60 % акрилата и 40 % алмазного порошка на приспособлении для виброобкатывании. После полирования глубина впадин микрорельефа уменьшается до 0,4...0,6 мкм, переходы поверхности становятся плавными, шероховатость снижается, размер полируемого диаметра уменьшается на 3...4 мкм. Притирка производится с подачей до 0,07 мм/об при усилии прижима 120 Н, частоте вращения детали 600...700 мин-1 и двух проходах. В качестве охлаждающей жидкости при виброобкатывании используется масло индустриальное МС-20, при притирке - керосин [1].
Для того чтобы повысить износостойкость трущихся поверхностей, защитить от коррозии детали и восстановить изношенные или бракованные детали применяется электролитическое хромирование штоков гидроцилиндров. Основным компонентом электролитов для хромирования является хромовый ангидрид Сг03. Хромовый ангидрид представляет собой смесь сильных кислот Н2Сг207 и Н2Сг04. Электрическое осаждение хрома из раствора только одной хромовой кислоты невозможно. Для нормального протекания процесса электролиза и выделения на катоде удовлетворительных осадков хрома необходимо содержания небольшого количества посторонних активных анионов, например 8042", Б1" или 81Б62".
Для интенсификации процесса хромирования штоков гидроцилиндров следует применять анодно-струйное хромирование. При таком процессе интенсивное перемешивание прикатодного слоя достигается при на-
правлении струи электролита перпендикулярно хромируемой поверхности. Это происходит благодаря использованию анодов в качестве сопел, направляющих струи электролита на хромируемую деталь. Аноды делают полыми, с круглыми или щелевидными отверстиями, распределенными по всей рабочей поверхности. Электролит, подаваемый в полость анода насосом, направляется с большей скоростью на поверхность детали через отверстия в аноде.
Анодно-струйный способ хромирования обычно осуществляется в саморегулирующемся электролите при температуре 55...66°С в широком диапазоне плотности тока, достигающей 200 А/дм2. При этом на катоде осаждаются блестящие осадки хрома. В стационарной ванне без перемешивания при таких больших плотностях тока образуются шероховатые покрытия с большим числом дендритов. Выход по току при анодно-струйном способе хромирования в саморегулирующемся электролите достигает 22 %, что наряду с высокими плотностями тока приводит к значительному ускорению процесса отложения хрома, например при плотности тока 100 А/дм и температуре 50°С скорость осаждения хрома достигает 0,1 мм/ч. Анодно-струйное хромирование целесообразно применять при массовом хромировании однотипных деталей, главным образом имеющих цилиндрическую форму.
Основные факторы, влияющие на распределение покрытия штоков гидроцилиндров:
1) низкая рассеивающая способность хромировочных электролитов. Повышение рассеивающей способности электролита в известной степени может быть достигнуто путём рационального выбора состава электролита. По сравнению со стандартным электролитом лучшую рассеивающую способность имеют разбавленные сульфатные электролиты и сульфатно-кремнефторидные электролиты с добавкой кадмия. Некоторый эффект выравнивания покрытия достигается при хромировании на реверсивном токе;
2) краевой эффект, возникающий из-за рассеивания силовых линий тока в объеме электролита. Причина краевого эффекта в том, что силовые линии тока концентрируются на краях хромируемой поверхности и складываются с силовыми линиями тока, идущими к краям по кратчайшему пути. Для устранения или уменьшения краевого эффекта на хромируемой поверхности применяют два основных способа: увеличение сопротивления рассеиванию тока в объёме электролита вплоть до полной электрической изоляции рабочего электролита в межэлектродном пространстве от остального электролита в ванне; отвлечение избыточного тока от краев хромируемой поверхности с помощью защитных катодов, расположенных вблизи участков с повышенной концентрацией тока [2, 3].
Чтобы повысить производительность труда и улучшить качество нанесения гальванических покрытий штоков гидроцилиндров, а также устранить малоэффективный ручной труд в тяжёлых и вредных для человека производственных условиях применяется автоматизация и механизация этого процесса. Поэтому в настоящее время на предприятиях применяются автооператорные гальванические линии (АГЛ) [4, 5].
В настоящее время для дальнейшего снижения трудоёмкости процесса хромирования при обеспечении требуемого качества покрытия перспективной является технология скоростного анодно-струйного хромирования в протоке электролита при установленных технологических параметрах. На ряде отечественных предприятий еще функционирует технологическое оборудование скоростного хромирования периода 80-90-х годов. Оно характеризуется физическим износом основного оборудования, физически и морально устаревшей элементной базой системы управления, что приводит к частым отказам и некачественному покрытию. Поэтому данное оборудование требует научно-техническую модернизацию.
Суть планируемой модернизации существующего процесса скоростного хромирования заключается в обеспечении гибкости процесса, в обеспечении новой элементной базы (персональные логические контроллеры, усовершенствованные персональные компьютеры и т.д) и сокращения времени хромирования. На рис. 2 представлена структурная схема модернизируемой АГЛ скоростного хромирования.
Конвейер
RS-485
"ZY"
RS-485
"7Y"
А1
RS-485
"7У"
RS-485 RS-485 RS-485
ТУЛЛ
ПК-персональный компьютер ПЛК- программируемый логический контроллер
АТР - автоматический терморегулятор
ПК
ПЛК8
— ПЛК4
RS-485
<7 <7
ПЛК5 ПЛК6 ПЛК7
RS-<35 RS-4S5 RS-483
А1- Блок управления конвейером А2.Х - Блоки управления током АЗ - Блок управления давлением
Блок подготовки электролита
Давление
Температура
Рис. 2. Структурная схема управления процессом хромирования
штоков гидроцилиндров
221
На рис. 2 представлена также схема управления электронным оборудованием модернизируемого стенда процесса скоростного хромирования штоков гидроцилиндров, включающего восемь программируемых логических контроллеров (ПЛК), автоматический терморегулятор, персональный компьютер и блок подготовки электролита. Программируемые контроллеры соединены между собой и с ПК с помощью интерфейса Я8-485. Контроллеры ПЛК1, ПЛК2, ПЛК3 предназначены для управления конвейером. Контроллеры ПЛК5, ПЛК6, ПЛК7 отвечают за управление давлением и температурой электролита. Контроллер ПЛК4 необходим для проведения манипуляций с объектом хромирования. Контроллер ПЛК 8 предназначен для связи с управляющим компьютером ПК.
На рис. 3 представлена принципиальная схема скоростного хромирования обработки штоков гидроцилиндров.
Рис. 3. Принципиальная схема модернизируемого стенда обработки скоростным хромированием штоков
Схема показывает, какие элементы управления задействованы на определенном этапе технологического процесса. Технологическая цепочка содержит позиции загрузки, разгрузки, обезжиривания, промывки и хромирования. Система управления координирует выполнение отдельных операций процесса хромирования и во времени, и в пространстве.
222
Планируемое внедрение линии скоростного хромирования позволит сократить время нанесения покрытия на 30 ... 35 % по сравнению с существующим технологическим процессом. Реализация компьютерного управления процессом хромирования позволит осуществить мониторинг за работой технологического оборудования в реальном масштабе времени.
Список литературы
1. Абрамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Т. Элементы гидропривода: справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. Киев, 1977. 320 с.
2. Черкез М.Б., Богорад Л.Я. Хромирование. Изд. 6-е, перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1984. 97 с.
3. Анодно-струйное хромирование - новый способ ускоренного нанесения износостойкого хрома / А.Д. Блувштейн [и др.]. Л.: ЛДНТП, 1966. 40 с.
4. Истомина Н.В., Сосновская Н.Г., Ковалюк Е.Н. Оборудование электрохимических производств: учебное пособие. 2-е изд. перераб. Ангарск: АГТА, 2010. 100 с.
5. Гибкие автоматизированные линии: хрестоматия / сост.: А.Е. Новиков, А.Б. Даринцева. Екатеринбург: УГТУ, 2006. 221 с.
Внуков Илья Андреевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Трушин Николай Николаевич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
TECHNOLOGY SUPPORT SURFACE QUALITY RODS OF HYDRAULIC CYLINDERS
I.A. Vnukov., N.N. Trushin
Suggested addressing the modernization of high-speed chromium plating processes. The main factors affecting the quality of the applied coatings rod hydraulic cylinders, as well as ways to address them through the process vibroroll. Designed schematic block diagram of a modernized and stand-speed chromium plating process.
Key words: chrome, vibroroll, rods of hyfraulic cylinders, quality management.
Vnukov Ilya Andreevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Trushin Nikolay Nikolavich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
