Введение к работе
Актуальность:
Неотъемлемым условием разработки новых
технологических процессов и средств их оснащения является улучшение качества изготавливаемой продукции, снижение себестоимости, повышение эксплуатационных свойств изделия. Среди технологических методов, обеспечивающих повышение качества и эксплуатационных свойств деталей, широкое применение получила вибрационная технология. Область ее использования в различных отраслях производства достаточно многогранна и имеет тенденцию к дальнейшему расширению. Предпосылкой к разработке новых разновидностей вибрационной обработки (ВиО) является принцип комбинирования различных видов энергии и кинематических схем обработки. На основе такого подхода можно повысить производительность процесса, качество поверхности обрабатываемых деталей, снизить себестоимость их изготовления. Поэтому разработка новых комбинированных методов ВиО является весьма актуальным и перспективным направлением в развитии технологии машиностроения. В настоящее время известен ряд работ в области вибрационной механо-термической обработки (ВиМТО), сочетающей в единой технологической схеме механическое ударное воздействие на обрабатываемую поверхность частиц рабочей среды, низкочастотные колебания и тепловой нагрев. В этих работах указывается на возможность упрочнения деталей, повышения их антифрикционных, антикоррозионных и некоторых других свойств путем введения в состав рабочей среды металлических и неметаллических порошков, пудры или стружки. Однако имеющиеся в этой области сведения не носят систематический характер и не позволяют выявить закономерностей ВиМТО при протекании диффузионных процессов, в частности при нанесении цинковых покрытий.
Известен процесс термо-диффузионного цинкования стальных деталей в стационарных контейнерах, характеризующийся хорошим качеством покрытия, экологической чистотой, простотой технологии и средств
оснащения, но имеющий большую длительность технологического цикла, требующий относительно высоких температур и, как следствие, высокую энергоемкость. Кроме того, рекомендуемые температуры 400-450С в ряде случаев приводят к снижению механических свойств покрываемых деталей. Активация поверхности за счет вибрационного воздействия создает предпосылки получения диффузионных цинковых покрытий методом вибрационной механо-химико-термической обработки (ВиМХТО) при более низких температурах и с меньшей продолжительностью процесса.
Целью работы является разработка нового комбинированного метода обработки ВиМХТО, основанного на использовании виброударного и теплового воздействия, обеспечивающего получение диффузионных цинковых покрытий при меньшей энергоемкости.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Теоретические исследования энергетического состояния поверхностного слоя при виброударном воздействии в условиях изменяемых температур и состава рабочей среды.
-
Анализ основных параметров процесса ВиМХТО: амплитуды й"частоты колебаний рабочей камеры, температуры и механической энергии воздействия рабочей среды.
-
Исследование механизма формирования диффузионного цинкового покрытия при ВиМХТО. Расчет коэффициента диффузии.
-
Исследование факторов, влияющих на интенсивность процесса нанесения цинкового покрытия при ВиМХТО.
-
Разработка модели энергетического воздействия рабочей среды на обрабатываемую поверхность при ВиМХТО.
-
Исследование влияния условий обработки на интенсивность процесса и параметры качества поверхностного слоя.
-
Исследование параметров качества и структуры получаемых покрытий.
-
Исследование коррозионной стойкости цинкового покрытия, получаемого при ВиМХТО.
-
Разработка методики расчета режимов обработки, исходя из заданного уровня энергии взаимодействия частиц рабочей среды с обрабатываемой поверхностью.
-
Разработка технологических рекомендаций по практическому использованию результатов исследований.
Автор защищает:
результаты исследования основных закономерностей и технологических возможностей процесса ВиМХТО на операции нанесения диффузионных цинковых покрытий;
модель энергетического воздействия рабочей среды на обрабатываемую поверхность;
методику расчета режимов обработки исходя из заданных энергетических параметров процесса.
Научная новизна диссертационной работы состоит в обосновании нового комбинированного метода - вибрационной механо-химико-термической обработки; установлении основных закономерностей процесса, раскрывающих влияние параметров вибрации и температурного режима на протекание процесса физико-химического взаимодействия состава обрабатывающей среды и структуры материала детали и образование при этом диффузионного цинкового покрытия.
Предложенная гипотеза о возможности образования диффузионного цинкового покрытия при ВиМХТО получила подтверждение в результате экспериментальных исследований. Дана сравнительная оценка коэффициента диффузии при нанесении цинковых покрытий методами ВиМХТО и термодиффузионным. Разработан алгоритм расчета времени обработки исходя из заданных энергетических параметров системы.
Практическая ценность работы. На основе исследований разработан технологический процесс нанесения цинковых покрытий методом ВиМХТО, прошедший практическую апробацию на некоторых типах деталей в частности метизах, деталях газовой аппаратуры, постоянных магнитах. Разработано опытное оборудование для ВиМХТО. Сформулированы технологические рекомендации по выбору режимов обработки для получения качественного цинкового покрытия в процессе
ВиМХТО.
Апробация работы. Основные положения диссертации
докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-
технической конференции «Прогрессивные технологии в
машино- и приборостроении «ПТ-2002»», Нижний Новгород-
Арзамас; международной научно-технической конференции
Ростов-на-Дону, РГАСХМ, 2002; заочной молодежной научно-
технической конференции «Молодежь Поволжья - науке
будущего ЗМНТК-2003», Ульяновск; международной
конференции «Актуальные проблемы конструкторско-
технологического обеспечения машиностроительного
производства», Волгоград, 2003 г.; 3-й Всероссийской научно-технической конференции (1-ой с международным участием) «Современные тенденции развития автомобилестроения в России», Тольятти, 2004 г.; ежегодных международных научно-технических семинарах по проблемам вибрационной технологии, Ростов-н/Д, 2001-2004г.г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано одиннадцать печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 124 наименований, изложена на 180 страницах, содержит 13 таблиц, 53 рисунка. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
