способ фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности деталей и устройство для его осуществления
Классы МПК: | C23C26/00 Способы покрытия, не предусмотренные в группах 2/00 C23C24/04 осаждение частиц за счет удара или кинетической энергии |
Автор(ы): | Басинюк Владимир Леонидович (BY), Мардосевич Елена Ивановна (BY), Коломейченко Александр Викторович (RU), Титов Николай Владимирович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО ОрелГАУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-06-06 публикация патента:
10.11.2006 |
Изобретения относятся к способам и оборудованию для нанесения антифрикционных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности деталей из алюминиевых сплавов с оксидными покрытиями, сформированными анодно-катодным микродуговым оксидированием (МДО). Осуществляют вращение обрабатываемой детали и устройства для нанесения антифрикционного покрытия во взаимно противоположных направлениях. Устройству сообщают возвратно-поступательные колебания вдоль оси обрабатываемой поверхности детали с размахом и частотой, определяемыми по формулам: =(0,05÷0,2)·b, f=(0,4÷1,6)·( 1+ 2), где - размах колебаний устройства в осевом направлении, мм; f - частота колебаний устройства, Гц; b - ширина натирающего элемента, мм; 1 - угловая скорость вращения обрабатываемой детали, рад/с; 2 - угловая скорость вращения устройства, рад/с. Устройство содержит корпус (1) с установленными на нем деформирующим (5) и натирающим (6) элементами. Натирающий элемент (6) выполнен в виде пластины, охватывающей деформирующий элемент (5). Корпус (1) выполнен в виде полого цилиндра и имеет на конце кольцевую проточку (2) с резьбой, в которой размещены и закреплены упорной шайбой (3) упругий (4) и деформирующий (5) кольцевые элементы. Упругий элемент (4) жестко соединен с корпусом (1) и деформирующим элементом (5), имеющим на наружной поверхности оксидное теплоизолирующее покрытие и кольцевую канавку для размещения натирающего элемента (6). Толщина натирающего элемента (6) =(1,3÷2,0)· p·(D/d)·(B/b), где - толщина натирающего элемента, мм; р - толщина формируемого МДО-покрытия, мм; D - диаметр обрабатываемой цилиндрической поверхности, мм; d - диаметр наружной поверхности натирающего элемента, мм; В - ширина обрабатываемой цилиндрической поверхности, мм; b - ширина натирающего элемента, мм. В корпусе (1), упругом (4) и деформирующем (5) кольцевых элементах выполнен сквозной паз (7) для закрепления натирающего элемента и предотвращения его проскальзывания. Использование изобретений позволяет значительно расширить технологические возможности фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на основе меди на оксидные покрытия, сформированные анодно-катодным МДО на внутренних цилиндрических поверхностях деталей из алюминиевых сплавов и повысить качество покрытий за счет снижения контактных давлений в зоне обработки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
(56) (продолжение):
CLASS="b560m"Долговечность трущихся деталей машин. Сборник научн.статей, Вып.№4, под общей редакц. Д.Н.Гаркунова, М., Машиностроение, 1990, с.34-59.
Формула изобретения
1. Способ фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности деталей из алюминиевых сплавов с оксидным покрытием, включающий силовое взаимодействие обрабатываемой детали и устройства для нанесения антифрикционного покрытия, содержащего натирающий и деформирующий элементы, при их вращении и перемещении устройства вдоль оси обрабатываемой поверхности детали, отличающийся тем, что вращение обрабатываемой детали и упомянутого устройства осуществляют во взаимно противоположных направлениях, при этом используют деформирующий элемент, на поверхности которого нанесено оксидное теплоизолирующее покрытие, устройству сообщают возвратно-поступательные колебания вдоль оси обрабатываемой поверхности детали с размахом =(0,05÷0,2)·b и частотой f=(0,4÷1,6)·( 1+ 2),
где b - ширина натирающего элемента, мм;
1 - угловая скорость вращения обрабатываемой детали, рад/с;
2 - угловая скорость вращения устройства, рад/с.
2. Устройство для фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности деталей из алюминиевых сплавов с оксидным покрытием, содержащее корпус с установленными на нем деформирующим и натирающим элементами, причем натирающий элемент выполнен в виде пластины, охватывающей деформирующий элемент, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде полого цилиндра и имеет на конце кольцевую проточку с резьбой, в которой закреплены упругий и деформирующий кольцевые элементы, причем упругий элемент жестко соединен с корпусом и деформирующим элементом, имеющим на наружной поверхности оксидное теплоизолирующее покрытие и кольцевую канавку для размещения натирающего элемента, толщина которого =(,3÷2,0)· p·(D/d)·(B/b),
где р - толщина оксидного теплоизолирующего покрытия, формируемого микродуговым оксидированием, мм;
D - диаметр обрабатываемой цилиндрической поверхности, мм;
d - диаметр наружной поверхности натирающего элемента, мм;
В - ширина обрабатываемой цилиндрической поверхности, мм;
b - ширина натирающего элемента, мм.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в корпусе, упругом и деформирующем кольцевых элементах выполнен сквозной паз для закрепления натирающего элемента и предотвращения его проскальзывания.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам и оборудованию для нанесения антифрикционных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности деталей из алюминиевых сплавов с оксидными покрытиями, сформированными анодно-катодным микродуговым оксидированием (МДО).
В ремонтном производстве известно устройство для фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий, содержащее корпус, натирающие элементы в виде щеток и привод их вращения, при этом покрытие наносится за счет ударного взаимодействия щеток с обрабатываемой поверхностью [А.С. СССР 1235990, С 23 С 24/06, опубл. в Б.И. №10, 1984].
Однако использование данного устройства для фрикционно-механической обработки оксидных покрытий, имеющих пористую и «рыхлую» наружную поверхность, приводит к их выкрашиванию и разрушению, что существенно ограничивает возможности его использования.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на стальные детали и устройство для его осуществления, при этом устройство содержит корпус с установленным на нем подпружиненным плунжером, регулировочный винт с гайкой, рычаг, деформирующий элемент в виде подпружиненного шарика и натирающий элемент, выполненный в виде двух пластин, охватывающих деформирующий элемент, а покрытие наносится за счет силового взаимодействия натирающего элемента и обрабатываемой детали при их вращении в одном направлении и перемещении устройства вдоль оси обрабатываемой поверхности детали [А.С. СССР 1079697, С 23 С 17/00, опубл. в Б.И. №10, 1984 - прототип].
Недостатком данного изобретения является то, что контактные давления в зоне взаимодействия натирающего элемента с обрабатываемой стальной деталью, необходимые для нанесения качественного антифрикционного покрытия, превышают 40 МПа. При нанесении антифрикционного покрытия на оксидное покрытие, сформированное анодно-катодным МДО на достаточно мягкой (по сравнению со сталью) детали из алюминиевого сплава, уже при контактных давлениях, превышающих 6...10 МПа, оксидное покрытие будет разрушаться из-за пластической деформации материала детали.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на основе меди на оксидные покрытия, сформированные анодно-катодным МДО на внутренних цилиндрических поверхностях деталей из алюминиевых сплавов, путем снижения контактных давлений в зоне обработки.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий, включающем силовое взаимодействие обрабатываемой детали и устройства для нанесения антифрикционного покрытия при их вращении и перемещении устройства вдоль оси обрабатываемой поверхности детали, согласно изобретению вращение обрабатываемой детали и устройства для нанесения антифрикционного покрытия происходит во взаимно противоположных направлениях, при этом устройство совершает возвратно-поступательные колебания вдоль оси обрабатываемой поверхности детали с размахом и частотой, определяемыми по формулам:
=(0,05÷0,2)·b,
f=(0,4÷1,6)·( 1+ 2),
где - размах колебаний устройства в осевом направлении, мм;
f - частота колебаний устройства, Гц;
b - ширина натирающего элемента, мм;
1 - угловая скорость вращения обрабатываемой детали, рад/с;
2 - угловая скорость вращения устройства, рад/с.
Кроме того, для достижения поставленной задачи в известном устройстве для фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий, содержащем корпус с установленными на нем деформирующим и натирающим элементами, причем натирающий элемент выполнен в виде пластины, охватывающей деформирующий элемент, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ корпус выполнен в виде полого цилиндра и имеет на конце кольцевую проточку с резьбой, в которой размещены и закреплены упорной шайбой упругий и деформирующий кольцевые элементы, причем упругий элемент жестко соединен с корпусом и деформирующим элементом, имеющим на наружной поверхности оксидное теплоизолирующее покрытие и кольцевую канавку для размещения натирающего элемента, толщину которого определяют по формуле:
=(1,3÷2,0)· p·(D/d)·(B/b),
где - толщина натирающего элемента, мм;
р - толщина формируемого МДО-покрытия, мм;
D - диаметр обрабатываемой цилиндрической поверхности, мм;
d - диаметр наружной поверхности натирающего элемента, мм;
В - ширина обрабатываемой цилиндрической поверхности, мм;
b - ширина натирающего элемента, мм.
Кроме этого, в корпусе, упругом и деформирующем кольцевых элементах выполнен сквозной паз для закрепления натирающего элемента и предотвращения его проскальзывания.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид.
На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Устройство для фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности деталей состоит из корпуса 1, выполненного в виде полого цилиндра, который размещен в направляющих (не показаны) и связан с устройством, обеспечивающим создание регулируемых по частоте и амплитуде осевых колебаний (не показано). Корпус 1 имеет на конце кольцевую проточку 2 с резьбой для установки упорной шайбы 3. В проточке 2 размещены упругий кольцевой элемент 4, изготовленный из резины или упругоподатливого полимера, и деформирующий кольцевой элемент 5, выполненный из алюминиевого сплава, причем упругий кольцевой элемент 4 жестко, посредством, например, клеевого соединения, соединен с корпусом 1 и деформирующим кольцевым элементом 5. Упорная шайба 3 крепит упругий 4 и деформирующий 5 кольцевые элементы таким образом, чтобы обеспечивалось их силовое замыкание в осевом направлении при сохранении подвижности в радиальном. Деформирующий кольцевой элемент 5 имеет на наружной поверхности оксидное теплоизолирующее покрытие и кольцевую канавку глубиной d 0,3 для размещения натирающего элемента 6, выполненного из фольги, изготовленной из антифрикционного сплава на основе меди. Сквозной паз 7, выполненный в корпусе 1, упругом 4 и деформирующем 5 кольцевых элементах, служит для размещения и закрепления концов натирающего элемента 6 и, тем самым, предотвращения его проскальзывания относительно деформирующего элемента 5.
Определение толщины натирающего элемента 6 по формуле =(1,3÷2,0)· p·(D/d)·(B/b) объясняется тем, что при <1,3· р·(D/d)·(B/b) не обеспечивается прочность натирающего элемента при завершении формирования антифрикционного покрытия, из-за чего происходит его разрушение и повреждение созданного покрытия. При >2· р·(D/d)·(B/b) существенно возрастает теплоотвод из зоны взаимодействия натирающего элемента с обрабатываемой оксидной поверхностью, вследствие чего эффективность использования устройства значительно снижается.
Устройство для фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на внутренние цилиндрические поверхности деталей работает следующим образом.
Перед нанесением антифрикционного покрытия устройство вводят в обрабатываемую деталь 8 и между натирающим элементом 6 и оксидным покрытием 9 на поверхности детали создают контактные давления 3...4 МПа. Затем устройство и обрабатываемую деталь 8 приводят во вращение во взаимно противоположных направлениях, при этом устройство перемещается в осевом направлении с подачей S=1...5 мм/мин и одновременно совершает возвратно-поступательные колебательные движения с размахом и частотой f. В результате на оксидном покрытии 9 детали 8 формируется антифрикционное покрытие толщиной 4...10 мкм из материала натирающего элемента, имеющее низкий коэффициент трения и обеспечивающее его улучшенные трибологические и износостойкие характеристики.
Проведенные исследования показали, что при размахе колебаний устройства в осевом направлении <0,05·b и >0,2·b эффективность их введения незначительна, так как при малом размахе колебаний количество дополнительно выделяемого тепла в зоне контакта мало, а при большом существенно возрастает теплооотдача, а температура в зоне контакта стабилизируется на определенном уровне, не возрастая с дальнейшим увеличением . Также было установлено, что при частоте колебаний устройства f<0,4·( 1+ 2) дополнительное количество выделяемого в зоне взаимодействия натирающего элемента 6 и обрабатываемой детали 8 тепла из-за малых осевых скоростей скольжения незначительно, а связанное с применением колебательного движения усложнение конструкции устройства технически и экономически неоправданно. При f>1,6·( 1+ 2) резко возрастают инерционные нагрузки на устройство и снижается его надежность.
Применение предлагаемого устройства позволяет значительно расширить технологические возможности фрикционно-механического нанесения антифрикционных покрытий на основе меди на оксидные покрытия, сформированные анодно-катодным МДО на внутренних цилиндрических поверхностях деталей из алюминиевых сплавов. При этом выполнение натирающего элемента 6 из тонкой фольги и размещение его между теплоизолирующими элементами, одним из которых является оксидное покрытие на деформирующем элементе 5, а вторым - оксидное покрытие 9 на обрабатываемой детали 8, позволяет создать температуру, необходимую для локального расплавления натирающего элемента 6 в зоне контакта с микронеровностями оксидного покрытия обрабатываемой детали, и за счет этого осуществлять формирование антифрикционного покрытия при контактных давлениях не более 3...4 МПа, то есть на порядок меньших, по сравнению с традиционными, исключив выкрашивание и разрушение оксидного покрытия детали. Кроме этого, возможность встречного, по отношению к направлению вращения обрабатываемой детали, вращения устройства и его возвратно-поступательные колебания вдоль оси детали также позволяют повысить количество выделяемого тепла в зоне контакта натирающего элемента 6 и обрабатываемой поверхности, используя при этом более тонкую фольгу для натирающего элемента, и на основе этого снизить уровень контактных давлений при обработке.
Класс C23C26/00 Способы покрытия, не предусмотренные в группах 2/00
Класс C23C24/04 осаждение частиц за счет удара или кинетической энергии