Содержание к диссертации
Введение
Введение 5-17
Глава 1. Обработка внутренних поверхностей при восстановлении и упрочнении деталей гидроагрегатов хромированием
1.1. Методы получения хромовых покрытий с заданной шероховатостью на внутренних поверхностях изделий 18-25
1.2. Особенности процесса хромирования и способы нанесения хромовых покрытий на внутреннюю поверхность деталей гидроагрегатов 25-37
1.3. Равномерное нанесение хромовых покрытий на внутреннюю поверхность изделий при упрочении и восстановлении деталей 37-40
1.4. Гальваномеханическая обработка хромом внутренних поверхностей изделий 40-41
1.4.1. Сущность комбинированного метода обработки хромом применительно к внутренней поверхности деталей гидроагрегатов 42-44
1.4.2. Использование специального винтового инструмента для обработки внутренних поверхностей хромом деталей машин 44-47
1.4.3. Применяемые технологические режимы и среды 47-48
Глава 2. Основные предпосылки и обоснование путей решения задач
2.1. Обоснование, выбор объекта исследования и способ гальваномеханической обработки внутренних поверхностей хромом 49-50
2.2. Оборудование, материалы и оснастка для гальваномеханического хромирования внутренних поверхностей деталей гидроагрегатов
2.2.1. Выбор материалов 50-51
2.2.2. Выбор рабочих сред 51
2.2.3. Оборудование 51-55
2.2.4. Приспособление и инструменты 55-60
2.3. Программные средства для проведения исследований расчетов при обработке ГМХ внутренних поверхностей деталей гидроагрегатов 60-61
Выводы 61
Глава 3. Моделирование процесса гальваномеханического хромирования внутренних поверхностей деталей гидроагрегатов
3.1. Физическая модель гальваномеханического процесса нанесения хрома на внутреннюю поверхность изделий 62-84
Выводы 84-85
Глава 4. Экспериментальное исследование процесса гальваномеханической обработки хромом внутренних поверхностей
4.1. Влияние деформационного воздействия на обрабатываемую поверхность изделия при хромировании с заданными физико-механическими свойствами 86
4.2. Исследование по производительности процесса получаемых покрытий ГМХ с требуемыми параметрами качества 86-89
4.3. Исследование по микротвердости получаемых покрытий ГМХ 89-94
Выводы 94
Глава 5. Технология получения гальваномеханических хромовых покрытий на внутренней поверхности деталей машин
5.1. Этапы разработки технологического процесса 95-98
5.2. Оборудование для управления процессом обработки винтового инструмента при восстановлении и упрочнении хромом внутренних поверхностей с требуемыми параметрами шероховатости 99-100
5.3. Рекомендации для проектирования установок гальваномеханического хромирования внутренних поверхностей деталей машин 100
Выводы 100
Основные результаты по работе 101-102
Список литературы 103-111
Приложение
- Особенности процесса хромирования и способы нанесения хромовых покрытий на внутреннюю поверхность деталей гидроагрегатов
- Приспособление и инструменты
- Исследование по микротвердости получаемых покрытий ГМХ
- Этапы разработки технологического процесса
Введение к работе
Актуальность темы. Для обеспечения необходимого ресурса работы специальных изделий (гидропневмоагрегатов летательных аппаратов, подшипников жидкостного трения), их высокой износостойкости и коррозионной стойкости внутренние рабочие поверхности деталей хромируются. При хромировании предъявляются жесткие требования к получаемому осажденному слою по толщине и шероховатости поверхности, достигающей Ra=0,08 мкм и менее. Известно, что комбинированные процессы обработки обеспечивают значительное повышение эксплуатационных показателей изделий. При этом применение гальваномеханического осаждения (ГМО) делает возможным получение износостойких покрытий с требуемыми высокими эксплуатационными свойствами поверхностных слоев деталей машин.
Однако при обработке отверстий, в особенности глухих и ступенчатых, разброс показателей шероховатости поверхности получаемых покрытий и их физико-механических свойств из-за особенностей кинематики технологического оборудования ограничивает применение гальваномеханического хромирования. Известные технологии ГМО не обеспечивают в получаемых покрытиях равномерного распределения по поверхности деталей физико-механических свойств, в том числе остаточных напряжений, ввиду кинематики применяемого оборудования (инструмента), включающей относительное возвратно-поступательное движение инструмента и детали.
Для обеспечения равномерного распределения физико-механических свойств по рабочей поверхности деталей предлагается технология чистовой комбинированной обработки цилиндрических и глухих отверстий. Её основой является обеспечение равенства частот воздействия инструмента на растущие слои покрытия (осадка).
Работа выполнялась в соответствии с целевой комплексной программой АН2.25.1.1 "Новые процессы получения и обработки металлических материалов", ГБ работой кафедры "Автоматизированное оборудование машиностроительного производства" ГОУВ-ПО "Воронежский государственный технический университет" «Теория и практика машиностроительного производства» 2007.39.
Целью исследования является обоснование и разработка технологии чистовой комбинированной гальваномеханической об-
работки ступенчатых цилиндрических поверхностей отверстий, обеспечивающей стабильность характеристик поверхности за счет равномерности воздействия инструмента на растущие слои осадка.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
-теоретически обосновать выбор технологических параметров ГМО внутренних поверхностей для получения требуемой шероховатости покрытий;
-разработать способ гальваномеханического хромирования (ГМХ) внутренних цилиндрических ступенчатых, глухих поверхностей деталей с получением беспористых покрытий;
-разработать физическую и математическую модели процесса получения покрытий с заданной шероховатостью на внутренних ступенчатых поверхностях деталей машин;
-исследовать влияние параметров процесса ГМО на шероховатость покрытия, обеспечивающих равномерность воздействия инструмента на растущие слои покрытия и равномерность физико-механических свойств;
-создать инструмент с винтовым профилем анода для ГМХ, обеспечивающий получение качественных хромовых покрытий на внутренних ступенчатых поверхностях с требуемыми физико-механическими свойствами;
-разработать опытно-экспериментальное оборудование и технологию гальваномеханической обработки применительно к внутренним ступенчатым поверхностям деталей гидроагрегатов и провести его промышленную апробацию.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием научных основ гальваномеханического осаждения, при выполнении работы использовались методы системного анализа, теоретические основы электрохимического формообразования и обеспечения требуемого качества поверхностного слоя. Использовались численные методы, методы алгоритмизации и программирования на языках высокого уровня. Экспериментальные исследования и обработка полученных данных проводилась с использованием современных методик, а постановка и обработка результатов эксперимента с применением методов математической статистики.
Научная новизна работы. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
-
Исследован механизм формирования поверхностного слоя осаждаемого покрытия на ступенчатые поверхности деталей машин гальваномеханическим хромированием. Создано программное средство по расчету контактов инструмента растущими слоями осадка при ГМХ (№ 50200601816 от 23.10.06 г.).
-
Предложена модель процесса формирования беспористых покрытий с требуемой шероховатостью (менее 0,08 мкм) при гальваномеханическом хромировании внутренних ступенчатых поверхностей деталей путем обеспечения равенства частот воздействия инструмента на растущие слои осадка хрома по всей длине обрабатываемых поверхностей.
3. Разработан способ получения покрытий комбинированной обработкой внутренних цилиндрических ступенчатых, глухих поверхностей деталей, отличающийся тем, что прокачка электролита осуществляется посредством вращающегося ступенчатого спирального анода с закрепленными на нем брусками с возможностью создания ими необходимого давления на обрабатываемые поверхности. (Способ проходит патентирование).
4. Создано устройство для получения качественных хромовых покрытий с требуемыми физико-механическими свойствами (патент РФ №2324013 от 13.10.2008 г.), отличающееся тем, что с целью повышения качества наносимых покрытий и увеличения производительности процесса электрод выполнен в виде винта, витки которого расположены под углом к торцу изделия, совершающего равномерное вращение совместно с прижимами, расположенными соосно с электродом, которые в процессе осаждения металла из электролита последовательно пластически деформируют участки внутренних поверхностей деталей.
Создано программное средство для расчета параметров и наладок устройства (№ 50200600864 от 07.06.06 г.), позволяющее рассчитать размещение рабочих брусков на винтовом аноде в зависимости от геометрии обрабатываемых поверхностей при ГМХ и определить толщину получаемого хромового покрытия.
Практическая значимость. Разработана технология чистового гальваномеханического хромирования внутренних цилиндрических ступенчатых и глухих поверхностей деталей. Технология хромирования внутренних поверхностей и устройство гальваномеханической обработки позволяют получить покрытия требуемого качества с необходимыми физико-механическими характеристиками.
Разработанный способ позволяет получать покрытия с заданными параметрами шероховатости при комбинированной обработке внутренних цилиндрических, ступенчатых и глухих поверхностей деталей.
Достоверность результатов обеспечивалась использованием теоретических положений комбинированных методов обработки, применением зарегистрированных методов алгоритмизации и программирования на языках высокого уровня. Достоверность полученных результатов в исследовании обеспечивалась применением апробированных методик. Научные положения подтверждены опытно-промышленным внедрением разработки в производство.
Реализация и внедрение результатов работы. Технология получения размерных покрытий с заданной шероховатостью при комбинированной обработке хромом внутренних поверхностей деталей проверена в производственных условиях и внедрена на предприятии ООО "Инвестпроект" при изготовлении деталей диаметром до 1200 мм. Экономический эффект от внедрения технологии составил на предприятии 58 тыс. руб. на одну деталь, методика получения покрытий на внутренней поверхности деталей с заданными параметрами шероховатости используется в учебном процессе, что подтверждено актами внедрения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: I Международной научно-технической конференции "СИНТО 1" "Разработка, производство и эксплуатация турбо-, электронасосных агрегатов и систем на их основе" (Воронеж, 2001); Региональной научно-технической конференции "Теория и практика машиностроительного оборудования" (Воронеж, 2003); научных конференциях ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет" в 2001-2006 годах.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК РФ, получен патент РФ на новое устройство, 2 - зарегестрированн-ных в ГосФАП программных продукта. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - исследование области контакта и угловой деформации при воздействии обрабатывающих брусков с поверхностью изделия при гальваническом осаждении хрома; [4,5,8] - разработка конструкции оборудования; [3,6,7,9] - реализация методов и
приемов в получении равномерных по толщине покрытий; [2,10,11] - исследования производительности процесса ГМО ступенчатых отверстий.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений, списка литературы из 94 наименований. Основная часть работы изложена на 112 страницах, содержит 52 рисунка, 5 таблиц.
Особенности процесса хромирования и способы нанесения хромовых покрытий на внутреннюю поверхность деталей гидроагрегатов
Хромирование деталей гидрогагрегатов увеличивает износостойкость, коррозионную стойкость, а покрытие обладает антиадгезионными свойствами. Применение хрома для этой цели обусловлено высокой твердостью осадков хрома, малым коэффициентом трения и высокой прочностью сцепления хрома с основным металлом изделия. Вместе с тем, существует ряд положений в процессе хромирования, основными из которых являются следующие:
-хром осаждают из растворов хромово-кислых солей;
-осаждение хрома происходит только в присутствии добавки постороннего аниона (чаще всего сульфат-ион, фторид или кремнефторид);
-высокая чувствительность параметров процесса и физико-механических свойств осадков к таким режимам электролиза, как температура и плотность тока;
-большая минимально допустимая плотность тока начального периода кристаллизации качественных осадков хрома; при малой плотности тока на катоде образуется осадок в виде темного налета неметалла;
-резкое уменьшение выхода металла по току при повышении температуры электролита.
Основными физико-механическими свойствами осадков хрома являются высокие микротвердость (750-1200 HV) и износостойкость покрытий, что предопределило применимость их для упрочнения рабочих поверхностей деталей, а также для повышении срока службы мерительного и режущего инструментов. Благодаря сильно выраженной способности к пассивации хром имеет высокую коррозионную стойкость. Осадки хрома толщиной и десятые и даже сотые доли микрометра практически сплошные. Отражательная способность хромовых покрытий по сравнению с серебряными составляет 70 %, причем с течением времени она практически не меняется, в то время как у серебряных покрытий снижается из-за взаимодействия с сероводородом. Жаростойкость хромовых покрытий довольно высокая и изменения ее в поверхностных слоях, начинаются при температуре 480 - 500 С.
Наряду с перечисленными свойствами электролитическим осадкам хрома присуши большие напряжения растяжения, относительно малые коэффициенты трения и линейного расширения, высокая теплопроводность и низкая смачиваемость жидкостями. [13, Ямпольский A.M. Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника.]
Параметры режима электролиза в электролитах, получивших широкое промышленное внедрение, приведены в таблице 1.
Содержание хромового ангидрида в универсальном электролите (получившем название стандартного при 220 — 250 г/л СгОз) зависит от назначения осадков хрома. Но при этом для достижения наиболее высокого выхода по току оптимальное массовое соотношение хромового ангидрида и серной кислоты должно быть 100:1.
В процессе электролиза на катоде выделяются металлический хром и водород, а также восстанавливается шестивалентный хром до трехвалентного. На аноде выделяется кислород и трехвалентный хром восстанавливается до шестивалентного.
Для осуществления процесса хромирования и нормальном работы электролита в нем должно содержаться определенное количество ионов трехвалентного хрома. Оптимальная концентрация в пересчете на СггОэ -2 -3 % количества хромового ангидрида (или отношение концентраций Сг2Оз и H2SO4 в пределах 1,5 - 2,0). При недостатке ионов трехвалентного хрома или полном их отсутствии, что характерно для вновь приготовленных электролитов, невозможно получить качественные осадки хрома. Для увеличения концентрации Сг3+ через электролит пропускают ток при плотно-сти 4 — 6 А/дм и катодный площади, в 3 — 4 раза превышающей анодную.
При хромировании внутренних поверхностей (гильзы цилиндров, втулки, внутренние полости штампов и др.) катодная площадь всегда больше анодной, поэтому в процессе электролиза концентрация ионов трехвалентного хрома постепенно увеличивается. Покрытия становятся более хрупкими, а при содержании Сг в электролите более 15 г/л в процессе электролиза образуются темные некачественные осадки. Для уменьшения содержания Сг электролит подвергают "проработке" при уменьшенной в 8 — 10 раз катодной площади по сравнению с анодной.
Для поддержания заданной концентрации Сг в электролите необходимо последовательно хромировать детали с внутренними и наружными поверхностями, а, если возможно по режиму электролиза, хромировать их одновременно, достигая при этом оптимального отношения анодной площади к катодной, равного 2.
Для осаждения износостойких покрытий повышенной твердости используют электролит с низкой (100 - 150 г/л) концентрацией хромового ангидрида. В разбавленных растворах несколько выше рассеивающая способность, выход металла по току составляет 16 — 18 %, снижаются непроизводительные потери хромового ангидрида, уносимого вентиляцией и выгружаемыми из ванны деталями.
Растворы с повышенной концентрацией хромового ангидрида (до 400 — 450 г/л) в основном применяют для осаждения защитно-декоративных хромовых покрытий. Осадки имеют сравнительно невысокую твердость. Значительно шире рабочий интервал осаждения различных покрытий, и можно применять источники тока с напряжением 6 В. Однако выход по току меньше, чем в стандартном электролите, рассеивающая способность наиболее низкая, и значительно больше потери хромового ангидрида
В зависимости от параметров режима электролиза получают хромовые покрытия трех типов: серые, обладающие низкими физико-химическими свойствами и не имеющие практического применения; блестящие, отличающиеся высокими твердостью и износостойкостью; молочные, наименее пористые и наиболее пластичные. [19, Лобанов С. А. Практические советы гальванику, 25, Вирбилис С. Гальванотехника для мастеров]
С повышением температуры интервал плотностей тока, дающих блестящее покрытие, расширяется и одновременно смещается в сторону более высоких плотностей тока; затем при дальнейшем повышении температуры интервал плотностей тока опять сужается, затем исчезает; практически при любой плотности тока осаждается покрытие молочного типа. Эту зависимость, если исключить крайние случаи, когда блестящее покрытие не получается ни при каких условиях, можно сформулировать следующим образом [33, Дасоян М. А., Мартин А. Технология электролитических покрытий]: при постоянной температуре с повышением плотности тока хромовое покрытие переходит из молочного в блестящее, а затем в серое; при постоянной плотности тока с повышением температуры покрытие переходит из серого в блестящее, а затем в молочное.
Приспособление и инструменты
На установке гальвано-механического хромирования установлены помпы подачи электролита из бака в рабочую камеру и промывочной воды из бака с приводом от асинхронных электродвигателей соответственно МЗ и М4; асинхронный электродвигатель Ml привод вращения изделия; асинхронный электродвигатель М2 привода механизма возвратно-поступательного движения инструмента (осцилляция); асинхронный электродвигатель М5 привода перемещения крышки рабочей камеры; блоки нагревателей (ТЭНы) бака ( ЕКЗ,ЕК4) и рабочей камеры (ЕК1,ЕК2); путевой выключатель SQ1 оснащения процесса хромирования (блок активного контроля); путевые выключатели верхнего и нижнего уровней электролита в рабочей камере, соответственно SQ2 и SQ3; путевой выключатель SQ4 ограничивающий перемещения крышки рабочей камеры вниз; шкаф управления А0-951.05.000СБ в шкафу управления установлены пусковая защитная аппаратура, приборы контроля, световая сигнализация и органы управления.
В установке применены следующие величины напряжений: силовая цепь — 3-х фазная, 50 Гц, 380 В; цепь управления -50 Гц,110 В; цепь сигнализация - 50 Гц, 22 В.
Подвод питания ко всем узлам электрооборудования осуществлен проводами, проложенными в трубах и металлорукавах.
Перед началом работы необходимо проверить надежность заземления шкафа управления и самой установки.
Затем необходимо включить автоматы защиты QF2,QF3. Подачу напряжения осуществляют включением вводного автомата, установленного на боковой стенке шкафа управления.
Со вторичной обмотки трансформатора Т напряжение поступает на цепи управления и сигнализации. При этом на панели управления шкафа загорится сигнальная лампа HL1 "Сеть".
Для нагрева бака с электролитом и рабочей камеры установлены электродвигатели (ТЭНы). Суммарная мощность нагревателей для бака и рабочей камеры по 3 кВт. Включение нагрева бака и рабочей камеры производится кнопками SB 17 и SB 15 соответственно. При этом срабатывают реле КН5, пускатель КМ7 и реле КНЗ, пускатель КМ6. Реле КН5 и КНЗ, становясь на самопитание, подают напряжение на регулировки температуры. Пускатели нормально-открытыми (в дальнейшем Н. О.) контактами замыкают цепи ламп сигнализации HL5 и HL4 нагрева бака и рабочей камеры соответственно и подают напряжение 220 В, 50 Гц на нагреватели. Нагрев ведут до заданной температуры.
Контроль температуры нагрева осуществляется по электроконтактным термометрам ВК2 и ВК1 типа ТКП-200 Эк, установленными в электрошкафе. Тепловоспринимающим датчиком температуры являются термобаллоны термометров, установленных в баке и камере и соединенных с термометрами капиллярами длиной 2,5 м. При достижении заданной температуры контакты замыкаются и включают реле КН6 и КН4, которые своими нормально закрытыми (в дальнейшем Н.З.) контактами разрывают цепи питания магнитных пускателей КМ7 и КМ6 и нагрев прекращается, о чем свидетельствует погасание ламп HL5 и KL4. По мере остывания контакты термометров вновь замкнут цепи питания пускателей и нагрев возобновится.
Таким образом, температура рабочих сред блока и камеры поддерживается постоянной. Отключается нагрев питания SB 14 и SB 16.
Включение подачи электролита из бака в рабочую камеру производится кнопкой SB9. При этом срабатывает реле КН2 и, становясь на самопитание, подали питание на катушку пускателя КМЗ (SQ3 замкнут). Пускатель сработав, подключает электродвигатель МЗ к сети и н.о. контактами замыкает цепь лампы сигнализации HL3 "Электроника". При достижении верхнего уровня электролита сработает конечный выключатель SQ2 и отключит пускатель КМЗ. После слива электролита до нижнего уровня сработает конечный выключатель SQ3 и включит пускатель КМЗ и т.д. Отключается подача электролита кнопкой SB 8.
Включение вращения изделия осуществляется кнопкой SB3. При этом сработает пускатель КМ1 и становясь на самопитание, подключит электродвигатель Ml к сети. Отключается вращение кнопкой SB2. Аналогично работают цепи управления приводом осцилляции, включение технологического тока и промывки, причем при включении технологического тока загорается сигнальная лампа HL2 "Ток".
Перемещение крышки рабочей камеры вверх или вниз осуществляется кнопкой SB 10 и SB 11 соответственно. Для исключения аварийных ситуаций при перемещении крышки вниз предусмотрен путевой выключатель SQ4.
При достижении заданной толщины хрома на детали сработает путевой выключатель SQ1 в блоке активного контроля и отключит вращение изделия, осцилляцию, технологический ток и подачу электролита. Общий стоп установки осуществляется нажатием на кнопку SB1 "Общий стоп".
Блокировка и защита
Электрическая схема обеспечивает блокировку от одновременного включения перемещения крышки рабочей камеры вниз и вверх.
Электрическая схема обеспечивает следующие виды защит:
-нулевую защиту электроаппаратов, осуществляемую схемой их самопитания;
-защиту элементов схемы от перегрузок и коротких замыканий с помощью автоматов защиты QF1...QF3, предохранителей F1...F10 и тепловых реле КК1...КК5.
Исследование по микротвердости получаемых покрытий ГМХ
Для исследования микротвердости покрытий было применено математическое планирование эксперимента. Был поставлен полнофакторный эксперимент 2 . Статистическая обработка результатов эксперимента позволила получить уравнение, описывающее зависимость микротвердости (МПа) от режимов обработки. Проверка коэффициентов по критерию Стьюдента показала, что коэффициенты при , плотности тока и давлении инструмента незначимы. В итоге уравнение регрессии приняло следующий вид: Hv=19250-133T (4.3)
Корреляционный анализ показал, что зависимость микротвердости от температуры электролита сильно выражена и носит линейный характер. Проверка по критерию Фишера показала, что модель адекватна.
Уменьшение микротвердости с ростом температуры объясняется повышением пластичности осаждаемого хрома. Зависимость микротвердости покрытия от других исследованных факторов технологического процесса носит слабовыраженный характер.
Металлографические исследования поверхности и поперечного шлифа полученных покрытий позволили выявить три основных типа микроструктуры (рис. 4.4):
- первый тип микроструктуры - полосатая беспористая структура на поперечном шлифе и отсутствие трещин на поверхности до и после травления;
- второй тип микроструктуры - пористая структура с трещинами по сечению и на поверхности с широкими одиночными рисками-трещинами, перпендикулярными основанию;
- третий тип микроструктуры - пористая структура с трещинами по сечению, в основном параллельными основанию и хаотичной сеткой на поверхности.
При этом в случае получения покрытий со сжимающими остаточными напряжениями в них формируются структуры первого типа.
При получении покрытий с растягивающими остаточными напряжениями в них образуются структуры второго типа. Структуры покрытий третьего типа характерны для переупрочненных осадков.
В пределах рассмотренных режимов увеличение плотности тока приводит к появлению в покрытиях растягивающих остаточных напряжений и возрастанию дефектности покрытий, что способствует появлению протяженных микроканалов в покрытии и, соответственно, негерметичности по хрому.
Увеличение температуры электролита при плотности тока I=18 кА/м", давлении 1,0 МПа, приводит к возрастанию дефектности покрытий - появлялись поры и трещины. При изменении температуры электролита от 80 до 70 С формируется микроструктура первого типа, без пор и трещин. Для таких покрытий характерны сжимающие остаточные напряжения. При температуре электролита 60 С осаждаются покрытия с растягивающими остаточными напряжениями, в соответствии с этим, в данном случае формируются микроструктуры второго типа.
При формообразовании хромовых покрытий с изменяемым давлением наблюдались структуры первого, второго и третьего типа. При этом для режима обработки с давлением 0,5 МПа (плотность тока 13 кА/м и температура электролита 70 С) характерна микроструктура второго типа, увеличение давления приводит к появлению структур первого типа, т.к. в этих случаях формируются в покрытиях остаточные напряжения сжатия.
Дальнейшее увеличение давления (более 2,5 МПа) при данных условиях обработки приводило к шелушению и отслаиванию покрытий, т.е. резкому ухудшению качества покрытий, что объясняется, видимо, их переупрочнением.
Это подтверждает выдвинутые ранее предположения о механизме формирования остаточных напряжений в покрытиях, получаемых гальваномеханическим хромированием и объясняет получение некачественных покрытий большой толщины переупрочнением получаемых осадков.
Экспериментальные исследования, результаты которых приведены на рис. 4.4, показали, что конечная шероховатость поверхности зависит от величины исходной шероховатости детали и изменяется с течением времени.
При этом наблюдается постепенное уменьшение высоты микронеровностей для всех случаев исходной шероховатости. Микроструктура поверхности покрытия через 20 мин после начала обработки приведена на рис. 4.5, после окончания обработки - нарис. 4.6 (время обработки- 50 мин).
С течением времени они «залечиваются» - микронеровности выравниваются, шероховатость поверхности уменьшается и структура приобретает следующий вид- трещины и поры отсутствуют, шероховатость поверхности не превышает R.=0,02 мкм. При этом, чем меньше исходная высота микронеровностей, тем быстрее происходит выравнивание поверхности и тем меньше шероховатость поверхности после обработки.
Поверхностный слой деталей, его свойства, в частности остаточные напряжения, во многом определяют работоспособность узлов и изделий в целом. При этом оптимальным является наличие в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений.
Этапы разработки технологического процесса
Применение перспективных технологических процессов, в частности, гальваномеханического хромирования деталей, позволяет существенно снизить трудоемкость изготовления и восстановления деталей машин, повысить надежность изделий в целом за счет получения уникальных свойств покрытий, недостижимых никакими традиционными способами. Снижение трудоемкости достигается за счет получения необходимых свойств деталей непосредственно путем гальваномеханического хромирования, т.е. отпадает часть операций, направленных на получение низкой шероховатости и точности деталей после обычного хромирования. Кроме того, ГМХ обеспечивает уникальные физико-механические и эксплуатационные свойства деталей и покрытий, для достижения которых в традиционный технологии изготовления требуются дополнительные технологические приемы, в частности, алмазное выглаживание по хрому для повышения герметичности покрытий и их коррозионной стойкости, неоднократный низкотемпературный отпуск для обез-водороживания и снижения остаточных напряжений. При этом предлагаемая технология обеспечивает практически полное отсутствие брака при изготовлении и ремонте по причине негерметичности покрытии по слою хрома.
Технологический процесс обеспечивает получение покрытий с уникальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
Необходимо учитывать особенности процесса в каждом конкретном случае, в их числе:
1 )геометрическую форму деталей,
2)габариты деталей (площадь обрабатываемых поверхностей),
3)вид и состав электролита,
4)технические требования к покрытиям (пористый или беспористый хром),
5)характер технологии (изготовление новых деталей или восстановление изношенных),
6)характер производства (ремонтное, опытное, единичное, серийное и т.д.),
7)физико-механические свойства обрабатываемых деталей.
Специальное оборудование для ГМХ включает в себя все устройства, свойственные модернизированным установкам.
Технические требования к оборудованию и инструменту.
Общим требованием к оборудованию для ГМХ является коррозионная стойкость деталей, находящихся в контакте с электролитом. Для выполнения этого условия все детали и узлы, соприкасающиеся с электролитом хромирования, необходимо изготавливать, преимущественно, из фторопласта и титановых сплавов.
Разработка технологического процесса ГМХ деталей типа тел вращения.
Теоретические, экспериментальные исследования, а также исследования эксплуатационных свойств покрытий и деталей, изложенные в позволили определить рабочие режимы гальваномеханического хромирования, обеспечивающие получение качественных хромовых покрытий и разработать технологию гальваномеханического хромирования.
Исследования легли в основу технологии ГМХ и позволили разработать типовые техпроцессы гальваномеханического хромирования деталей. После окончательной механической обработки деталей, выполняемой по действующей технологии с требованиями к деталям, магнитного контроля и отпуска технологический процесс ГМХ включает:
1) контроль деталей, поступающих на хромирование;
2)предварительное обезжиривание и промывка;
3)гидропескоструйная обработка;
4)контроль;
5)монтаж деталей на приспособлении и изоляция поверхностей, не подлежащих хромированию;
6)обезжиривание химическое или электрохимическое;
7)промывка в теплой проточной воде;
8)промывка в холодной проточной воде;
9)установка деталей в оборудование ГМХ. В производственных условиях штоки посредством специальных переходников с хомутами укрепляются на шпинделе. Цилиндры ставятся в специальные приспособления и закрепляются быстросъемными зажимами;
10)декапирование;
Детали декапируются в рабочем электролите хромирования в течение 30-40 с без механического воздействия на рабочих режимах ГМХ. Перед анодным декапированием детали выдерживаются в ванне (штоки) или приспособлении (цилиндры) с прокачкой электролита для их прогрева;
11)гальвано-механическое хромирование осуществляется в электролите хромирования, содержащем 200-250 г/л Сг20з и 2-2,5 г/л H2SO4.
В табл. приведены режимы гальвано-механического хромирования для различных случаев обработки, как-то получение новых гладких и пористых покрытий, восстановление изношенных поверхностей деталей.
Межэлектродное расстояние при обработке штоков необходимо принимать по ПИ ВИАМ, для цилиндров минимальное межэлектродное расстояние составляет 2-4 мм.
ГМХ ведется в течение времени, необходимого для осаждения покрытия требуемой толщины (скорость осаждения на рабочих режимах 0,8-1,25 мкм/мин).
12)промывка в непроточной воде;
13)промывка в холодной и горячей воде;
14)демонтаж, сушка и снятие изоляции;
15)обезводороживание;
16)контроль.
Операции промывки, демонтажа, обезводороживания и контроля деталей проводятся в соответствии с инструкциями ВИАМ.
