Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса 8
1.1 Анализ способов восстановления отверстий под подшипники в чугунных корпусных деталях 8
1.2 Краткая характеристика способа восстановления деталей машин электроосаждением железа и его сплавов 25
1.3 Исследование некоторых параметров процесса электроосаждения железа на внутренние цилиндрические поверхности 42
Глава 2 Теоретические предпосылки к технологическому обеспечению эксплуатационных свойств электролитического покрытия железо-медь при восстановлении отверстий под подшипники в корпусных деталях машин 52
2.1 Определение влияния деформаций посадочных отверстий корпусов коробок передач на долговечность агрегатов и деталей 52
2.2 Определение допустимой концентрации хлорной меди в электролите как функции от прочности сдвига покрытия железо-медь 62
Глава 3 Методика проведения исследований и обработка экспериментальных данных 67
3.1 Общая структура исследований 67
3.2 Методика определения прочности сцепления электролитического покрытия железо-медь с материалом основы 69
3.3 Методика проведения многофакторного эксперимента по определению основных эксплуатационных свойств электролитического покрытия железо-медь 72
3.4 Методика проведения исследований износостойкости электролитического покрытия железо-медь 81
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований 85
4.1 Влияние концентрации хлорной меди в электролите железнения на прочность сцепления покрытия с материалом основы 85
4.2 Результаты многофакторного эксперимента по определению основных эксплуатационных свойств электролитического покрытия железо-медь 89
4.3 Влияние концентрации хлорной меди в электролите железнения на износостойкость электролитического покрытия железо-медь 99
Глава 5 Технико-экономическая эффективность использования результатов исследований и практические рекомендации 103
5.1 Определение коэффициента относительной экономической эффективности предлагаемого технологического процесса восстановления картера КПП автомобиля КамАЗ 103
5.2 Техническая эффективность результатов исследований 106
5.3 Практические рекомендации 107
Заключение 109
Список использованной литературы 111
Приложения 120
- Краткая характеристика способа восстановления деталей машин электроосаждением железа и его сплавов
- Определение допустимой концентрации хлорной меди в электролите как функции от прочности сдвига покрытия железо-медь
- Методика определения прочности сцепления электролитического покрытия железо-медь с материалом основы
- Результаты многофакторного эксперимента по определению основных эксплуатационных свойств электролитического покрытия железо-медь
Введение к работе
Ресурс отремонтированных агрегатов в значительной мере зависит от уровня технологии и качества восстановления корпусных деталей. Восстановление изношенных отверстий корпусов приводит к нарушению межосевых расстояний, соосности отверстий, параллельности осей, что является причиной низкого ресурса отремонтированных узлов и агрегатов. Так, ресурс коробок передач, собранных из новых деталей и восстановленных корпусов с нарушениями пространственной геометрии, составляет менее половины ресурса новых /62/.
Корпусные детали трансмиссий изготовляют преимущественно из серого чугуна. Характерными дефектами корпусов являются: износ посадочных отверстий под подшипники и стаканы, резьбовых отверстий, отверстий под валики переключения передач, под установочные штифты, трещины и обломы; коробление присоединительных поверхностей. Коэффициенты восстановления корпусов при капитальном ремонте машин составляют 0,4 - 0,8 /62/.
Наибольшая повторяемость дефектов характерна для посадочных отверстий под подшипники и стаканы. Устранение этих дефектов представляет основную сложность технологического процесса восстановления корпусных деталей. В результате износов, старения и деформации корпусов нарушаются не только размеры отверстий, но и их взаимное расположение, параллельность и перпендикулярность осей отверстий между собой и относительно установочных баз. Поэтому в процессе восстановления наряду с доведением размеров отверстий до номинальных значений необходимо восстанавливать их пространственное расположение, выдерживая точные размеры.
Основная задача при восстановлении корпусов состоит в правильном выборе способа нанесения покрытия, схемы базирования и технологии механической обработки, позволяющих восстановить и износостойкость, и заданные параметры точности.
Актуальность вопроса Важнейшей задачей ремонтного производства на современном этапе является разработка новых более эффективных технологических процессов восстановления изношенных деталей машин. Наиболее остро эта проблема просматривается при технологическом формировании качества восстановления изношенных корпусных деталей машин, являющихся дорогостоящими, металлоемкими и сложными в производстве. Восстановление изношенных отверстий корпусов приводит к нарушению межосевых расстояний, соосности отверстий, параллельности осей, что является причиной низкого ресурса отремонтированных агрегатов. Основная задача при восстановлении корпусов состоит в правильном выборе способа нанесения покрытия, схемы базирования и технологии механической обработки, позволяющих восстановить и износостойкость, и заданные параметры точности. В связи с этим совершенствование технологии восстановления отверстий под кольца подшипников в корпусных деталях с целью обеспечения возможности восстановления геометрических параметров и требуемой износостойкости является актуальным.
Объектом исследования является технологический процесс нанесения электролитического железного покрытия со свойствами, обеспечивающими необходимую обрабатываемость, при восстановлении изношенных посадочных отверстий корпусных деталей машин.
Предметом исследования являются эксплуатационные свойства принципиально нового электролитического покрытия железо-медь.
Цель работы технологическое обеспечение эксплуатационных свойств электролитического железного покрытия применительно к восстановлению изношенных посадочных отверстий под подшипники корпусных деталей машин.
Научная новизна: - разработаны теоретические положения по определению влияния деформаций посадочных отверстий корпусов коробок передач на долговечность агрегатов и деталей;
6 - получена математическая зависимость, описывающая взаимосвязь прочности сцепления покрытия с материалом основы и геометрическими характеристиками посадочных отверстий корпусных деталей автомобилей, что позволяет производить расчет необходимой и достаточной прочности сцепления покрытия при разработке технологического процесса нанесения электролитического покрытия железо-медь;
установлены закономерности, описывающие взаимосвязь между режимами технологического процесса нанесения электролитического покрытия железо-медь и его эксплуатационными свойствами. Практическая ценность и реализация результатов работы:
установлены закономерности, описывающие взаимосвязь между режимами технологического процесса нанесения электролитического покрытия железо-медь и его эксплуатационными свойствами;
определены целесообразные режимы железнения для получения износостойких железомедных покрытий;
решенные задачи технологического обеспечения эксплуатационных свойств электролитического покрытия железо-медь нашли применение в производственной деятельности ГУП СПАТП-4, ОАО «Автоколонна 1181», НТЦ «Механик-Т» г. Саратова.
Задачи исследований:
провести анализ существующих технологических процессов восстановления отверстий под подшипники в чугунных корпусных деталях;
- разработать теоретические положения по определению влияния
деформаций посадочных отверстий корпусов коробок передач на
долговечность агрегатов и деталей;
- разработать теоретические положения для определения необходимой
и достаточной прочности сцепления покрытия железо-медь
применительно к технологическому процессу восстановления посадочных
отверстий корпусных деталей машин железнением;
- исследовать влияние технологических режимов на эксплуатационные
свойства электролитического покрытия железо-медь;
- разработать практические рекомендации по восстановлению
изношенных посадочных отверстий деталей машин электролитическим
покрытием железо-медь.
Положения, выносимые на защиту:
Теоретические положения технологического обеспечения эксплуатационных свойств электролитического покрытия железо-медь при восстановлении отверстий под подшипники в корпусных деталях машин.
Результаты исследований, подтверждающие возможность управления эксплуатационными свойствами электролитического железа, применительно к проблеме восстановления изношенных посадочных отверстий корпусных деталей машин и получению износостойких покрытий.
Апробация работы: основные результаты работы докладывались на Шестой Российской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2003), 17-м Межгосударственном постоянно действующем научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС» (Саратов, 2004), ежегодных научно-технических конференциях на кафедрах «Автомобили и автомобильное хозяйство», «Технология машиностроения» СГТУ (2000 -2004 гг.).
Публикации: по материалам работы опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 95 источников, приложения. Содержит 139 страниц, включая 34 рисунка и 7 таблиц.
Краткая характеристика способа восстановления деталей машин электроосаждением железа и его сплавов
Имеющиеся сведения о возможности электроосаждения железа на внутренние поверхности заставляют внимательнее подойти к изучению этого способа восстановления деталей машин, его технологических возможностей, преимуществ и недостатков. В настоящее время электролитические железные покрытия широко применяются в ремонтной практике для восстановления и упрочнения деталей машин. Преимущественное распространение получил процесс электроосаждения железа из горячих хлористых электролитов (электролитическое железнение), разработанный М.П.Мелковым и его сотрудниками /1/.
Применительно к требованиям и задачам ремонтной промышленности были разработаны хлористые и сернокислые электролиты. При этом основным стремлением исследователей было получение твердых, износостойких покрытий непосредственно из электролитической ванны. Из сернокислых электролитов были получены осадки электролитического железа твердостью до 600 кг/мм2121. Толстые и плотные железные покрытия получаются в растворе сернокислого железа с добавками сернокислого алюминия /3/. Скорость наращивания в этих электролитах при плотности тока 10 а/дм - 0,05-0,08 мм в час. Промышленного распространения сернокислые электролиты не получили, т.к. они значительно уступают хлористым электролитам по производительности, устойчивости процесса и по ряду других показателей электролиза.
Большое количество работ посвящено изучению условий осаждения и свойств покрытий, получаемых из хлористых электролитов.
Значительная часть исследований направлена на получение покрытий электролитического железа с повышенным содержанием углерода, введение в осадок различных веществ, способствующих повышению его износостойкости. Среди этих исследований известными являются работы, выполненные Ю.Н.Петровым и его сотрудниками /4,5/ и др.
Углеродосодержащие покрытия, согласно опытным данным указанных авторов, отличаются высокой твердостью и износостойкостью. Ремонтному производству рекомендуется целая серия холодных электролитов с органическими добавками: фенолсульфатный, метилсульфатный, глицеринсульфатный, сульфосалициловой и др. Покрытия, полученные из таких электролитов, отличаются мелкодисперсной структурой, небольшими внутренними напряжениями, высокой твердостью и износостойкостью.
Металлокерамические покрытия, которые содержат включения окиси алюминия, дисульфида молибдена, карбида бора, значительно лучше (в 2-20 раз) сопротивляются износу, чем чистое электролитическое железо и сталь 40Х, закаленная ТВЧ.
С целью повышения производительности процесса электроосаждения улучшения качества железных осадков рекомендуется также применение нестационарных режимов электролиза и наложение ультразвукового поля.
Использование при железнении асимметричного переменного тока высокой частоты (180 - 220Гц) способствует получению доброкачественных осадков даже из холодных хлористых электролитов. При рекомендуемых режимах электролиза (температура электролита 18-25С0, плавное увеличение при выходе на режим анодно-катодного показателя от 1,2 до 10, плотность тока 2,5 А/дм ) толщина получаемого покрытия достигает 1,5мм (железнение ведут в течение 0,1-1,0 часа), микротвердость покрытия около 60 HRC, сила сцепления покрытия с деталью составляет 40-50 кг/мм 161.
Другим направлением в области исследования хлористых электролитов является осаждение электролитических сплавов /7,8,9,10/. В этих работах отмечается положительная роль легирующих элементов (кобальта, марганца, никеля, хрома, цинка, фосфора), повышающих работоспособность электролитических покрытий.
Следует отметить, что все вышеупомянутые варианты наращивания деталей электролитическими покрытиями не прошли длительной производственной проверки и пока не нашли широкого распространения в ремонтной промышленности. В известной степени это объясняется определенными недостатками, присущими указанным вариантам: либо низкой производительностью, либо недостаточной прочностью сцепления, либо трудностью анализа и корректировки, сложных по составу электролитов в производственных условиях.
Получение в холодных электролитах осадков с высокой прочностью сцепления представляет определенные трудности. Некоторые положительные результаты по улучшению свойств железных покрытий и по повышению производительности процесса электроосаждения железа из электролитов с пониженной температурой показаны в работе Мелкова М.П. /11/.
Однако длительную производственную проверку прошел и выдержал только процесс электроосаждения железа из горячих хлористых электролитов (электролитическое железнение). Этот процесс отличается большой производительностью, простотой и надежностью, дешевизной и недефицитностью применяемых материалов; получаемые покрытия обладают хорошими противоизносными свойствами и высокой прочностью сцепления с основным металлом /1/.
Наибольшее распространение для получения твердых, износостойких покрытий получил простой по составу и надежный в работе малоконцентрированный электролит, содержащий 200-300 г/л хлористого железа и 0,8-3 г/л соляной кислоты /12,13/. При рекомендуемых режимах электролиза (температура электролита 60-80 С и плотности тока 30-60 а/т) выход железа по току достигает 80-85%, а скорость наращивания - 0,3-0,6 мм в час на сторону.
Высокие технико-экономические показатели данного процесса способствовали успешному внедрению его на целом ряде ремонтных предприятий страны и за рубежом.
Процесс железнения освоен авторемонтными предприятиями городов Москвы, Санкт-Петербурга, Киева, Иванова, Волгограда, Алма-Аты, Энгельса, Нижнего Тагила, Воркуты, Прохладного, Калуги и др.
Процесс применяется на железнодорожном транспорте (тепловозное депо станций Лиски, Ртищево, Аткарска, Ершова), при восстановлении деталей металлургического оборудования и заводского транспорта (Златоустовский металлургический завод).
Такому широкому и успешному промышленному внедрению электролитического железнения способствовали исследования и усилия большого коллектива научных работников и производственников.
В работах М.П.Мелкова было показано, что можно повышать твердость электролитического железа за счет ужесточения режимов электролиза: повышения плотности тока, понижения температуры и концентрации электролита (процесс железнения). Разработанный технологический процесс отличается большой универсальностью, позволяет получать покрытия с большим диапазоном микротвердости от 200 до 600 кг/мм и различными физико-механическими свойствами. Однако при получении покрытий с низкой твердостью значительно снижается производительность процесса.
Многочисленные исследования работоспособности электролитических железных покрытий способствовали выбору оптимальных режимов электролиза и доказали высокую надежность и долговечность восстановленных деталей, работающих в различных условиях эксплуатации /15,16/. Значительного повышения износостойкости можно достигнуть химико-термической обработкой электролитического железа /17/, увеличению выносливости железненных деталей способствует дробеструйная обработка покрытия /14/.
Исследования вопросов проточного железнения позволили расширить номенклатуру восстанавливаемых деталей за счет включения в нее внутренних поверхностей крупногабаритных и корпусных деталей. Расширению номенклатуры способствовал также разработанный способ получения пористых осадков электролитического железа, обладающих высокими противозадирными свойствами (Мелков М.П., Митряков А.В., Пашенных A.M., Батищев А.Н., Петров Ю.Н., Бабенко В.А.). Этот способ наиболее эффективен для деталей, работающих в условиях ограниченной смазки.
Определение допустимой концентрации хлорной меди в электролите как функции от прочности сдвига покрытия железо-медь
Проведенные исследования позволили получить зависимость прочности сдвига (ст) от концентрации хлорной меди в электролите железнения. Однако возникают трудности в решении задачи определения допустимого снижения ст.
Из представленной модели видно, что на поверхность соединения отверстия корпусной детали и покрытия электролитического железа будут воздействовать: - радиальное напряжение аг, вследствие удельного давления Р, создаваемого прессовой посадкой наружной обоймы подшипника; - тангенциальное напряжение rt, вследствие воздействия крутящего А момента Мкр. Для более наглядного описания воздействующих напряжений на ; цилиндр 1 (рисунок 7), сформированный электролитическим железным покрытием, необходимо рассмотреть вид плоского поперечного сечения. По граням элемента АБ, совпадающим с плоскостью сечения, будет действовать главное напряжение az, вызванное давлением на днище цилиндра. Это напряжение можно считать постоянным по поперечному сечению цилиндра. Влиянием az можно пренебречь, так как оно по абсолютной величине обычно значительно меньше сг и at /63/. В данном случае давление на цилиндр 1со стороны корпусной детали Pi = 0. Применяя третью теорию прочности (наибольших касательных напряжений), получаем, что наибольшая разность главных напряжений равна \ (ат - aR)max=2P R2/(R2- R,2) (17) D- среднестатистическая величина диаметра отверстия корпусной детали, с учетом припусков на предварительную обработку, нанесение покрытия и смещения соосности; L- номинальная длина сопряжения; D2- внутренний диаметр подшипника;
Мкр - величина крутящего момента, воздействующая на поверхность соединения электролитического железного покрытия и отверстия корпусной детали, восстанавливаемого агрегата; Р - давление по поверхности соединения от наибольшего натяга, создаваемого при переходной посадке подшипника Далее определим тангенциальное напряжение от воздействия Мкр. al(M4) = MKp/(Scm„ RX (19) где Scmma = 7iDL. Определим длину сопряжения в осевом направлении L = (0,2-0,25)Di /7/, с учетом того, что в выражении (19) L находится в знаменателе, принимаем L = 0.2D,. Тогда at(MKp) = MKp/(O,47rR2D0 (20) -л Рисунок 7 - Вид плоского поперечного сечения модели восстанавливаемого отверстия корпусной детали V Л Из выше изложенного следует, что прочность покрытия электролитического железа должна быть больше либо равна сумме тангенциальных напряжений, возникающих вследствие Рг и Мкр. стсдвига (at(P) + а,(мкр)) Кт, (21) где Кт = 1,4 - 1,6 =1,6, так как электролитическое железо является более хрупким материалом по отношению к среднеуглеродистым сталям. Подставим в (21) выражения (18) и (20) аСДВ11га (2P R2/(R2 - R,2)+ Мкр / (2TILR2 )) Кт (22) Зная величину наибольшего натяга в каждом конкретном сопряжении можно определить величину наибольшего удельного давления, если воспользоваться методикой выбора и расчета прессовых посадок с гарантированным натягом. Р = (Nll6 - 1.2(Ra + RZB)) I (D Ca/Ea + CB/EB)), (23) где N„6 - наибольшая величина натяга при переходной посадке наружной обоймы подшипника в отверстие восстановленной корпусной детали (учитывая, что Di=110 - 150мм для большинства агрегатов автомобилей принимаем N„6 = 18мкм /64/; - Rza = 10 мкм - величина шероховатости поверхности восстановленного отверстия корпусной детали, так как заключительной операцией обработки является чистовое точение (в этом случае достигается 6-ой класс шероховатости); - RZb = 3,2 мкм - величина шероховатости поверхности наружной обоймы подшипника класса 2 (8-ой класс шероховатости) /64/; - коэффициент жесткости Са = (l+(Di/De4„.)2)/(l-(Di/Dpn.)2) + И = = 1+H=1,3(D,/DKOP„.-+0); - коэффициент жесткости Св = (1+(D2/Di)2)/(1-(D2/D)2) - ц = 10,335 (для всех серий однорядных радиальных и радиалыю-упорных подшипников D2\E i 0.91 /65/); - модуль упругости материала подшипника Ев = 20,6 10 Н/м ; - модуль упругости электролитического железа по данным Ташкина Еа = 15,0 1010 Н/м2 (і,л=75С, Дк=30 - 40А/дм2) Принимая указанные выше допущения, преобразуем выражение (23) P = 0.0367/D, (МПа) (24) С учетом выше изложенного получим: 1) для режима холостого хода (Мкр — 0) в интервале изменения номинального диаметра сопряжения от 110 до 150 мм [a] s 52,3 (МПа) (25) 2) для режима максимальной мощности при условии заклинивания подшипникового узла ст 52,3 + 5,1 10"6 MKp Di 3 (МПа) (26) Выводы: 1) для силовых агрегатов наиболее широко распространенных автомобилей семейства КамАЗ получим из выражения (26) (Di = 0.15м, М,ф = 4067 Н м) [ст] = 52,3 + 6,1 = 58,4 (МПа); 2) максимальная концентрация хлорной меди в электролите железнения с учетом возможных погрешностей экспериментальных данных принимается равной 3,0 г/л. 3) при реализации полного многофакторного эксперимента из полученного интервала 0 - 3,0 г/л CuCl выбираем: нижнее значение KCuci =1,5 г/л, основное - 2,25 г/л, верхнее - 3,0 г/л, интервал - 1,5, так как предварительные опыты показали низкую чувствительность исследуемого параметра при концентрации до 1,0 г/л. ГЛАВА 3 Методика проведения исследований и обработка экспериментальных данных 3.1 Общая структура исследовании Схема общей структуры исследований приведена на рисунке 8. Задачи, поставленные выше, решаются в той же последовательности. Цель: оптимизация эксплуатационных свойств электролитического железного покрытия, применительно к восстановлению изношенных посадочных отверстий под подшипники корпусных деталей машин Анализ способов восстановления отверстий под подшипники і в чугунных корпусных деталях j При существующей технологии При предлагаемой технологии I Экспериментальное исследование прочности сдвига покрытия железо-медь Разработка теоретических положений по определению допустимой концентрации хлорной меди в электролите как функции от прочности сдвига покрытия железо-медь
Экспериментальные исследования влияния режимов электролиза на Эксплуатационные свойства электролитического покрытия железо-медь
Разработка математической модели. Уравнения регрессии. Практические рекомендации по восстановлению изношенных посадочньк отверстий корпусных деталей электролитическим покрытием железо-медь Ожидаемый технико-экономический эффект Рисунок 8 - Схема общей структуры исследований 3.2 Методика определения прочности сцепления электролитического покрытия железо-медь с материалом основы Медь, находясь в виде соли в хлористом электролите железнения, может контактно выделяться на поверхности детали. Это в дальнейшем приводит к отслаиванию покрытия. Однако, этот эффект может существенно влиять на прочность сцепления гальванопокрытия только при достижении (/ критической концентрации соли меди в электролите.
Методика определения прочности сцепления электролитического покрытия железо-медь с материалом основы
При проведении данного эксперимента используется типовой процесс железнения, который характеризуется следующими режимами электролиза: л, кислотность электролита рН = 1,0+0,1, содержание FeCb 4H20 - 320+40 г/л, катодная плотность тока 40А/дм , температура электролита 75-80 С (рисунок 9) /28,49/. Как альтернативный типовому рассматривается техпроцесс железнения, отличающийся тем, что в стадии начала электролиза выдержка без тока отсутствует. Условно эти типовые процессы обозначим I и II /91/. Из вышесказанного следует, что входными параметрами будут: 1) структура технологического процесса железнения; 2) концентрация соли меди в электролите, принятая от 0 до 10 г/л, на основании данных работы /30/. Количественная оценка прочности сцепления осуществляется методом сдвига покрытия (наиболее оптимальный метод по данным аналитического / обзора профессора Митрякова А.В. /57,58/). Метод предъявляет следующие требования: 1) посадка в сопряжении «направляющая часть цилиндрического образца \ пуансона - отверстие в матрице» должны иметь тип движения с минимальным гарантированным зазором (рисунок 10); 2) рабочая часть образца-пуансона имеет по возможности минимальную шероховатость, так как она является фактором, определяющим величину погрешности искомого результата; 3) ширина рабочей части пояска покрытия на образце-пуансоне находится в Очистка и обезжиривание детали монтаж специальных приспособлений, изоляция мест, не подлежащих покрытию анодное травление в 15%-м растворе НС1 (Да=40 А/дм2, т=1.. .2мин) промывка и охлаждение холодной водой анодная очистка поверхности от травильного шлама в 30% растворе серной кислоты или 48% растворе фосфорной кислоты (Да=40...60А/дм2, т=0,25 мин) промывка холодной водой промывка горячей водой завеска детали в ванну Тип I Тип II Выдержка без тока в рабочем Выдержка без тока отсутствует электролите; (Дк=3..5 А/дм2); включение тока (3... 5 А/дм ) и плавный выход на заданный режим плавный выход на заданный режим
Рисунок 9 - Схема технологического процесса железнения с двойной анодной обработкой пределах, обеспечивающих чистый сдвиг (кольцом) покрытия и составляет Н=1...2 мм по экспериментальным данным /59/; 4) диаметр образца пуансона выбирают в диапазоне 9... 15мм, в котором по данным Dini /60/ получаемые результаты не критичны по значению диаметра. Поверхность образца выполняет две функции: 1) меньшая часть его шириной 6... 10мм выполняет функцию основы для нанесения покрытия; 2) большая начальная часть его, в том числе и часть поверхности покрытия, оставшаяся после подрезания до необходимой ширины, выполняет функции направляющей части образца-пуансона, помещаемого в отверстие матрицы. Предпочтительной посадкой образуемого сопряжения считают посадку Н7/ 6(движения), обеспечивающую гарантированный зазор от 6 до 25мкм Рисунок 10 - Схема (А) испытания прочности сцепления электролитического железного покрытия (2) с основой (1) по методу кольцевого среза (сдвига) его при продавливании образца (1) через матрицу (3); (Б) подготовки образца при номинальном диаметре образца- пуансона и отверстия в матрице, равном 9...15мкм. Шероховатость рабочих поверхностей матрицы принимают равной Ra = 0,32... 1,25 мкм.
Образцами для проведения исследований служат плунжерные пары тракторного дизеля Д-40, так как при технологии их изготовления выполняются все изложенные выше требования. При этом диаметр образца-плунжера равен 9,0-о,ооімм. Наращивание покрытия производится на экспериментальной установке.
Железнение производится из растворов, приготовленных из следующих реактивов: хлористое железо FeChMFteO "хч"(ГОСТ 4147-74), хлорная медь CuCh "чда" (ГОСТ 4167-74), соляная кислота "хч" (ГОСТ 3118-77). После приготовления электролита производится фильтрация, корректировка кислотности и проработка электролита. Периодический контроль кислотности осуществляется с помощью лабораторного рН-метра-милливольтметра ЛПМ-60М. Заданная кислотность поддерживается путем добавления соляной кислоты. Температура электролита 80±2С.Время электролиза - 180±1мин. При нанесении на образец-пуансон покрытия его направляющие тщательно изолируют. Кольца покрытия необходимой ширины (рабочие пояски покрытия) изготавливают шлифованием. При выполнении этой операции необходимо пользоваться вулканитовым кругом диаметром 150...200мм с частотой вращения 2700 об/мин при минимальной радиальной подаче круга в обильной струе СОЖ (по рекомендациям /60/), чтобы исключить деформации между покрытием и материалом детали. Ширину кольца покрытия определяют после испытания по следу на детали с помощью микроскопа МБС-9 с точностью до 0,05 мм. Кратность экспериментов равнялась трем. При зафиксированном усилии определялась величина прочности сдвига.
Задача заключается в установлении связи между эксплуатационными свойствами электролитического покрытия железо-медь и элементами режима железнения с целью их последующей оптимизации. Требуемое количество опытов в каждой точке плана определено по методике /75/. Трех повторных опытов достаточно для обеспечения 95% надежности результатов.
Результаты многофакторного эксперимента по определению основных эксплуатационных свойств электролитического покрытия железо-медь
Из графика 20 видно, что микротвердость покрытия в значительной степени зависит от температуры электролита железнения. Причем заметно значительное снижение микротвердости с увеличением температуры до 80 С0. Практически у всех четырех кривых имеются точки в пределах 185 - 335 кг/мм2 при указанной температуре. Из графика 21 видно, что микротвердость покрытия тем выше, чем больше катодная плотность тока. Минимальное значение микротвердости электролитического покрытия Fe-Cu обеспечивается при Дк = 20 А/дм и при температуре электролита 80 С0 при максимально-допустимой концентрации хлорной меди 3,0 г/л.
Зависимости микротвердости покрытия от концентрации СиС12 в электролите железнения показаны на рисунке 22. Графики изображенные на этом рисунке позволяют сделать вывод о том, что при увеличении концентрации СиС12 микротвердость снижается. Причем для всех четырех кривых минимальное значение Нт находится в диапазоне 185 - 380 кг/мм .
Из графиков (рисунок 24) видно, что при повышении катодной плотности тока величина Pz возрастает. Из условия достижения минимального силы резания неприемлемыми можно считать условия T = 60 С0, CuC12 = 1.5 г/л. Однако, при повышении значения хотя бы одного из параметров электролиза ( Т, СиС12) величина Pz резко падает и находится в пределах 371 - 515 Н.
По данным представленным на рисунке 25 можно сделать вывод о том, что при повышении концентрации хлорной меди в электролите железнения до величины 3,0 г/л величина касательной силы резания постепенно понижается и для всех четырех кривых находится в диапазоне 371 - 515 Н.
Представленные выше результаты многофакторного эксперимента не позволяют решить задачу выбора диапазонов изменения действительных значений параметров процесса электролиза с целью достижения оптимальной обрабатываемости покрытия Fe-Cu.
Микроструктура покрытия Fe-Cu при Кси равном 1,1 и 6,1 % показана ссоответственно на рисунках 30 и 31. На представленных фотографиях видно, что медь присутствует в покрытии в виде отдельных включений.
Результаты замеров и их обработка представлены в приложении 5 и позволяют?-сделать вывод: - количество превышений контактного сопротивления при испытании образцов с покрытием обычного электролитического железа меньше, чем с композитом железо-медь (рисунок 32), что является положительным фактором в условиях нормального окислительного трения, так как в ряде работ показано, что «меры, полезные для контактирования, оказываются вредными для изнашивания и, наоборот, - все, что хорошо для износа, неприемлемо для контактирования» /74/.
Решение задачи оценки технико-экономической эффективности сводится к уточнению себестоимости Св восстановления картера КПП автомобиля КамАЗ по рекомендованному выше технологическому процессу (ТП). При этом должно выполняться условие: Св Цнов (38)
Использование прямого счета затрат калькуляции себестоимости восстановления обеспечивает более высокую точность расчетов. Однако, требует значительных затрат времени - до трех часов только по одной деталеоперации /81, С. 11/ и при наличии банка исходных данных. Поэтому представляется возможным рассчитать технологическую себестоимость восстановления по укрупненной методике /82/ на основании установленных общемашиностроительных нормативов /83, 84 - Пр. 31/.
