способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов
Классы МПК: | B23P6/00 Восстановление или ремонт изделий C25D11/18 последующая обработка, например уплотнение пленок |
Автор(ы): | Коломейченко Александр Викторович (RU), Титов Николай Владимирович (RU), Логачев Владимир Николаевич (RU), Гладков Роман Витальевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГОУ ВПО Орел ГАУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-04-07 публикация патента:
20.05.2010 |
Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов и может быть использовано для восстановления с упрочнением поджимных и подшипниковых блоков шестеренных насосов типа НШ-К. Способ включает наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали микродуговым оксидированием в щелочном электролите и пропитку упрочняющего покрытия. Пропитку упрочняющего покрытия осуществляют в вакууме смесью гидравлического масла АМГ-10 с кинематической вязкостью 1,3·10-5 м2/с или трансформаторного масла Т-1500У с кинематической вязкостью 1,1 1,3·10-5 м2/с и 8 10% графита, при этом разрежение составляет 0,1 МПа, а микродуговое оксидирование (МДО) ведут в электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 18 20 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 30 А/дм2 и температуре электролита 35 40°С. Изобретение позволяет в среднем на 30 50% увеличить объемную пористость сформированного МДО упрочняющего покрытия и в среднем на 15 25% повысить его маслоемкость, что также снижает продолжительность приработки восстановленных и упрочненных деталей на 18% и увеличивает их ресурс не менее чем на 15%. 1 табл.
Формула изобретения
Способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, включающий наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали микродуговым оксидированием в щелочном электролите и пропитку упрочняющего покрытия, отличающийся тем, что пропитку упрочняющего покрытия осуществляют в вакууме смесью гидравлического масла АМГ-10 с кинематической вязкостью 1,3·10-5 м2/с или трансформаторного масла Т-1500У с кинематической вязкостью 1,1-1,3·10-5 м2/с и 8-10% графита, при этом разрежение составляет 0,1 МПа, а микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 18-20 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 30 А/дм2 и температуре электролита 35-40°С.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, например, для восстановления с упрочнением поджимных и подшипниковых блоков шестеренных насосов типа НШ-К.
В ремонтном производстве известен способ восстановления изношенных деталей из алюминия и его сплавов, включающий приращение восстанавливаемой поверхности, ее растачивание до определенных размеров и упрочнение микродуговым оксидированием (МДО) в щелочном электролите [патент РФ 2119420, В23Р 6/00, опубл. в Б.И. № 27, 1998 г.].
Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получить одинаковую твердость по толщине упрочняющего покрытия, вследствие чего восстановленные детали значительно изнашиваются в начальный период эксплуатации.
Известен способ формирования износостойких покрытий на поверхности черных и цветных металлов, включающий приращение основы (нанесение подслоя из легкоплавкого сплава, а затем алюминийсодержащей композиции) и ее последующее МДО в щелочном электролите на 2/3 толщины слоя алюминийсодержащей композиции [патент РФ 2026890, C25D 11/02, опубл. в Б.И. № 2, 1995 г.].
Недостатком данного способа является то, что при восстановлении с упрочнением деталей из алюминиевых сплавов ведение МДО на 2/3 толщины слоя алюминийсодержащей композиции приводит к уменьшению долговечности восстановленных поверхностей деталей из-за снижения толщины и ухудшения физико-механических свойств сформированного на них упрочняющего покрытия. Производительность способа также является низкой, так как при приращении вначале наносится подслой, что увеличивает количество операций и является необходимым условием для ведения МДО только на черных металлах.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, включающий наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали МДО в щелочном электролите с содержанием 7 г/л гидроксида натрия и 15 16 г/л калиевого жидкого стекла с использованием анодно-катодного режима и пропитку упрочняющего покрытия авиационным маслом [патент РФ 2252122, В23Р 6/00, C25D 11/18, опубл. в Б.И. № 14, 2005 г. - прототип].
Однако МДО на предлагаемых режимах не позволяет получить достаточную объемную пористость покрытия, вследствие чего объем масла, проникающего в поры покрытия, также оказывается незначительным. При взаимодействии трущихся поверхностей во время приработки и последующей эксплуатации это приводит к ухудшению их самосмазывания и низкому ресурсу восстановленных деталей. Кроме этого, пропитка упрочняющего покрытия, сформированного МДО, маслом при помощи окунания не позволяет качественно заполнить поры покрытия.
Задачей изобретения является повышение ресурса восстановленных и упрочненных деталей.
Техническим результатом изобретения является повышение маслоемкости упрочняющего покрытия, сформированного МДО, за счет увеличения его объемной пористости и более качественного заполнения пор маслом, а также снижение продолжительности приработки восстановленных и упрочненных деталей.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов, включающем наплавку в среде защитных газов, механическую обработку, упрочнение детали микродуговым оксидированием в щелочном электролите и пропитку упрочняющего покрытия, согласно изобретению пропитку упрочняющего покрытия осуществляют в вакууме смесью гидравлического масла АМГ-10 с кинематической вязкостью 1,3·10-5 м2/с или трансформаторного масла Т-1500У с кинематической вязкостью 1,1 1,3·10-5 м2/с и 8 10% графита, при этом разрежение составляет 0,1 МПа, а микродуговое оксидирование ведут в электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 18 20 г/л натриевого жидкого стекла при плотности тока 30 А/дм2 и температуре электролита 35 40°С.
Способ осуществляют следующим образом.
Для восстановления изношенных поджимных и подшипниковых блоков шестеренных насосов типа НШ-К, изготовленных из литейного алюминиевого сплава АК7ч, вначале производят их предварительную подготовку, заключающуюся в обработке изношенных поверхностей на горизонтально-фрезерном станке в специальном приспособлении до выведения следов изнашивания. Затем осуществляют наплавку восстанавливаемых поверхностей с использованием неплавящегося электрода (вольфрамового) в среде защитных газов (чаще всего для этих целей используют аргон). Наплавку ведут на следующих режимах: сила тока - 90 100 А, напряжение - 25 В, диаметр неплавящегося электрода - 4 мм, диаметр присадочного прутка - 3 мм, расход защитного газа - 9 л/мин. В качестве материала для присадочного прутка применяют сплав АМг-6 или АК9М2. Наплавка ведется участками от разъема к середине детали во избежание перегрева и оплавления угловых поверхностей.
После наплавки восстанавливаемые поверхности подвергают механической обработке - расточке на горизонтально-фрезерном станке. Режимы черновой расточки: частота вращения инструмента - 880 мин-1, глубина резания - 1,5 2,0 мм, подача - 0,5 мм/мин. Режимы чистовой расточки: частота вращения инструмента - 1200 мин-1, глубина резания - 0,3 мм, подача - 0,1 мм/мин. Расточку ведут до определенных размеров с учетом их увеличения при МДО.
Затем осуществляют упрочнение восстанавливаемых поверхностей МДО с использованием анодно-катодного режима в щелочном электролите, содержащем 2 г/л гидроксида калия и 18 20 г/л натриевого жидкого стекла с модулем m=3,4 3,5. Режимы МДО: плотность тока - 30 А/дм2, температура электролита - 35 40°С, продолжительность оксидирования - 60 65 мин. Толщина сформированного упрочняющего покрытия составляет 150 160 мкм.
После МДО сформированное на восстанавливаемых поверхностях упрочняющее покрытие заполняют маслом с использованием вакуума. Для этого деталь помещают в бак, содержащий смесь гидравлического масла АМГ-10 по ГОСТ 6794-75 с кинематической вязкостью 1,3·10 -5 м2/с или трансформаторного масла Т-1500У по ТУ 38.401-58-107-97 с кинематической вязкостью 1,1 1,3·10-5 м2/с и 8 10% графита, который герметично закрывают крышкой. Затем в баке создают разрежение 0,1 МПа. После выдержки детали в вакууме в течение 12 15 мин крышку бака открывают, а деталь находится в баке еще 35 40 мин. Механизм формирования упрочняющих покрытий способом МДО предопределяет наличие сквозных пор, образующихся в результате горения микродуговых разрядов, в которые и проникает масло-графитовая смесь. Затем деталь вынимают и дают стечь остаткам смеси, после чего досуха протирают фильтровальной бумагой и взвешивают.
Объемную пористость сформированного упрочняющего покрытия определяли по массе масла, находящегося в порах, учитывая плотность и толщину покрытия, а также площадь восстанавливаемой поверхности. Маслоемкость упрочняющего покрытия определяли согласно ГОСТ 9.302-88 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля». Продолжительность приработки и ресурс восстановленных и упрочненных деталей оценивали по результатам сравнительных ускоренных испытаний на стенде КИ-4815М-03, предназначенном для испытания агрегатов гидроприводов сельскохозяйственной техники. Испытания проводили в соответствии с рекомендациями руководящего документа РД 70.0009.006-85 «Указания по методам ускоренных испытаний восстановленных деталей для основных марок тракторов, комбайнов и других машин», разработанных ВНПО «Ремдеталь».
При МДО с предлагаемым составом электролита и режимами оксидирования сформированное на восстанавливаемых поверхностях упрочняющее покрытие будет иметь более высокую объемную пористость по сравнению с прототипом. Использование вакуума позволяет ввести большее количество масла в поры упрочняющего покрытия, за счет чего повышается его маслоемкость. С увеличением температуры, которое происходит при взаимодействии трущихся поверхностей, большее количество масла выступает из пор и эффективно смазывает эти поверхности, компенсируя незначительное снижение несущей способности упрочняющего покрытия. Все это приводит к снижению продолжительности приработки и увеличению ресурса восстановленных и упрочненных деталей (таблица).
Показатели | Прототип | Предлагаемый способ |
1. Объемная пористость упрочняющего покрытия, % | 16 17 | 22 24 |
2. Маслоемкость упрочняющего покрытия, мг/мм2 | 0,052 0,056 | 0,064 0,066 |
3. Продолжительность приработки восстановленной и упрочненной детали, мин | 110 | 90 |
4. Ресурс восстановленной и упрочненной детали, мото.-ч | 10000 | 11500 |
Как видно из таблицы, предлагаемый способ восстановления изношенных деталей из алюминиевых сплавов позволяет в среднем на 30 50% увеличить объемную пористость сформированного МДО упрочняющего покрытия и, как следствие, в среднем на 15 25% повысить его маслоемкость. Все это приводит к снижению продолжительности приработки восстановленных и упрочненных деталей на 18% и, соответственно, увеличению их ресурса не менее чем на 15%.
Класс B23P6/00 Восстановление или ремонт изделий
Класс C25D11/18 последующая обработка, например уплотнение пленок