Повышение качества финишной обработки основы и хромовых покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники Пименова Оксана Владимировна

Содержание к диссертации

Введение

1 Состояние вопроса и задачи исследования 10

1.1 Основные способы восстановления деталей 10

1.2 Особенности электроосаждения хрома 13

1.3 Влияние механической обработки основы и

покрытия на его физико-механические свойства 19

1.4 Механическая обработка плоских поверхностей до

и после хромирования 25

1.5 Задачи исследования 37

Выводы 38

2 Предварительная обработка плоских поверхностей деталей под гальваническое покрытие 39

2.1 Характерные особенности камерной обработки плоских поверхностей под гальванопокрытие 39

2.2 Основные свойства уплотненной абразивной среды 43

2.3 Теоретические исследования контактного взаимодействия мелкодисперсной обрабатывающей среды с поверхностью обрабатываемой детали 48

2.4 Определение теоретической производительности камерной обработки 63

Выводы 70

3 Производительность и качественные характеристики обработки деталей под гальваническое покрытие хромом 71

3.1 Влияние состава обрабатывающей среды на качество поверхности детали, подготовленной к гальванопокрытию 71

1 Роль смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при обработке деталей абразивными средами 71

2 Обрабатывающие среды, используемые при камерном способе абразивной обработки 73

3 Толщина смазочной пленки в зоне контакта абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью 77

4 Выбор состава СОЖ при камерной обработке деталей под гальванопокрытие 86

Влияние технологических параметров и условий обработки на производительность процесса и шероховатость обработанных под гальванопокрытие поверхностей 89

1 Оборудование, аппаратура и методика проведения экспериментальных исследований 89

2 Исследование производительности обработки деталей статически уплотненным абразивом 94

3 Исследование влияния технологических факторов и условий обработки на шероховатость обработанных поверхностей деталей 100

Микротвердость и остаточные напряжения в поверхностном слое деталей 106

Рекомендации по выбору технологических режимов и условий обработки деталей уплотненным абразивом 109

Выводы

Исследование кинетики электроосаждения хрома и некоторых физико-механических свойств хромированных плоских поверхностей после их обоработки 115

4.1. Исследование кинетики электроосаждения хрома 115

4.2 Методы исследования физико-механических свойств покрытий 116

4.3 Результаты исследования физико-механических свойств покрытий 119

Выводы 125

5 Технология восстановления деталей, экономическая эффективность применения предлагаемого камерного способа обработки 127

5.1 Назначение поршневых колец 127

5.2 Технология восстановления деталей 130

5.3 Экономическая эффективность применения камерного способа обработки 132

Выводы 136

Общие выводы 137

Литература

• Основные способы восстановления деталей
• Характерные особенности камерной обработки плоских поверхностей под гальванопокрытие
• Роль смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при обработке деталей абразивными средами
• Методы исследования физико-механических свойств покрытий

Введение к работе

В агропромышленном комплексе Российской Федерации работает в настоящее время около одного миллиона тракторов, более полутора миллионов автомобилей и значительный парк различных сельскохозяйственных машин. Однако за период 1990 - 2004 гг. парк основных видов техники в сельскохозяйственных предприятиях России резко уменьшился. Так на конец 1990 г. в сельхозпредприятиях и организациях имелось 1366 тыс. тракторов, а на конец 2004 г. - лишь 581 тыс., или в 2,4 раза меньше. Парк зерноуборочных комбайнов составил соответственно 407,8 тыс. и 143,5 тыс. шт., или сократился в 2,8 раз. Существенно уменьшилось число и других машин. Сохраняется тенденция старения машинно-тракторного парка (МТП), возрастает срок эксплуатации машин [1,2, 3,4].

Наиболее распространенной причиной выхода деталей и рабочих органов машины из строя является износ рабочих поверхностей. При поступлении деталей в капитальный ремонт лишь некоторые, наиболее простые и недорогие в изготовлении, утрачивают работоспособность полностью и требуют замены. Большинство деталей имеют остаточный ресурс и могут быть использованы повторно после проведения сравнительно небольшого объема работ по их восстановлению.

Восстановление деталей имеет большое значение. Стоимость восстановления значительно ниже стоимости изготовления. Затраты на восстановление деталей, даже в условиях современных ремонтных предприятий, составляют в зависимости от конструктивных особенностей и степени изношенности деталей от 10 до 50% от стоимости новых деталей [5]. При этом чем сложнее деталь и, следовательно, чем дороже она в изготовлении, тем ниже затраты на ее восстановление.

Экономическая эффективность восстановления деталей по сравнению с их изготовлением объясняется рядом причин. При

восстановлении детали значительно сокращаются расходы на материалы и полностью исключаются затраты, связанные с получением заготовок. Кроме того, происходит экономия топливно-энергетических и трудовых ресурсов за счет повторного, а в отдельных случаях и многократного использования изношенных деталей, восстанавливаемых на производственной базе ремонтных предприятий.

В связи с этим ставятся задачи, направленные на повышение качества ремонта, за счет совершенствования технологии восстановления деталей машин.

Одним из перспективных способов восстановления деталей является применение гальванических покрытий. В настоящее время разработана большая номенклатура гальванических покрытий, которые могут придавать поверхностям деталей машин различные физико-механические свойства, существенно отличающиеся от свойств основного материала детали и тем самым обеспечивать заданную коррозионную стойкость, износоустойчивость, контактную жесткость деталей. В ремонтной практике для восстановления деталей, которым необходима высокая износостойкость, чаще всего применяют хромирование [6].

Электрохимически осаждаемые хромовые покрытия обладают высокой твердостью, износостойкостью, отражательной способностью. Известно, что такие показатели, как прочность сцепления покрытий с основой, равномерность покрытия зависят, прежде всего, от качества подготовки поверхности подложки. Кроме того, необходимо отметить, что большое влияние на физико-механические свойства покрытий оказывает их последующая обработка. Таким образом, надежность работы деталей с гальваническими покрытиями будет зависеть от технологии обработки деталей до нанесения покрытия, технологии нанесения покрытия и технологии обработки деталей после его нанесения.

Качество поверхности подложки и покрытия определяется финишными операциями, где окончательно формируются физико-механические характеристики поверхностного слоя материала детали. Поэтому актуальным направлением в процессе подготовки поверхности деталей под гальванопокрытие и при обработке самих покрытий является совершенствование финишных операций.

К числу методов финишной обработки, получивших широкое распространение в последние годы, следует отнести обработку свободным инструментом. В настоящее время широко известны работы по теоретическому и экспериментальному исследованию процесса обработки свободным абразивом В.Н. Кащеева, П.И. Ящерицына, А.Н. Мартынова, В.А. Скрябина и др., которые могут служить базой для решения различных производственных задач.

Применение эффективной операции финишной обработки поверхностей деталей под гальванопокрытие и обработки покрытий, обеспечивающей получение требуемой шероховатости поверхности, способной повысить производительность процесса, а также степень механизации и автоматизации, является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение качества финишной обработки основы и хромовых покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственных машин применением схемы камерной обработки.

Возможности данного способа обработки не могут быть полностью реализованы без глубоких и четких представлений о физической природе взаимодействия абразива с обрабатываемым материалом. Кроме того, требуют особого внимания вопросы интенсификации данного процесса обработки. Решение данных задач позволит разработать эффективные условия обработки основы и покрытия.

Объект исследований. Технологические операции финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненными

мелкодисперсными абразивными средами до нанесения гальванического покрытия и после его нанесения.

Предмет исследований. Показатели качества и производительность финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненными мелкодисперсными абразивными средами.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных законов динамики относительного движения применительно к единичной абразивной частице, законов механики сплошных сред и молекулярной физики граничного трения, теории упругости и пластичности, теории вероятности и математической статистики, а также научных положений технологии машиностроения.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях в соответствии с действующими ГОСТ, с использованием аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ программами MathCAD, Excel.

Научная новизна работы заключается в:

получении аналитических зависимостей по определению основных технологических параметров для камерной обработки плоских поверхностей при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники гальваническими покрытиями;

получении уравнений регрессий, устанавливающих взаимосвязь технологических факторов с качественными характеристиками поверхности и производительностью финишной камерной обработки;

определении количественных оценок физико-механических свойств покрытий в зависимости от финишной механической обработки основы и покрытий.

Практическая ценность работы заключается в создании научно-обоснованных рекомендаций по применению камерной финишной

обработки плоских поверхностей до и после нанесения гальванического покрытия, позволяющих повысить качественные показатели поверхности и производительность процесса.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований финишной обработки плоских поверхностей статически уплотненной абразивной средой внедрены на ОАО «СКБТ» г. Пенза и на ОАО Ремонтный завод "Колышлейский" Пензенской области. В результате обеспечен рост производительности процесса восстановления деталей, повышено качество финишной обработки и получен экономический эффект при внедрении разработанной финишной операции обработки.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту;

аналитические зависимости по определению основных технологических параметров для камерной обработки плоских поверхностей при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники гальваническими покрытиями;

уравнения регрессии, устанавливающие взаимосвязь технологических факторов с качественными характеристиками поверхности и производительностью финишной обработки;

количественные оценки физико-механических свойств покрытий в зависимости от финишной механической обработки основы и покрытий.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Основные способы восстановления деталей

Обычно выделяют несколько наиболее употребительных технологических процессов, которые достаточно широко применяются в настоящее время в отечественной и зарубежной ремонтной практике. Это, во-первых, технологические процессы, которые связаны только с упрочнением поверхностных слоев и, во-вторых, технологические процессы, дающие приращение материала, компенсирующего износ и восстанавливающие размеры деталей.

Основные способы восстановления деталей с изношенными поверхностями представлены на рисунке 1.1 [7, 8].

Способы восстановления деталей с изношенными поверхностями

Рисунок 1.1 - Классификация способов восстановления деталей с изношенными поверхностями

Пластическое деформирование как способ восстановления основан на использовании пластических свойств материала деталей. При ремонте машин выполняют следующие основные операции: восстановление размеров изношенных участков путем перераспределения массы деталей (раздача, обжатие, осадка, вдавливание, вытяжка, растяжка, накатка); устранение дефектов формы деталей путем правки.

Восстановление деталей пластической деформацией приводит к

изменению физико-механических свойств и структуры обрабатываемого металла [9]. Кроме того, пластическое деформирование ухудшает микрогеометрию поверхностей деталей, поэтому для получения нужной чистоты поверхности детали подвергают шлифованию.

Дуговая наплавка (сварка) является самым распространенным способом восстановления детали [8]. Сварку применяют при устранении механических повреждений на детали (трещин, пробоин и т.п.), а наплавку - для нанесения покрытий с целью компенсации износа рабочих поверхностей. С помощью сварки и наплавки по сравнению с другими методами восстановления можно получить на рабочих поверхностях деталей слои любой толщины и химического состава, а также наплавленный слой с разнообразными свойствами: высокой твердостью, износостойкостью, жаропрочностью и др. На ремонтных предприятиях применяют как ручные, так и механизированные способы сварки и наплавки. Среди механизированных способов наплавки наибольшее применение нашли: автоматическая электродуговая наплавка под слоем флюса и в среде защитных газов, вибродуговая и электроконтактная наплавка. В настоящее время нашли применение плазменная сварка и наплавка, сварка трением, электроферромагнитная наплавка и др.

Вместе с тем при сварке и наплавке происходят нежелательные явления, такие как окисление металлов, поглощение азота, выгорание легирующих примесей, объемные и структурные изменения, что приводит к короблению деталей, нарушению их термообработки, снижению прочности детали в сварочном шве [6, 7].

Газотермическое напыление заключается в нанесении на поверхность детали расплавленного металла струей сжатого воздуха. Толщина покрытия, в зависимости от его назначения может быть от 0,03 до 10 мм и более [9]. Прочность покрытия определяется молекулярными силами сцепления контактных участков и чисто механическим

зацеплением напыляемых частиц за неровности поверхности детали. В процессе напыления частицы металла подвергаются окислению. Покрытие получается пористым, достаточно хрупким, имеющим низкий предел прочности на растяжение. В зависимости от источника расплавления металла различают следующие виды металлизации: газопламенную, дуговую, высокочастотную, плазменную.

Однако одним из перспективных способов восстановления деталей является нанесение гальванических покрытий [10, 11, 12]. Нанесение гальванических покрытий основано на осаждении металла на поверхностях детали из растворов солей гальваническим методом.

Восстановление изношенных деталей гальваническими покрытиями имеет ряд преимуществ перед другими способами восстановления, а именно [13, 14, 15]:

отсутствие термического воздействия на детали, вызывающего в них нежелательные изменения структуры и механических свойств;

получение с большой точностью заданной толщины покрытий, что позволяет снизить до минимума припуск на последующую механическую обработку и ее трудоемкость;

возможность регулирования свойств покрытий в широких пределах путем изменения режимов электролиза;

получение покрытий высокого качества из недефицитных и дешевых материалов;

восстановление одновременно большого количества деталей, что снижает трудоемкость и себестоимость ремонта единицы изделия;

автоматизация процесса электролиза.

В целях компенсации износа и упрочнения деталей наиболее часто применяют хромирование [16].

Технологический процесс нанесения гальванических покрытий состоит из трех групп операций: подготовки деталей к наращиванию покрытия, нанесения покрытия и обработки деталей после покрытия.

1.2 Особенности электроосаждения хрома

Электроосаждение хрома из растворов хромовых кислот (смесь кислот Н₂Сг₂07 и Н2СЮ4) является одним из наиболее сложных процессов в гальваностегии [17, 18, 19]. Он имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с выделением других металлов: низкий выход металла по току (в 3 - 5 раз меньше, чем при осаждении других металлов), обязательное присутствие в растворе в небольшом количестве добавок активных анионов (S04,SiF₆²",F'), необходимость применения

нерастворимых анодов, очень низкая рассеивающая способность электролита [20].

Во время хромирования на катоде происходят следующие процессы: осаждение хрома; выделение водорода; восстановление анионов хромовой кислоты; образование на поверхности катода тонкой пленки, состоящей из активного аниона и продуктов восстановления хромовой кислоты.

В работе [21] показано, что образующаяся на катоде в процессе электролиза пленка способствует восстановлению хромат-ионов до металла. Электроды из хрома, железа, никеля и некоторых других металлов в чистом растворе хромовой кислоты покрываются прочной окисной пленкой, которая препятствует восстановлению ионов хрома. В этих условиях выделяется только водород, причем при повышенном перенапряжении. Восстановление хромат-ионов на этих электродах возможно только в присутствии небольшого количества активных анионов, которые служат как бы катализаторами процесса. При этом в зависимости от потенциала меняется как характер, так и скорость электрохимических реакций, что и показано на рисунке 1.2, где приведены

катодные поляризационные кривые: для раствора хромовой кислоты без добавки активного аниона (кривая 1) и для электролита с добавлением SO4" (кривая 2).

к, А/дм

-0,6 -0,8 -1,0 -1,2 Потенциал, В

Рисунок 1.2 - Катодные поляризационные кривые: 1 - для раствора хромовой кислоты без добавки активного аниона; 2 - для электролита с добавлением SO4'

Как видно из рисунка 1.2, характер и скорость процесса в электролитах без добавок и с добавками активных анионов резко отличаются. В первом случае катодный процесс состоит практически только из выделения водорода. Во втором случае поляризационная кривая на участке ab отражает восстановление Сг до Сг , на участке be -образование катодной пленки и начало выделения водорода и на участке cd - осаждение хрома, выделение водорода и восстановление Сг до Сг , происходящие одновременно. По мере образования катодной пленки растет переходное сопротивление на поверхности катода, плотность тока из-за этого уменьшается (участок be), хотя отрицательный потенциал возрастает. Таким образом, роль катодной пленки сводится к повышению поляризационного сопротивления катода и смещению благодаря этому его потенциала до значения, при котором наступает выделение хрома.

Особенностью катодного процесса при хромировании является небольшой наклон поляризационной кривой на участках рабочих плотностей тока. Такая небольшая поляризуемость катода обуславливает низкую рассеивающую способность хромовых электролитов. Относительно большой расход тока на побочные катодные процессы обуславливает характерный для хромирования низкий выход хрома по току.

При хромировании применяются только нерастворимые аноды из свинца и его сплавов с сурьмой и оловом. Во время электролиза на нерастворимом свинцовом аноде происходит выделение кислорода и активное окисление трехвалентного хрома до шестивалентного.

Основными компонентами хромового электролита являются

хромовые кислоты Н₂Сг₂07 и Н2СЮ4, анионы S04,SiF₆²',F'. Концентрацию хромовой кислоты можно изменять в широких пределах от 50 до 500 г/л. Чем выше концентрация хромовой кислоты, тем больше электропроводность раствора, но тем значительнее потери вследствие распыления электролита выделяющимся водородом и уноса хромовой кислоты покрываемыми изделиями. С повышением концентрации хромовой кислоты в растворе, содержащем сульфат ионы, выход хрома по току снижается, в присутствии же фтористоводородной и кремнефтористоводородной кислот он достигает максимума при более высоких концентрациях хромового ангидрида (СЮз) и затем снова уменьшается.

В виду того, что увеличение концентрации хромовой кислоты уменьшает также твердость осадков, в последние годы значительно усилился интерес к использованию электролитов хромирования пониженной концентрации [22]. Большинство исследователей подчеркивают преимущества разбавленных электролитов хромирования: повышенный выход по току и лучшую рассеивающую способность,

экономичность и технологичность. Большое внимание уделяется и сверхразбавленным электролитам, содержание хромовой кислоты в которых составляет 20 - 50 г/л [23].

В зависимости от плотности тока и температуры электролита при неизменном его составе можно получить покрытия трех видов: матовые (серые), блестящие и молочные.

Матовые осадки отличаются высокой твердостью, повышенной хрупкостью и пониженной износостойкостью. Блестящий хром имеет наиболее высокую твердость, хорошее сцепление с основным металлом и относительно небольшую хрупкость. Эти осадки отличаются хорошей износостойкостью при умеренных нагрузках. Покрытия молочным хромом отличаются достаточной пластичностью, но менее тверды. Такие осадки наносят на детали, работающие при знакопеременных и ударных нагрузках.

Хромовые покрытия отличаются низкой смачиваемостью, что препятствует сохранению масляной пленки. Для устранения этого недостатка используют пористое хромирование. Пористо-хромовые покрытия применяются в качестве износостойких покрытий для деталей, работающих на трение в тяжелых условиях эксплуатации при недостаточной смазке.

Наиболее просто получить пористость электролитическим способом путем анодного травления покрытия в электролите. Анодное травление деталей проводят в той же хромовой ванне, в которой их хромировали, путем переключения полярности тока. Продолжительность травления 5-Ю мин. В это время происходят растворение хрома, протекающее более активно по границам первичных микротрещин, и образование пор канальчатого или точечного типа. Покрытия с канальчатыми порами целесообразно применять для деталей, работающих с ограниченной

смазкой, а покрытия с точечной поверхностью - для деталей, к которым предъявляются требования хорошей прирабатываемости.

Пористым хромированием повышают износостойкость поршневых колец, поверхность цилиндров двигателей и других деталей, работающих в условиях трения скольжения.

Существенное влияние на выход металла по току и свойства осадков оказывает концентрация в растворе активных добавок. Применяемые в настоящее время электролиты в зависимости от рода этих добавок можно

условно разделить на следующие группы: сульфатные, содержащие SO²,'; сульфатно-кремнефторидные, в которых активными добавками являются SO².' и SiF₆²'; тетрахроматные, у которых часть хромовой кислоты

нейтрализуется с образованием в растворе тетрохромата, и электролиты специального назначения (получение сплавов хрома, окрашенные хромовые покрытия и др.).

При применении сульфатных электролитов для получения покрытия хорошего качества необходимо, чтобы отношение концентраций СгОз : H2SO4 в электролите поддерживалось постоянным на уровне около 100 [24]. Значительное понижение концентрации серной кислоты в электролите вызывает отложение серых недоброкачественных осадков хрома, повышение ее концентрации - отложение мелкозернистых блестящих осадков, в обоих случаях при сниженном выходе хрома по току.

Существенной положительной особенностью сульфатных электролитов является их незначительная агрессивность по отношению к стали и свинцу, что позволяет не опасаться травления стальных деталей на нехромируемых участках.

Широкое применение получили саморегулирующиеся электролиты,

содержащие одновременно ионы SO²/ и SiF₆²". Как показали исследования

[24, 25] введение в сульфатный электролит аниона крем нефтористоводородной кислоты повышает выход по току, расширяет интервал блестящих

осадков и улучшает рассеивающую способность при значительных плотностях тока и повышенных температурах. Сернокислый стронций и кремнефтористоводородный калий имеют ограниченную растворимость в хромовой кислоте, примерно такую, которая соответствует требуемой концентрации анионов в электролите. Поэтому при наличии этих солей в избытке, нужная концентрация анионов в электролите сохраняется более постоянной, в процессе работы ванны и в случае снижения со временем восстанавливается автоматически.

Внутренние напряжения в хромовых покрытиях, осажденных из сульфатно-кремнефторидного электролита, и их микротвердость несколько ниже, чем покрытий из универсального электролита.

Преимущества применения такого электролита в следующем [5]: автоматическая корректировка его состава; повышенная скорость осаждения хрома в связи с более высоким выходом по току (18 - 20%); относительно высокая рассеивающая способность электролита (17 - 20%); высокая твердость покрытия. Однако сульфатно-кремнефторидные электролиты имеют серьезный недостаток - сравнительно высокую химическую агрессивность.

Тетрохроматные электролиты отличаются хорошей рассеивающей способностью. Осадки хрома имеют низкую твердость, менее частую сетку трещин и меньшую пористость. Внешний вид осадков хрома матовый, но они сравнительно легко полируются. Электролит целесообразно применять при восстановлении деталей, имеющих невысокую поверхностную твердость, а также в качестве защитно-декоративного покрытия.

Все вышеперечисленные электролиты хромирования - это соединения на основе шестивалентного хрома, которые оказывают на организм общетаксическое, раздражающее, аллергенное действие. В связи с этим большой практический интерес представляют электролиты,

содержащие соединение трехвалентного хрома, так как они не относятся к промышленным ядам.

Попытки получить металлический хром из трёхвалентных солей делались еще в начале прошлого века. Исследованию процессов электроосаждения хрома из электролитов на основе его трёхвалентных соединений посвящено большое число работ, обзор их представлен в работах [26, 27]. Однако до сих пор механизм процесса недостаточно изучен. Экспериментальные трудности изучения этой проблемы обусловлены сложной химической природой растворов солей хрома: многообразием комплексов, гидролизом, очень низкой величиной произведения растворимости Сг(ОН)з, равной приблизительно 10'³¹, модификационными превращениями, зависящими от температуры, рН и концентрации растворов, а также одновременным протеканием нескольких электрохимических реакций при восстановлении ионов трёхвалентного хрома до металла и необходимостью разделения катодного и анодного пространств вследствие образующихся на аноде соединений шестивалентного хрома.

1.3 Влияние механической обработки основы и покрытия на его физико-механические свойства

Физико-механические свойства электролитических покрытий определяют их применимость в той или иной области техники. Как показали многие исследователи, физико-механические свойства электролитических покрытий могут значительно изменяться в зависимости от условий электроосаждения, в частности, от состава электролита, наличия в нем поверхностно-активных веществ, режима электролиза (температуры, плотности тока, характера поляризации) и других факторов [28]. Среди прочих факторов, влияющих на свойства получаемых

гальванических покрытий, большую роль играет состояние подложки и дальнейшая обработка покрытий.

Механическая обработка поверхности детали перед нанесением покрытия и обработка самих покрытий обеспечивает получение деталей, отвечающих требуемым геометрическим размерам и имеющих необходимую шероховатость поверхности [29]. После механической обработки поверхности восстанавливаемых деталей не должны иметь раковин, неметаллических включений, шлифовочных трещин и прижогов.

Шероховатость поверхности металла наряду со структурными и физико-химическими свойствами основы, а также условиями электроосаждения оказывает существенное влияние на получение качественных гальванических покрытий. Наиболее сильно на шероховатость покрытий влияет шероховатость основного металла и толщина осадка. Так при осаждении из универсального электролита слоя хрома 0,08 - 0,1 мм шероховатость поверхности повышается в 1,5-2 раза [30].

Шероховатость хромированной поверхности зависит от режимов хромирования, причем она растет при повышении плотности тока и снижении температуры электролиза. Увеличение исходной шероховатости поверхности при толщине слоя 0,2 мм снижает твердость покрытия на 10% и повышает его пористость в несколько раз (рисунок 1.3) [31].

Черновая обработка поверхности металла образца снижает качество покрытия, следовательно, обработка поверхностей с более низкой шероховатостью перед нанесением покрытий повышает эксплуатационные свойства деталей и уменьшает общее время на механическую обработку, несмотря на введение дополнительной операции.

Яц, МПа

1,25

N, пор/мм"

2,6 Ra, мкм

0,32 0,63

Рисунок 1.3 - Влияние шероховатости поверхности перед хромированием на: микротвердость Н/л{\) и пористость хрома N(2)

Одной из важнейших характеристик покрытий, применяющихся для повышения износостойкости деталей, является их твердость. Твердость хромовых покрытий значительно превосходит твердость других гальванических покрытий. Однако ее значение может изменяться в очень широких границах путем изменения условий осаждения. Влияние шероховатости основы на твердость и пористость покрытий было рассмотрено выше (рисунок 1.3).

Механическая обработка самих покрытий также приводит к изменению шероховатости, микротвердости и пористости осадков. Причем изменение данных свойств покрытий зависит от величины снимаемого припуска (рисунок 1.4).

Величина снимаемого припуска при шлифовании покрытия из электролитического хрома кругами 24А25СМ2К5 значительно снижает микротвердость и увеличивает пористость осадка по сравнению с микротвердостью и пористостью нешлифованной поверхности. При снятии припуска от 0,01 до 0,15 мм микротвердость шлифованной поверхности снижается от 5 до 25%, а пористость увеличивается от 2 до 60 раз. Таким

образом, величина снимаемого припуска во время финишной механической обработки должна быть наименьшей.

N, шт/мм Яц, МПа

5000 припуск, мм

Рисунок 1.4 - Влияние величины снимаемого припуска на микротвердость HjU (1) и пористость N (2)

Одним из важных факторов, определяющих качество покрытий, является прочность сцепления с покрываемой поверхностью.

Величина сцепления зависит от сил притяжения, возникающих между атомами основного металла и покрытия. На адгезионную прочность влияют главным образом предварительная подготовка поверхности детали перед нанесением покрытия и структурные характеристики контактирующих материалов. Высокая адгезия покрытий создается за счет продолжения кристаллической решетки основного металла металлом покрытия и воспроизведения структуры основы, образование интерметаллических сплавов, соблюдения принципа непосредственной близости [32]. Наиболее подробные исследования в этой области проведены А.Т. Ваграмяном [28,33].

Наибольшая сцепляемость достигается при осаждении покрытий на абсолютно чистую поверхность, свободную от всякого рода загрязнений [34]. В случае наличия самых незначительных загрязнений (например, жиров, масел, оксидных соединений) при осаждении покрытия,

удовлетворительные по внешнему виду, никогда не будут отличаться достаточным сцеплением с поверхностью металла.

В ходе исследований [35] было установлено, что на величину прочности сцепления хромового покрытия с основным металлом существенное влияние оказывает вид механической обработки поверхностей, подлежащих хромированию. При одинаковом значении шероховатости поверхностей, полученной при обработке стали 45 точением и шлифованием, прочность сцепления покрытия с основным металлом разная (рисунок 1.5).

На шлифованной поверхности (кривая 1) прочность сцепления выше

на 20 - 30% по сравнению с обработанной резцом. Видно также (кривая 1),

что с уменьшением величины среднеарифметического отклонения

профиля от значения 6,3 до 0,2 мкм величина прочности сцепления

заметно возрастает.

Прочность сцепления асц, МПа

6,3 1,6 0,4

Величина Ra, мкм

Рисунок 1.5 - Влияние шероховатости поверхности основного металла на прочность сцепления с хромовым покрытием: 1 - шлифованная поверхность; 2 - обработанная резцом

Дальнейшее снижение шероховатости (R_a) уже не вызывает существенного увеличения прочности сцепления. Следовательно, можно сделать вывод, что более приемлемой операцией механической обработки

поверхностей деталей, подлежащих хромированию, является операция шлифования до значения R_a= 0,4 - 0,2 мкм.

С увеличением толщины слоя покрытия наблюдается определенная тенденция к снижению сцепления между покрытием и покрываемой поверхностью. Однако в практике хромирования это обычно не учитывается. При современных нормах нагрузки на трущиеся поверхности детали, покрытые для восстановления размеров слоями хрома большой толщины, работают надежно, если были соблюдены режимы подготовки хромирования и применено шлифование покрытия.

Покрытие, связанное с основным металлом, подвержено влиянию температуры, механических нагрузок и другим внешним и внутренним силам. Наиболее напряженным, критическим местом является граничная поверхность между покрытием и основным металлом. В связи с этим прочность сцепления покрытия и основного металла является одним из важных факторов, характеризующих возможность применения металлических покрытий.

Хромовые покрытия отличаются хорошими антифрикционными свойствами: низкий коэффициент трения и высокая износостойкость [36]. Низкий коэффициент трения и высокая твердость хрома позволяют с успехом применять его для исключения задиров при трении вязких, склонных к схватыванию материалов.

Износостойкость хромовых покрытий возрастает с повышением твердости. Отметим, что износостойкость зависит от режима электроосаждения и условий работы трущихся пар. При правильно выбранных условиях хромирования и эксплуатации хромированных деталей износостойкость стальных деталей после хромирования возрастает в три - пять раз.

Износостойкость покрытия связана с его твердостью сложной зависимостью, характеризующейся наличием максимума [37].

Следовательно, можно предположить, что состояние подложки будет влиять на износостойкость покрытий, однако детальных исследований по этому вопросу не имеется.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что не только условия электрохимического осаждения способствуют получению покрытий, соответствующих предъявляемым требованиям, но и соблюдение необходимых подготовительных операций, выбор которых, в свою очередь, должен производиться с учетом природы металла-основы, особенностей его обработки, состояния поверхности, размеров и конфигурации деталей. Технология, сочетающая правильно выбранный состав электролита вместе с режимами электролиза для нанесения покрытий с эффективными методами предварительной и последующей обработки поверхности, гарантирует получение покрытий высокого качества.

1.4 Механическая обработка плоских поверхностей до и после хромирования

Качественная обработка поверхности и тщательная очистка ее от внешних посторонних загрязнений - залог успеха в получении доброкачественного покрытия. Поэтому подготовка поверхности деталей является важной технологической операцией.

Обработка и очистка поверхности деталей может производится механическим, химическим и электрохимическими способами. Однако механический способ подготовки поверхности детали имеет ряд преимуществ [38]:

- отсутствие химикатов (солей) на очищенной поверхности и
необходимость их удаления промывкой;

отсутствие загрязнений сточных вод и водоемов;

возможность автоматизации и механизации.

Механическая обработка деталей до хромирования имеет назначение подготовить поверхность для хорошего ее сцепления с хромом, что требует возможно меньшей ее шероховатости.

Гальванические покрытия из электролитического хрома в большинстве случаев подвергают механической обработке, так как они наращиваются на детали большими слоями и изменяют точность размеров и формы, а так же шероховатость поверхности.

Трудоемкость операций механической обработки в общем процессе гальванического производства достигает 60 - 70 % [39].

В настоящее время разработано и исследовано большое количество различных методов механической обработки деталей: методы обработки лезвийным инструментом, связанным и свободным абразивом.

Наиболее распространенным методом механической обработки деталей является обработка на механических станках, снабженных вращающимися дисками или кругами. При помощи шлифовального круга, благодаря очень большому количеству мелких режущих зерен, действующих одновременно, можно производить более совершенную обработку металла, нежели при работе каким-либо другим режущим инструментом. Для достижения наиболее качественной и равномерной поверхности деталь шлифуют в несколько переходов (3 - 5), с постоянным уменьшением величины зерна. Следует отметить, что во время работы абразивные зерна теряют свою режущую способность.

Обработка хромовых покрытий должна проводиться с обильным охлаждением. При недостаточном количестве СОЖ уменьшается активность ее воздействия в зоне резания, в связи с чем возрастает трение и силы резания. Напряжения в слое хрома растут, что увеличивает растрескивание хромового покрытия, снижает микротвердость и повышает пористость хрома [40].

При выборе шлифовальных кругов существенное значение имеет

материал круга, степень зернистости, которая тесно связана с характером обрабатываемой поверхности и материалом детали, а также твердость, форма, размер круга [41].

Однако механическая обработка шлифовальными кругами плоских и сложнопрофильных поверхностей имеет свои недостатки. Так, например, профильное чистовое абразивное и алмазное шлифование требует высокоточных станков, специального профилирования и правки абразивного и алмазного инструмента. При наличии жесткой кинематической связи в системе станок-инструмент-деталь необходимо обеспечить точное базирование и установку детали. Все это требует применение труда рабочих высокой квалификации. Отметим также, что установка и зажим деталей с поверхностями сложного профиля при шлифовании затруднительны и часто приводит к значительным силовым деформациям, что не дает возможности обеспечить требуемую точность по форме и размерам.

Процесс шлифования жесткими абразивными кругами характеризуется высокой температурой в зоне контакта (около 800С) при этом изменяются свойства абразивных зерен: уменьшается их твердость, происходит затупление абразивных зерен, в связи с этим возникает потребность в частой правке затупившихся кругов, при которой удаляется часть зерен не принимающая участие в резании. В процессе резания при шлифовании принимают участие только абразивные зерна с оптимальной геометрией и благоприятном их расположении на рабочей поверхности круга. Часть абразивных зерен, не отвечающих этим требованиям, легко выкрашивается и не принимает участия в резании. Все это свидетельствует о неэффективном расходовании металла при шлифовании.

Кроме того, как следует из работ [42, 43], при обработке связанным абразивом, работа резания в зависимости от давления на круг составляет 4...20 %, а работа, расходующаяся на трение (деформация металла в навалы

и трение абразивного зерна о поверхность шлифовочной риски) - 80...90 %. Это приводит к значительным температурным деформациям и увеличению степени пластической деформации, за счет высокого удельного давления шлифовального круга на поверхность детали (1...1,5 МПа).

В процессе шлифования поверхностей деталей абразивными кругами образуются остаточные растягивающие напряжения [44, 45], которые способствуют возникновению шлифовочных трещин, что в свою очередь приводит к снижению прочностных свойств детали.

Таким образом, механическая обработка плоских поверхностей деталей известными методами абразивной обработки является малоэффективной, она не обеспечивает необходимого качества обработки всех участков поверхности детали.

В этом случае возможна обработка методами, в которых обрабатывающей средой является абразив, находящийся в незакрепленном состоянии, контактирующий с обрабатываемой поверхностью не вершинами абразивных зерен, а их микро- и субмикропрофилем. При этом интенсивность субмикрорезания достаточно высока и обеспечивается удаление поверхностного слоя металла до его усталостного разрушения от циклического передеформирования.

Глубина резания в данном случае не превышает 1 мкм, а контактное давление находится в диапазоне 0,08...0,15 МПа. При этом имеет место высокая степень диспергирования металла.

Все это указывает на то, что при тонких процессах абразивной обработки идет адсорбционно-пластифицирующее действие тончайшего слоя металла. При абразивной обработке незакрепленным абразивом повышается доля разрушенного металла за счет снижения степени пластической деформации примерно в 2 - 4 раза. Это подтверждается исследованиями работы трения при обработке деталей незакрепленным абразивом. При этом за счет малой траектории движения зерен в процессе

микрорезания и меньшего времени контактирования с обрабатываемой поверхностью происходит отсутствие налипания металла на частицы уплотненного абразива и незначительное пластическое деформирование, а, следовательно, меньшая работа трения по сравнению со шлифованием жесткими абразивными кругами. По данным исследований [42] работа, расходуемая на трение, снижается до 50 - 60 %.

В процессе обработки в поверхностном слое возникают значительные сжимающие напряжения. При обработке незакрепленным абразивом имеют место низкие температуры (температура в зоне контакта не превышает 100С), это дает основание предполагать, что фазовых превращений в поверхностном слое не происходит, следовательно, отсутствуют прижоги на поверхности детали после обработки. Таким образом, остаточные напряжения в данном способе формируются только под действием силового фактора, т.е. пластических деформаций.

Низкотемпературные условия протекания процесса обработки незакрепленным абразивом, способствуют более высокой стойкости абразивных зерен. Все абразивные частицы в зоне контакта принимают участие в микрорезании независимо от их расположения по отношению к обрабатываемой поверхности. Частичное скалывание вершин не исключает их из процесса обработки, так как при этом образуются новые поверхности с аналогичным рельефом, обладающие теми же режущими способностями и обработка идет как бы в режиме самозатачивания. В процессе обработки на поверхности абразивных зерен, принявших многократное участие в микрорезании образуется рабочий микрорельеф, обладающий достаточно высокой режущей способностью. Метод обработки допускает возможность многократного использования абразива, а также дозированного смешивания отработавшего и свежего абразивного материала. Сравнение показывает более эффективное использование абразивного материала вследствие экономного его расходования. Кроме

того необходимо учесть низкую стоимость абразивного материала по сравнению с шлифовальными кругами, требующие большие трудозатраты на их изготовление.

При обработке незакрепленным абразивом уплотнение и поджатие абразивной среды и перемещающейся относительно нее обрабатываемой поверхности детали может быть осуществлено несколькими способами (рисунок 1.6) [46].

Выбор того или иного способа уплотнения зависит от конкретных условий использования методов обработки. Возможно также комбинированное использование способов уплотнения.

Рисунок 1.6 - Способы уплотнения абразивной среды, обеспечивающие относительное перемещение обрабатываемой поверхности и абразивной среды

Процесс магнитно-абразивной абразивной обработки - это механический или немеханический съем материала и его окислов с поверхности обрабатываемых деталей, а также сглаживание микронеровностей путем их пластического деформирования зернами магнитно-абразивного порошка [47,48].

Принципиальная схема магнитно-абразивной обработки приведена на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Схема магнитно-абразивной обработки: 1 - деталь; 2 - полюсный наконечник; 3 - электромагнит; 4 - магнитно-абразивный порошок

Для обработки поверхности детали 1, помещенной между наконечниками 2 электромагнита 3, сообщают движение, например, вращение и (или) осцилляцию вдоль горизонтальной оси. Подают напряжение на катушки электромагнита, в результате чего между полюсными наконечниками наводится магнитный поток. В зазоры между деталью и полюсными наконечниками подают магнитно-абразивный порошок 4, который удерживается там энергией постоянного магнитного поля.

Положительной стороной при магнитно-абразивной обработке является наличие в зоне протекания процесса смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), которая является носителем поверхностно-активных веществ. Это обеспечивает возникновение процесса электролиза, в ходе которого растворяются поверхностный слой детали и ферромагнитная основа зерен порошка. Анодное растворение металла поверхности детали влияет на величину съема, а растворение ферромагнитной основы зерен обеспечивает вскрытие абразивных частиц, что способствует увеличению

их режущей способности.

Связкой обрабатывающей среды при магнитно-абразивной обработке является энергия магнитного поля, удерживающая зерна порошка в подвижно-связанном состоянии и координирующая их относительно обрабатываемой поверхности детали. Изменяя напряженность магнитного поля, можно в широких пределах изменять условия обработки.

Магнитно-абразивный метод полирования обеспечивает обработку деталей практически любой геометрической формы из магнитных и немагнитных материалов. При магнитно-абразивной обработке обеспечивается снижение шероховатости поверхности с R_a = 1,25...0,32 мкм до R_a = 0,08...0,01 мкм; с R_a = 10,0...2,5 мкм до R_a = 0,32...0,08 мкм.

Однако в качестве обрабатывающей среды при магнитно-абразивной обработке могут использоваться только специальные материалы, обладающие определенными магнитными свойствами.

Обработка деталей незакрепленным абразивом, уплотненным инерционными силами осуществляется следующим образом. Обрабатывающую среду помещают в барабан, которому сообщают вращение с некоторой угловой скоростью. Под действием инерционных сил и сил трения абразивных частиц между собой и внутренней поверхностью барабана обрабатывающая среда определенным образом уплотняется и начинает вращаться вместе с барабаном. Процесс обработки осуществляется путем ввода во взаимодействие с этой уплотненной обрабатывающей средой детали, которой могут сообщаться самые разнообразные движения.

Данным методом, как и магнитно-абразивным, могут обрабатываться детали самой разнообразной формы из различных материалов.

Недостатком данного метода является ударный характер воздействия абразивной среды на обрабатываемую поверхность, который ухудшает ее

качество.

Существуют различные схемы обработки деталей различной формы уплотненным потоком свободного абразива, которые приведены в работах [49, 50, 51].

На рисунке 1.8 приведена схема обработки уплотненным потоком свободного абразива, позволяющая осуществлять полирование плоских поверхностей деталей, а также поверхностей с глубиной профиля 5... 10 мм.

Рисунок 1.8 - Схема обработки плоских поверхностей детали уплотненным потоком свободного абразива: 1 - деталь, 2 - стол, 3 - ротор, 4 - трубопровод, 5 - лопасти, 6 - барабан, 7 - окно

Перед обработкой деталь 1 закрепляется на столе 2. После этого сообщается вращение ротору 3. Во внутреннюю полость ротора по трубопроводу 4 под некоторым давлением подается абразивная среда. Через отверстия в роторе абразивная среда попадает в пространство между

лопастями 5, жестко закрепленными на роторе. Увлекаясь лопастями, абразивная среда перемещается к внутренней поверхности барабана 6. При этом образуется уплотненный абразивный слой, который увлекается лопастями ротора и перемещается по внутренней образующей стенке барабана. Достигая окна 7, уплотненный абразивный слой попадает на деталь, в результате чего и производится обработка ее поверхности. Для обеспечения равномерного съема материала с обрабатываемой поверхности детали сообщают перемещение с некоторой скоростью относительно рабочего окна барабана.

В процессе обработки одна часть абразивной среды остается в барабане, а другая удаляется из него через зазор между поверхностью детали и плоскостью сечения окна, а также через щели между торцами барабана и детали. Этим обеспечивается циркуляция абразивной суспензии, поддерживаются стабильные характеристики уплотненного абразивного слоя, отводится тепло из зоны обработки.

Качественные характеристики и производительность процесса в этой схеме обработки определяется степенью уплотнения абразивной среды, зазором между рабочим окном и поверхностью детали, зернистостью абразива, также скоростью подачи детали. Степень уплотнения абразивной среды, в свою очередь, зависит от давления, с которым она подается в полость ротора, скорости вращения ротора и количества абразива, покидающего барабан через рабочее окно. Большое влияние на протекание процесса и его качественные характеристики оказывают размеры окна и его конструкция. От них зависит угол атаки и траектория движения абразивных частиц по поверхности детали.

Проведенные исследования показали целесообразность использования схемы обработки для получения деталей с шероховатостью поверхности до R_a = 0,4 мкм при исходной шероховатости R_a = 3,2 мкм. Более низкие параметры шероховатости поверхности достигаются при

обработке в два и более перехода. Каждый последующий переход производится абразивом меньшей зернистости.

В настоящее время обработка известными методами плоских поверхностей деталей под гальванопокрытие является малоэффективной, а в ряде случаев практически неосуществимой. Следовательно, эти методы не могут быть рекомендованы для обработки деталей подобного класса. Поэтому не случайно, что на практике аналогичные детали полируют ручным способом или производят дополировку в дополнение к принятому методу обработки.

Однако необходимо отметить, что при ручной полировке и дополировке поверхность обрабатываемых деталей получается неоднородной по качественным характеристикам. Имеет место неравномерный съем металла, значительные местные погрешности и искажения формы, различная шероховатость поверхностей в партии обработанных деталей, прижоги, структурная неоднородность поверхностного слоя и другие дефекты.

Приведенные данные позволяют утверждать, что применение высокопроизводительных методов обработки и оборудования, их реализующего, которое обеспечивало бы механизацию и автоматизацию процесса, а также разработка теоретических основ таких процессов обработки, позволяющих определять рациональные режимные параметры, является актуальной задачей ремонтного производства.

Данную задачу можно реализовать с помощью обработки данного класса деталей камерным способом со статическим уплотнением обрабатывающей среды сжатым воздухом, через эластичную оболочку.

Основные преимущества этого способа заключаются в следующем:

1. Высокая производительность и качество обработки.

2. Возможность обрабатывать широкий класс деталей.

3. Простота способа в конструктивном исполнении и большая

надежность эксплуатации, так как в данном случае не требуется довольно сложных и громоздких механических систем [52, 53, 54, 55].

Данный способ представляет собой процесс, в котором обработка происходит в результате контактного взаимодействия обрабатываемой поверхности с уплотненным под действием сжатого воздуха через эластичную оболочку несвязным абразивом.

Камерный способ может быть реализован по схеме, приведенной на рисунке 1.9. При обработке по данной схеме, обрабатываемые детали 1 устанавливаются на подвижную каретку (допускается обработка трех и более деталей), вместе с абразивной средой 2 помещаются внутрь рабочей камеры 3. Эластичные стенки камеры 4 выполнены плоскими. Уплотнение абразивной среды в данном способе происходит при деформировании эластичной оболочки камеры под давлением приложенного сжатого воздуха. Обрабатываемой детали сообщается возвратно-поступательное движение.

Рисунок 1.9 - Схема обработки плоских деталей уплотненной средой: 1 - обрабатываемая деталь; 2 - абразивная среда; 3 - рабочая камера;4 - эластичные стенки камеры

Уплотненный абразивный слой обладает определенной упругостью (податливостью) и облегает поверхность погруженной в него детали, точно копируя форму ее профиля. При этом обеспечивается практически

однородное давление на все участки профильной поверхности и происходит их равномерная обработка. Упругую абразивную среду можно рассматривать как изотропную, в виду того, что ее абразивные частицы ориентированы случайным образом [56].

Процесс камерной обработки легко управляем, и обладает широкими возможностями в регулировании режимов и условий резания, что позволяет использовать его для выполнения практически всех механических операций, начиная от очистки деталей и заканчивая полированием.

1.5 Задачи исследования

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:

4. Исследовать возможность применения схемы камерной обработки плоских поверхностей статически уплотненной абразивной средой для предварительной обработки основы и последующей обработки гальванических покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники.

5. Теоретически и экспериментально обосновать выбор рациональных технологических параметров и условий камерной обработки плоских поверхностей деталей.

6. Определить влияние способа обработки основы и покрытий на их физико-механические свойства.

7. Оценить экономическую эффективность предлагаемого способа обработки плоских поверхностей статически уплотненной абразивной средой.

Выводы

8. Для получения качественных гальванических покрытий подготовительными операциями следует выбирать механическое шлифование и полирование.

9. Перспективным способом обработки плоских поверхностей перед нанесением гальванического покрытия является обработка незакрепленным абразивом, реализованная путем использования камерного метода обработки со статическим уплотнением сжатым воздухом обрабатывающей среды через эластичную оболочку.

2 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ

2.1 Характерные особенности камерной обработки плоских поверхностей под гальванопокрытие

При подготовке плоских поверхностей деталей под гальванопокрытие важной технологической задачей является обеспечение равномерной шероховатости поверхности по всему контуру.

Данная задача реализуется путем обработки плоских поверхностей в среде статически уплотненной абразивной смеси [52, 57]. На рисунках 2.1 и 2.2 показаны схема и общий вид установки, в которой реализован способ с рабочей подачей обрабатываемой детали при неподвижном корпусе установки.

Установка содержит подвижную каретку 12 с установленными на ней деталями 2 (допускается одновременная обработка трех и более деталей) и рабочую камеру, в которую помещается абразивная среда 6. При этом рабочая камера состоит из нижней 1 и верхней 5 разъемных частей, имеющих эластичные стенки 7 и 9 соответственно. Для обеспечения подвода давления сжатого воздуха к эластичным стенкам, рабочая камера снабжена поддоном и верхней крышкой, образующей герметичные емкости 8 и 10. Окна входа - выхода детали с целью устранения утечек абразивной среды имеют уплотнения 3. Осуществление возвратно-поступательного движения детали с остановками в конце каждого хода производилось с помощью кривошипно-шатунного механизма 4. Узел 11 служит для закрепления разъемных частей рабочей камеры.

Питание устройства производится от регулируемой пневмосети (рисунок 2.3), которая включает в себя пневмораспределитель 7, два редукционных клапана 1 и 8, пневмодроссель 6, фильтр-влагоотделитель 9 и источник сжатого воздуха 11.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема установки для обработки плоских поверхностей деталей уплотненной средой: 1 - нижняя часть рабочей камеры; 2 - деталь; 3 - уплотнение; 4 - кривошипно-шатунныи механизм; 5 - верхняя часть рабочей камеры; 6 - абразивная среда; 7 - верхняя эластичная стенка рабочей камеры; 8 - герметичная емкость; 9 - нижняя эластичная стенка рабочей камеры; 10 - герметичная емкость; 11 - узел для закрепления разъемных частей камеры; 12 - каретка

Рисунок 2.2 - Установка для обработки плоских поверхностей

L г

Рисунок 2.3 - Пневматическая схема экспериментальной установки: 1, 8 - редукционные клапаны; 2 - манометр для регистрации давления воздуха, подаваемого на эластичную оболочку камеры установки с учетом потерь; 3, 5 - герметичные емкости; 4 - манометр, регистрирующий действительное давление воздуха, подаваемое на эластичную оболочку камеры; 6 - пневмодроссели; 7 - пневмораспределитель; 9 - фильтр -влагоотделитель; 10 - манометр для регистрации давления в системе; 11 -источник сжатого воздуха

Установка размещена на раме и снабжена регулируемым электроприводом, состоящим из двигателя постоянного тока и тиристорного преобразователя частоты.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Перед началом работы при раскрытом положении рабочей камеры в ее нижнюю часть помещают абразивную среду и производят установку деталей на каретке. Затем обе половины рабочей ёмкости соединяют и закрепляют с помощью запорного устройства. После этого каретке от кривошипно-шатунного механизма задают возвратно-поступательное движение, а в ёмкости, образованные поддоном и верхней крышкой, подают сжатый воздух, под давлением которого нижняя эластичная стенка перемещается в верхнее положение.

Абразивная среда поднимается и заполняет весь объем рабочей камеры. При этом она испытывает давление со стороны обеих эластичных стенок и в результате обеспечивается прижатие абразивных зерен к обрабатываемой поверхности детали. Регулируемая сеть пневмопитания обеспечивает работу установки, а также исключает возможность деформирования детали при вертикальных перемещениях обрабатывающей среды.

Во время движения среды подвод сжатого воздуха к эластичным стенкам камеры производится через клапан 8, настроенный на малую величину давления. Вследствие этого динамическое воздействие абразива является незначительным и не вызывает повреждений детали. В процессе же обработки, когда абразивная среда неподвижна и когда требуется определенное усилие прижатия зерен к обрабатываемой поверхности, пневмопитание камеры осуществляется через клапан 1, установленный на рабочее давление. Пневмодросселиь 6 служит для обеспечения плавности изменения давления, а также для того, чтобы в период перемещения

обрабатывающей абразивной среды создавать необходимое давление воздуха на верхнюю и нижнюю эластичные стенки.

С целью разгрузки уплотнений окон входа - выхода деталей внутренние торцовые стенки камеры выполнены наклонными под углом 25. Наклон стенки уменьшает величину сил, вытесняющих абразивные частицы из рабочей камеры.

Удельное контактное давление изменяется в диапазоне 0,05 < Р < 0,1 МПа, а частота вращения п кривошипно-шатунного механизма изменяется в пределах 100 < п< 200 мин"¹.

2.2 Основные свойства уплотненной абразивной среды

Уплотненный абразивный слой выполняет роль режущего инструмента в рассматриваемом способе обработки. Режущий инструмент в этом случае формируется автоматически из свободных абразивных частиц, которые находятся в составе суспензии, путем уплотнения их в слой или эластичный брусок. При этом абразивные частицы находятся в состоянии плотной упаковки и копируют форму обрабатываемой поверхности. Следовательно, сам инструмент в этом случае создается, профилируется в самом начале финишной операции технологического процесса в результате контактирования уплотняющихся абразивных частиц и обрабатываемой поверхности.

Известно, что при любом способе обработки обрабатывающий (режущий) инструмент является одним из главных факторов, определяющих качественные характеристики операции технологического процесса. Исследованию режущего инструмента уделяется большое внимание при разработке технологического процесса.

В методе обработки деталей свободным абразивом, являющимся тонким методом финишной обработки и основанном на удалении металла с обрабатываемой поверхности, роль инструмента имеет большую

значимость. Однако режущий инструмент в этом методе отдельно от процесса обработки не существует. Свободный абразив в состоянии поставки и даже абразивная суспензия, приготовленная на его основе, вне рассматриваемого метода обработки не являются инструментом и не несут всей необходимой информации для исследования. Поскольку сам режущий инструмент существует в этом случае условно и только в ходе самой операции технологического процесса, то исследование его свойств связано с определенными техническими трудностями [42, 50].

В данном способе, при обработке деталей в уплотненной абразивной среде в качестве режущего инструмента применяют сухие или влажные (абразивная суспензия) абразивные порошки в уплотненном и напряженном состоянии.

В уплотненной абразивной среде между зернами отсутствует жесткая связка, в отличие от шлифовальных кругов. Однако благодаря сильным фрикционным связям абразивная среда обладает достаточно высокой прочностью и жесткостью и представляется как целостный инструмент.

Выше было отмечено, что в свободном состоянии зерна абразивной среды обладают достаточно хорошей подвижностью, что позволяет им копировать форму обрабатываемой детали. Поэтому обработка сложнопрофильных деталей уплотненным абразивом не представляет большой трудности по сравнению с обработкой связанным абразивом, где необходимо применение сложных операций по профилированию и правке режущих инструментов.

Основу режущего инструмента составляют абразивные порошки, которые могут быть получены из различных абразивных материалов. В качестве абразивных порошков могут использоваться практически любые абразивные материалы, твердость которых выше твердости обрабатываемой детали. Отсюда можно сделать вывод, что наиболее

целесообразным является применение дешевых, малодефицитных и в то же время обладающих значительной абразивной способностью материалов.

Наибольшее применение получил электрокорунд нормальный марок: 14А, 15А (ТУ2-036-802-76), а также электрокорунд белый марок: 24А, 25А зернистостью от 125 до М7 (ГОСТ 3647-80). Электрокорунд является одним из наиболее широко распространенных абразивных материалов и удовлетворяет всем необходимым требованиям для данных методов обработки деталей [42].

Абразивное зерно, находящееся в обрабатывающей среде, при контакте с обрабатываемой поверхностью выступает в роли отдельного режущего элемента. Поэтому режущие свойства всего инструмента в целом во многом зависят от характеристик отдельных зерен.

В работах [42, 50, 51, 57] было установлено, что при обработке деталей незакрепленной уплотненной абразивной средой, съем материала с поверхности и формирование ее шероховатости могут происходить в результате воздействия следующих режущих элементов абразивных частиц: вершин, микропрофиля, субмикропрофиля. Вершины абразивных зерен в исследованном диапазоне режимов абразивной обработки Р = 0,075...0,15 МПа оказывают максимум воздействия в форме пластического деформирования. Однако при более жестких режимах Р > 0,15...0,2 МПа возможно воздействие в виде резания частиц микропрофилем.

На основании вышеизложенного можно предложить следующую схему воздействия частиц обрабатывающей среды на поверхность детали (рисунок 2.4). При изменении силы, действующей на абразивные частицы от нуля до некоторой величины, сначала на поверхность детали оказывают воздействие выступы субмикропрофиля, имеющие весьма острые вершины. Воздействие выступов субмикропрофиля последовательно

осуществляется в форме упругого, пластического деформирования и микрорезания. При этом выступы микропрофиля абразивных зерен воздействуют на поверхность детали только в форме упругого деформирования.

Рисунок 2.4 - Схема абразивного воздействия частиц обрабатывающей среды на поверхность детали

При дальнейшем увеличение силы, действующей на абразивные частицы, выступы субмикропрофиля всегда оказывают воздействие в форме микрорезания, а выступы микропрофиля начинают оказывать воздействие в форме пластического деформирования, которое затем переходит в микрорезание. До момента начала микрорезания выступами микропрофиля вершины абразивных зерен оказывают воздействие в форме упругого деформирования.

По мере дальнейшего увеличения силы давления выступы субмикропрофиля и микропрофиля оказывают воздействие в виде микрорезания, а вершины абразивных зерен начинают оказывать

воздействие в виде пластического деформирования, которое переходит в микрорезание. Микрорезание вершинами абразивных зерен будет осуществляться до тех пор, пока частицы будут сохранять устойчивое положение по отношению к поверхности обрабатываемой детали.

Обработка деталей в уплотненной абразивной среде является более тонким видом абразивной обработки. Независимо от зернистости абразива, выступы микрорельефа имеют ширину В_м = 5...15 мкм, высоту h_M= (0,1...0,3)/^, а радиус округления вершин р_м = 0,1...0,5 мкм [50]. Эти размеры на порядок ниже размеров режущих элементов выступов микропрофиля абразивного зерна при шлифовании и полировании.

При такой обработке деталей зерна в абразивной среде в течение длительного времени сохраняют свою режущую способность. В процессе обработки деталей микровыступы зерен достаточно быстро разрушаются, образуя при этом новые выступы, которые в свою очередь также являются режущими элементами. Также в процессе обработки происходит частичная замена абразивных зерен, которые контактируют с поверхностью детали. При обработке в абразивной среде возможен поворот зерна и ориентация его новой гранью к обрабатываемой поверхности.

Благодаря этим причинам абразивные зерна работают как бы в режиме самозатачивания и поэтому имеют высокую режущую способность. Это хорошо подтверждается ранее проведенными экспериментальными исследованиями [50, 51] зависимости величины съема металла от продолжительности обработки. Результаты экспериментов показывают, что данная зависимость в течение длительного времени сохраняет практически линейный характер, который свидетельствует о неизменной режущей способности абразивных зерен.

Кроме того, необходимо отметить, что при обработке деталей в уплотненной абразивной среде свойства рабочей среды зависят не только от параметров отдельных зерен, но и от характера взаимодействия между

ними. Отдельное абразивное зерно должно прочно закрепляться между другими абразивными зернами. В противном случае при взаимодействии с обрабатываемой деталью зерно не будет скользить, а будет перекатываться по поверхности детали, не удаляя при этом микростружку.

В результате этой причины понижается качество и производительность обработки данным способом.

Из литературных источников [58] известно, что надежное закрепление абразивного зерна будет иметь место тогда, когда момент сил, стремящийся повернуть абразивную частицу, будет меньше момента сил, удерживающего частицу от поворота. Также известно, что фактором, влияющим на прочное закрепление абразивных зерен, является коэффициент внутреннего трения / и, что для большинства абразивных сред значения данного коэффициента находятся в диапазоне 0,6...0,9.

2.3 Теоретические исследования контактного взаимодействия мелкодисперсной обрабатывающей среды с поверхностью обрабатываемой детали

Исследование процессов, протекающих в зоне контакта зерен инструмента с обрабатываемым материалом, является весьма актуальной задачей, так как знание механизма образования обрабатываемой поверхности позволяет прогнозировать качество поверхности детали.

Ввиду того, что обработка незакрепленным абразивом является процессом массового микрорезания отдельными абразивными зернами, то направление исследований определялось закономерностью резания единичным зерном, что позволило значительно упростить анализ явлений, протекающих при данном способе финишной обработки [59].

В настоящее время существует большое количество работ [60, 61, 62] по исследованию процесса резания связанным абразивным зерном, закономерностям образования поверхности, а также процессов при

шлифовании эластичными абразивными кругами и лентами, хонингования, доводки и полирования деталей.

При любом виде абразивной обработки оказывается абразивное воздействие совокупности единичных зерен на поверхность обрабатываемой детали. Конкретное абразивное зерно в зависимости от материала абразива и его зернистости имеет определенные геометрические размеры, радиус округления р и угол ф между гранями, образующими вершину абразивной частицы.

Внедрение вершины абразивного зерна в металл поверхности детали зависит от приложенной к зерну нагрузки, физико-механических свойств материала детали и величины радиуса округления вершины абразивной частицы. В работе [63] показано, что характер деформации металла при микрорезании зерном зависит от соотношения глубины царапания h и радиуса округления вершины зерна р. В зависимости от соотношения этих параметров при абразивном воздействии на обрабатываемую поверхность имеет место упругое деформирование, пластическое деформирование и микрорезание. В соответствии с работой [64], микрорезание стабильно обеспечивается во всех случаях, когда (h I р) > 1.

Следует отметить, что камерный способ обработки плоских поверхностей деталей уплотненной абразивной средой отличается простотой и доступностью. При этом широкий диапазон изменения технологических параметров процесса обеспечивает возможность его использования для обработки деталей из самых различных материалов и самой различной формы.

Сущность камерного способа (рисунок 1.5) обработки заключается в том, что с целью достижения заданного качества поверхности, обрабатываемая деталь перемещается возвратно-поступательно в камере с уплотненной сжатым воздухом абразивной обрабатывающей средой [65].

Основные способы восстановления деталей

Обычно выделяют несколько наиболее употребительных технологических процессов, которые достаточно широко применяются в настоящее время в отечественной и зарубежной ремонтной практике. Это, во-первых, технологические процессы, которые связаны только с упрочнением поверхностных слоев и, во-вторых, технологические процессы, дающие приращение материала, компенсирующего износ и восстанавливающие размеры деталей.

Основные способы восстановления деталей с изношенными поверхностями представлены на рисунке 1.1 [7, 8].

Пластическое деформирование как способ восстановления основан на использовании пластических свойств материала деталей. При ремонте машин выполняют следующие основные операции: восстановление размеров изношенных участков путем перераспределения массы деталей (раздача, обжатие, осадка, вдавливание, вытяжка, растяжка, накатка); устранение дефектов формы деталей путем правки.

Восстановление деталей пластической деформацией приводит к изменению физико-механических свойств и структуры обрабатываемого металла [9]. Кроме того, пластическое деформирование ухудшает микрогеометрию поверхностей деталей, поэтому для получения нужной чистоты поверхности детали подвергают шлифованию.

Дуговая наплавка (сварка) является самым распространенным способом восстановления детали [8]. Сварку применяют при устранении механических повреждений на детали (трещин, пробоин и т.п.), а наплавку - для нанесения покрытий с целью компенсации износа рабочих поверхностей. С помощью сварки и наплавки по сравнению с другими методами восстановления можно получить на рабочих поверхностях деталей слои любой толщины и химического состава, а также наплавленный слой с разнообразными свойствами: высокой твердостью, износостойкостью, жаропрочностью и др. На ремонтных предприятиях применяют как ручные, так и механизированные способы сварки и наплавки. Среди механизированных способов наплавки наибольшее применение нашли: автоматическая электродуговая наплавка под слоем флюса и в среде защитных газов, вибродуговая и электроконтактная наплавка. В настоящее время нашли применение плазменная сварка и наплавка, сварка трением, электроферромагнитная наплавка и др.

Вместе с тем при сварке и наплавке происходят нежелательные явления, такие как окисление металлов, поглощение азота, выгорание легирующих примесей, объемные и структурные изменения, что приводит к короблению деталей, нарушению их термообработки, снижению прочности детали в сварочном шве [6, 7].

Газотермическое напыление заключается в нанесении на поверхность детали расплавленного металла струей сжатого воздуха. Толщина покрытия, в зависимости от его назначения может быть от 0,03 до 10 мм и более [9]. Прочность покрытия определяется молекулярными силами сцепления контактных участков и чисто механическим зацеплением напыляемых частиц за неровности поверхности детали. В процессе напыления частицы металла подвергаются окислению. Покрытие получается пористым, достаточно хрупким, имеющим низкий предел прочности на растяжение. В зависимости от источника расплавления металла различают следующие виды металлизации: газопламенную, дуговую, высокочастотную, плазменную.

Однако одним из перспективных способов восстановления деталей является нанесение гальванических покрытий [10, 11, 12]. Нанесение гальванических покрытий основано на осаждении металла на поверхностях детали из растворов солей гальваническим методом.

Восстановление изношенных деталей гальваническими покрытиями имеет ряд преимуществ перед другими способами восстановления, а именно [13, 14, 15]: - отсутствие термического воздействия на детали, вызывающего в них нежелательные изменения структуры и механических свойств; - получение с большой точностью заданной толщины покрытий, что позволяет снизить до минимума припуск на последующую механическую обработку и ее трудоемкость; - возможность регулирования свойств покрытий в широких пределах путем изменения режимов электролиза; - получение покрытий высокого качества из недефицитных и дешевых материалов; - восстановление одновременно большого количества деталей, что снижает трудоемкость и себестоимость ремонта единицы изделия; - автоматизация процесса электролиза.

Характерные особенности камерной обработки плоских поверхностей под гальванопокрытие

При подготовке плоских поверхностей деталей под гальванопокрытие важной технологической задачей является обеспечение равномерной шероховатости поверхности по всему контуру.

Данная задача реализуется путем обработки плоских поверхностей в среде статически уплотненной абразивной смеси [52, 57]. На рисунках 2.1 и 2.2 показаны схема и общий вид установки, в которой реализован способ с рабочей подачей обрабатываемой детали при неподвижном корпусе установки.

Установка содержит подвижную каретку 12 с установленными на ней деталями 2 (допускается одновременная обработка трех и более деталей) и рабочую камеру, в которую помещается абразивная среда 6. При этом рабочая камера состоит из нижней 1 и верхней 5 разъемных частей, имеющих эластичные стенки 7 и 9 соответственно. Для обеспечения подвода давления сжатого воздуха к эластичным стенкам, рабочая камера снабжена поддоном и верхней крышкой, образующей герметичные емкости 8 и 10. Окна входа - выхода детали с целью устранения утечек абразивной среды имеют уплотнения 3. Осуществление возвратно-поступательного движения детали с остановками в конце каждого хода производилось с помощью кривошипно-шатунного механизма 4. Узел 11 служит для закрепления разъемных частей рабочей камеры.

Питание устройства производится от регулируемой пневмосети (рисунок 2.3), которая включает в себя пневмораспределитель 7, два редукционных клапана 1 и 8, пневмодроссель 6, фильтр-влагоотделитель 9 и источник сжатого воздуха 11.

Установка размещена на раме и снабжена регулируемым электроприводом, состоящим из двигателя постоянного тока и тиристорного преобразователя частоты.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Перед началом работы при раскрытом положении рабочей камеры в ее нижнюю часть помещают абразивную среду и производят установку деталей на каретке. Затем обе половины рабочей ёмкости соединяют и закрепляют с помощью запорного устройства. После этого каретке от кривошипно-шатунного механизма задают возвратно-поступательное движение, а в ёмкости, образованные поддоном и верхней крышкой, подают сжатый воздух, под давлением которого нижняя эластичная стенка перемещается в верхнее положение.

Абразивная среда поднимается и заполняет весь объем рабочей камеры. При этом она испытывает давление со стороны обеих эластичных стенок и в результате обеспечивается прижатие абразивных зерен к обрабатываемой поверхности детали. Регулируемая сеть пневмопитания обеспечивает работу установки, а также исключает возможность деформирования детали при вертикальных перемещениях обрабатывающей среды.

Во время движения среды подвод сжатого воздуха к эластичным стенкам камеры производится через клапан 8, настроенный на малую величину давления. Вследствие этого динамическое воздействие абразива является незначительным и не вызывает повреждений детали. В процессе же обработки, когда абразивная среда неподвижна и когда требуется определенное усилие прижатия зерен к обрабатываемой поверхности, пневмопитание камеры осуществляется через клапан 1, установленный на рабочее давление. Пневмодросселиь 6 служит для обеспечения плавности изменения давления, а также для того, чтобы в период перемещения обрабатывающей абразивной среды создавать необходимое давление воздуха на верхнюю и нижнюю эластичные стенки.

С целью разгрузки уплотнений окон входа - выхода деталей внутренние торцовые стенки камеры выполнены наклонными под углом 25. Наклон стенки уменьшает величину сил, вытесняющих абразивные частицы из рабочей камеры.

Удельное контактное давление изменяется в диапазоне 0,05 Р 0,1 МПа, а частота вращения п кривошипно-шатунного механизма изменяется в пределах 100 п 200 мин"1.

Роль смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при обработке деталей абразивными средами

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) играют важную роль в различных методах отделочной абразивной обработки. В общем случае СОЖ выполняет следующие основные функции: отвод тепла от детали и обрабатывающего инструмента, уменьшение сил трения между обрабатываемой поверхностью и абразивным инструментом, смачивание, разрыхление и охрупчивание поверхностного слоя металла, удаление из зоны резания продуктов обработки, улучшение режущего действия.

Эффективность применения СОЖ при шлифовании абразивными и алмазными кругами исследовались в работах Л.В. Худобина [81, 82], П.И. Ящерицына [83] и других авторов. Правильное применение СОЖ в большинстве случаев позволяет повысить эффективность обработки.

В рассматриваемом способе обрабатывающим инструментом является уплотненный давлением сжатого воздуха через эластичную оболочку гидроабразивный слой, находящийся в камерном устройстве. Поскольку абразивные частицы практически несжимаемы, то при любой их плотной упаковке будут иметь место межзерновые пустоты или поры, размер которых определяется плотностью упаковки и зернистостью абразива [42]. Поэтому уплотненный гидроабразивный слой можно считать пористым материалом.

Исследование свойств уплотненного абразивного слоя [50, 51] показало, что высокая пористость уплотненного абразива и наличие СОЖ в зоне обработки под постоянным давлением, меньшем по сравнению со шлифованием абразивными кругами; сравнительно низкие температуры в зоне резания (420 К), обеспечивают ее проникновение во все поры и микротрещины на поверхностях обрабатываемого материала и абразива.

Под действием постоянного давления на абразивную среду СОЖ подходит к точкам контакта абразива и металла ближе, чем во всех известных методах финишной абразивной обработки [51].

Так как съем металла в рассматриваемом способе обработки происходит в соответствии с исследованиями [50, 51, 84] главным образом за счет резания микро - и субмикрорельефом абразивных зерен, можно предположить возможность непосредственного проникновения СОЖ в зону микрорезания. СОЖ, находясь в непрерывном контакте с обрабатываемой поверхностью деталей и абразивными зернами, образует на них разделяющие контактирующие поверхности, защитные пленки смазки. Смазочная пленка, находясь в зоне контакта, покрывает весь микро- и субмикрорельеф вершин абразивных зерен и проникает, таким образом, в зону микрорезания.

Исследованиями [85, 86, 87, 88] установлено, что поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые входят в состав СОЖ, в результате адсорбционно-пластифицирующего эффекта облегчают процесс удаления микростружки и повышают эффективность обработки. Однако адсорбционный эффект возможен лишь в области некоторых средних скоростей деформации, положение которой определяется температурой.

Проникновение СОЖ при шлифовании идет по микротрещинам поверхности детали, и при этом СОЖ оказывает расклиниванивающее действие. В результате этого облегчается процесс диспергирования металла.

В литературных источниках [89, 90] отмечается, что в тонких доводочных и отделочных процессах абразивной обработки, где имеют место сравнительно невысокие скорости обработки и низкие температуры, экспериментально доказано влияние активных добавок в суспензиях и пастах на увеличение производительности обработки деталей.

Все эти факторы указывают на то, что при тонких процессах абразивной обработки идет абсорбционно-пластифицирующее действие тончайшего поверхностного слоя металла. В этих процессах абразивной обработки в присутствии поверхностно-активных веществ повышается также доля разрушенного металла за счет снижения степени пластической деформации [89, 90].

В общем случае метод обработки деталей статически уплотненным абразивом по своим качественным характеристикам относится к тонким методам абразивной обработки. Исследованиями [50, 51] установлено, что при микрорезании поверхности металла выступами микрорельефа вершин абразивных зерен диспергируются мельчайшие стружки, а глубина царапания не превышает 1 мкм. Следовательно, можно сделать вывод о том, что поверхностно-активные вещества, присутствующие в СОЖ, играют важную роль в этих методах обработки.

Методы исследования физико-механических свойств покрытий

Физико-механические свойства (микротвердость, износостойкость, внутренние напряжения, антифрикционные свойства) определяют область возможного применения любого гальванического покрытия.

Перед нанесением гальванического покрытия детали обрабатывались в статически уплотненной абразивной среде. По результатам различных исследований многих авторов следует отметить, что данный способ финишной обработки уплотненными мелкодисперсными средами применим и для обработки самих покрытий. После нанесения гальванического покрытия резко ухудшается шероховатость поверхностного слоя детали. Применение вышеуказанного способа подходит и для обработки самого покрытия с теми же технологическими режимами для получения заданной шероховатости [113]. Режимные параметры обработки выбирались на основании результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученных в главах 2 и 3. Равномерные полублестящие мелкокристаллические покрытия электролитическим хромом получали путем осаждения с применением постоянного тока из универсального электролита, следующего состава [114]: хромовый ангидрид (СЮ3) - 200-250 г/л, серная кислота (H2SO4) - 2,0-2,5 г/л, плотность тока (/ ) - 20-60 А/дм , температура электролита - 45-55 С.

При механической обработке покрытий из электролитического хрома, полученного при различных условиях электролиза, микротвердость поверхности снижается по сравнению с микротвердостью необработанной поверхности покрытия (рисунок 4.3 и рисунок 4.4).

Зависимость микротвердости хромового покрытия от плотности тока при температуре электролита t = 50С: 1 - до механической обработки; 2 - после обработки незакрепленным абразивом; 3 - после обработки шлифовальным кругом из нормального электрокорунда

Причем, отметим, что с изменением плотности тока и температуры хромирования микротвердость обработанной поверхности изменяется практически по такому же закону, как и микротвердость необработанной поверхности.

Зависимость микротвердости хромового покрытия от температуры при плотности тока ік = 30 А/дм :1 - до механической обработки, 2 - после шлифования свободным абразивом; 3 - после обработки шлифовальным кругом из нормального электрокорунда

Снижение микротвердости после механической обработки покрытия можно объяснить следующим образом. Во время снятия стружки в зоне контакта абразивного зерна с обрабатываемым металлом в поверхностном слое металла возникают значительные напряжения. Перед абразивным зерном появляются сжимающие напряжения, а позади - растягивающие. Кроме того, происходит оттеснение металла (расклинивание) и тепловое воздействие. Покрытие из электролитического хрома находится всегда под действием сильных растягивающих напряжений, поэтому в процессе обработки незакрепленным абразивом происходит наложение напряжений, вызываемых абразивным зерном. Суммарные напряжения настолько велики, что они превосходят временное сопротивление покрытия на разрыв, и оно растрескивается, причем происходит снятие остаточных напряжений в хроме и снижение микротвердости. Следовательно, чем жестче условия обработки, больше силы резания и количество выделяемой теплоты, тем больше будет снижаться микротвердость гладкого хрома после финишной обработки покрытия, что и видно из рисунков 4.4 и 4.5. Микротвердость покрытия, обработанного незакрепленным абразивом, снижается на меньшую величину по сравнению с микротвердостью покрытия, обработанного шлифовальным кругом.

Кроме того, повышение температуры в зоне резания приводит к удалению из покрытия водорода, который попадает в хром в процессе его электроосаждения, что также приводит к снижению микротвердости поверхностного слоя.

Наличие максимума на зависимости микротвердости от плотности тока при осаждении хрома можно объяснить тем, что при очень высоких плотностях тока, вследствие быстрого обеднения прикатодного слоя ионами металла, происходит образование рыхлых осадков. Такие осадки состоят из отдельных частиц, непрочно связанных друг с другом и покрываемой поверхностью. Кроме того, при повышенной плотности тока идет более интенсивное выделение водорода который, выделяясь совместно с металлом, и может включаться в катодный осадок, делая его хрупким. При этом он искажает решетку, создавая тем самым значительные внутренние напряжения, а, следовательно, и значительную внутреннюю деформацию осадка. Поэтому электролитические осадки металлов, удовлетворительные по внешнему виду, часто бывают непригодными по механическим свойствам.

Похожие диссертации на Повышение качества финишной обработки основы и хромовых покрытий при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники

Технологические основы восстановления деталей сельскохозяйственной техники композиционными покрытиямиЧерновол, Михаил Иванович

Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электролитическими покрытиями на основе железа с последующим вибронакатываниемНаливайко, Владимир Николаевич

Восстановление деталей сельскохозяйственной техники электрометаллизационными покрытиями из порошковых проволок на основе ферросплавовКлейман, Аркадий Шлемович

Электроосаждение двухкомпонентных покрытий на основе железа и их химико-термическая обработка для упрочнения и восстановления деталей машинСеребровский Владимир Исаевич

Восстановление деталей сельскохозяйственной техники износостойкими покрытиями из электролитов-супензийГурьянов, Геннадий Васильевич

Диагностирование поверхностных остаточных напряжений в металлических покрытиях, нанесенных при восстановлении деталей сельскохозяйственной техникиИгнатьев Андрей Геннадьевич

Диагностирование поверхностных остаточных напряжений в металлических покрытиях, нанесенных при восстановлении деталей сельскохозяйственной техникиИгнатьев Андрей Геннадьевич

Разработка комбинированной технологии получения железоборидных покрытий при восстановлении и упрочнении деталей сельскохозяйственной техникиКазанцев Сергей Павлович

Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственной техники электроконтактной приваркой твердосплавных покрытийАгафонов, Александр Юрьевич

Технология нанесения полимерных покрытий на подшипники качения для восстановления посадок корпусных деталей сельскохозяйственной техникиПсарев Дмитрий Николаевич