ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Представлено оборудование для лабораторных испытаний при проведении шлифования плазменных покрытий. Изложены результаты исследования о влиянии режимов механической обработки абразивным инструментом на качество поверхности плазменных покрытий. На поверхности были нанесены три материала: на основе железа, никеля и самофлюсующегося порошка для плазменного напыления, с последующим их шлифованием и изучением качества поверхности.

Ключевые слова:
ОБРАБОТКА АБРАЗИВНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ, ПОКРЫТИЕ, ШЕРОХОВАТОСТЬ, КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ, РЕЖИМЫ ШЛИФОВАНИЯ, ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы

 

Развитие и повышение эффективности современного машиностроения, автомобилестроения и других отраслей производства требует повышения удельных нагрузок в различных узлах механизмов и агрегатов. Все это, в свою очередь, вызывает необходимость усовершенствовать и разрабатывать новые способы упрочнения рабочих поверхностей деталей. Причём к данным поверхностям предъявляются противоречивые специфические требования, соответствующие условиям работы деталей. При значительных нагрузках данные поверхности должны одновременно хорошо сопротивляться изнашиванию и усталостному разрушению. При классических способах изготовления деталей чаще всего используется термическая и химико-термическая обработка, которая позволяет обеспечить высокую твёрдость поверхности в пределах 60 HRC, сохранив при этом достаточно вязкую сердцевину. Этого вполне достаточно для обеспечения долговечной работы поверхности трения на весь срок службы изделия как по износостойкости, так и по сопротивлению усталости. Но не всегда конструкция детали или условия её эксплуатации позволяют в качестве способа повышения физико-механических свойств рабочих поверхностей использовать термическую и химико-термическую обработку. Возникают ситуации, когда на поверхность могут воздействовать агрессивная химическая среда, повышенная температура, ударные нагрузки, а иногда деталь испытывает все это одновременно. Поэтому конструкторы и технологи вынуждены искать альтернативу термообработке. В качестве такой альтернативы может выступать технология нанесения плазменных покрытий.

Машиностроение обладает достаточным арсеналом технологий нанесения функциональных покрытий различного назначения на поверхности, для которых обеспечиваются необходимые физико-механические свойства, характерные для конкретного сочетания условий работы. При этом каждый из технологических способов нанесения покрытий имеет свои достоинства и недостатки, которые и определяют его применимость для деталей того или иного рода.

Плазменным напылением, имеющим несомненные преимущества, можно нанести широкую номенклатуру функциональных покрытий, начиная от термостойкого и заканчивая износостойким без излишней термической нагрузки на деталь. Это в значительной степени определяется наносимым порошкообразным материалом, в частности, его химическим составом, а также технологическими режимами нанесения конкретного покрытия. При этом физико-механические свойства материала покрытия, уровень внутренних напряжений в самом покрытии и прочность соединения с основой непосредственно оказывают влияние на выбор способов и режимов механической обработки поверхности детали для достижения необходимого качества поверхностного слоя [1-4].

В литературных источниках нет глубокого анализа получаемых свойств плазменных покрытий после окончательной механической обработки с учётом сравнительной характеристики режущего инструмента, а режимы механической обработки носят характер рекомендаций, не имеющих достаточного научного обоснования [5-7]. Кроме того, не установлена связь между конкретными технологическими режимами механической обработки и показателями качества поверхностного слоя, не вскрыты процессы и явления, происходящие при микрорезании абразивным инструментом неоднородного по составу ламелеобразного плазменно-порошкового покрытия.

Цель работы – установление влияния технологических режимов механической обработки шлифованием разнородных плазменно-порошковых покрытий на шероховатость поверхностного слоя деталей машин.

Полученные результаты могут быть полезны при проектировании узлов и деталей машин, при назначении технологических режимов механической обработки деталей с напыленными плазменными покрытиями. Опыт работы будет интересен специалистам, занимающимся изучением физико-механических свойств плазменных или других газотермических покрытий.

 

 

2 Материалы и методы

 

Для напыления покрытий использовалась разработанная на кафедре ПРЭМ установку воздушно-плазменного напыления [4-5]. В качестве материала покрытий были выбраны: 1) самофлюсующийся порошок ПГ-СР4 по ГОСТ 21448-75; 2) порошки  на основе железа ПРХ18Н9 по ГОСТ 14086-68 ; 3) порошок на основе никеля и алюминия ПН85Ю15 по ТУ 14-127-104-78. Выбор материалов обусловлен широким спектром применяемости и доступностью для ремонтных предприятий.

Предварительно перед напылением образцы подвергались пескоструйной обработке, обезжириванию, непосредственно после чего наносилось покрытие для предотвращения окислительного воздействия кислорода воздуха. Напыление осуществлялось согласно режимам, представленным в табл. 1 и рекомендованных в источниках [7-9]. Образцы выдерживали на протяжении 24 часов в предварительно нагретой печи, для релаксации внутренних напряжений в покрытии.

 

Таблица 1 – Режимы плазменного напыления порошковых материалов

Материал

Дистанция напыления, мм

Мощность дуги плазмотрона, кВт

Расход плазмообразующего воздуха, м3

Расход транспортирующего пропана, м3

ПГ-СР4

120

30,0 … 31,0

0,75 · 10-3 … 0,78 · 10-3

0,50×10-4 … 0,55×10-4

ПРХ18Н9

100

24, 0 … 25,0

0,80 · 10-3 … 0,90 · 10-3

0,50×10-4 … 0,55×10-4

ПН85Ю15

170

37,0 … 38,0

0,65 · 10-3 … 0,70 · 10-3

0,45×10-4 … 0,50×10-4

 

Для шлифования плазменных покрытий применялось приспособление, внешний вид которого представлен на рис. 1 с установкой, а принципиальная схема на рис. 2.

Устройство представляет собой станину 4, на которую устанавливается электродвигатель с шлифовальным кругом 1 и столом 5, на котором крепится призма 3. На призму 3 установлено приспособление 2, продольное перемещение происходит при помощи рукоятки 6 (рис. 1).

Установленное на подающий стол приспособление, представленное на рис. 2, настраивается следующим образом. На призму 1 устанавливается оправка 6, которая вместе с микрометром 7 накрывается крышкой 2 и вместе они фиксируются винтом 3. Микрометром 7 регулируется глубина резания. Образец перемещается до касания круга (определяется по появлению искр металла от круга без применения охлаждающей жидкости). Далее образец отводится и помощью микрометра 7 настраивается по шкале необходимая глубина резания и подавалась охлаждающая жидкость. С помощью продольной подачи образца осуществляем шлифование покрытия. Частота вращения электродвигателя регулируется тиристорным регулятором.

Шлифование на экспериментальной установке осуществляется с режимами: при скорости резания 17 м/мин глубина резания изменялась от 0,005 до 0,025 мм с интервалом 0,005 мм (рис. 3, а); при глубине резания 0,010 мм скорость резания менялась от 15 до 30 м/мин с интервалом 5 м/мин (рис. 3, б). Продольная подача образца осуществлялась вручную с помощью стола 5 рукояткой 8 (рис. 1). Охлаждающей жидкостью служила вода с добавкой 5 % эмульсола при расходе 0,6 … 0,85 л/мин [10].

Для обработки плазменных покрытий применялся круг шлифовальный 25АF46 L6V35Б3 ГОСТ 2424-83.

Для исследования шероховатости поверхности после шлифования использовался профилограф-профилометр 130 и набор калибровочных образцов «ПРО-10» производства «Завод ПРОТОН».

 

 

 

а                                                                               б

а – внешний вид установки; б – внешний вид приспособления;
1 – шлифовальный круг; 2 – приспособление (рис. 2); 3 – призма; 4 – станина;
5 – стол рабочий; 6 – оправка; 7 – микрометр; 8 – рукоятка

Рисунок 1 – Установка с приспособлением для обработки плазменных покрытий шлифованием

 

 

Рисунок 2 – Принципиальная схема приспособления для шлифования

 

3 Результаты исследований

 

Как показывают результаты исследований (рис. 3) шероховатость поверхности плазменных покрытий возрастает незначительно с увеличением глубины резания. Этот факт объясняется тем, что с увеличением глубины резания зерна шлифовального круга активнее изнашиваются, разрушая шлифовальный круг, что отрицательно влияет на качество поверхности [10-11].

 

 

а                                                         б

а – влияние глубины резания при скорости резания 17 м/мин;
б – влияние скорости резания при глубине резания 0,010 мм;
1 – порошок на основе железа ПРХ18Н9; 2 – порошок ПН85Ю15;
3 – самофлюсующийся порошок ПГСР-4

Рисунок 3 – Зависимость шероховатости поверхности Ra от глубины резания t
и скорости резания Vд при различных видах покрытий

 

Увеличение скорости резания приводит к увеличению числа элементарных резов и их количества на единицу длины детали, тем самым достигается снижение шероховатости поверхности покрытия [12-13].

Шероховатость поверхности плазменных покрытий в значительной степени определяется значением режимов резания и их физико-механическими свойствами. С увеличением частоты вращения появляются дополнительные вибрации, налипы на шлифовальный круг, микротрещины, открываются поры Немаловажное значение играет число проходов: чем больше число проходов, тем менее шероховатой становится поверхность. С другой стороны, при этом открывается большее количество пор [14].

 

4 Обсуждение и заключение

 

В процессе проведения шлифования плазменных покрытий необходимо обработку проводить минимум в два этапа – предварительная и окончательная обработка. При этом нужно стремиться к тому, чтобы глубина и скорость резания была минимальными из рекомендуемых значений. Для срезания заданного припуска на механическую обработку, традиционно, необходимо выполнять в несколько проходов.

Как показывает опыт, в значительной степени ухудшает качество поверхностей наличие в составе напыляемого порошка вязких материалов, которые забивают шлифовальный круг, вызывают прилипание, появление пор, микро- и макротрещин.

Полученные данные работы позволяют сделать вывод, что в результате изменения режимов шлифования шероховатось поверхности покрытия при указанных в работе режимах варьируется в интервале от 0,3 до 1,2 Ra. Следовательно, меняются параметры макро- и микрогеометрии поверхности, определяемые физико-механическими свойствами материала поверхности. В работе рассмотрено, как основные режимы шлифования влияют на шероховатость поверхности. Кроме данного показателя для рабочих поверхностей важны другие эксплуатационные показатели, такие как прочность соединения с основным материалом, износостойкость, напряжения в покрытии, то есть основные физико-механические свойства покрытия. В информационных источниках работ, посвященных влиянию шлифования на указанные характеристики, не так много, поэтому данный вопрос целесообразен для дальнейшего изучения.

Список литературы

1. Черноиванов, В. И. Восстановление коленчатых валов / Черноиванов В.И., Лялякин В.П. // Техника в сельском хозяйстве – 1986. - № 1. - с.57-59.

2. Яковлев, К. А. Разработка процесса термомеханического упрочнения поверхностей с газотермическими покрытиями: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.03.01 / Яковлев К. А. / Воронежская гос. лесотехн. акад. – Воронеж, 1998 – 17 с.

3. Соснин, Н. А. Пламенные технологии. Руководство для инженеров / Н. А. Соснин, С. А. Ермаков, П. А. Тополянский. – СПб : Изд-во Политехн. ун-та, – 2008. – 406 с.

4. Бухтояров, В. Н. Технология восстановления цилиндрических поверхностей валов плазменным напылением с одновременным оплавлением выносной модулируемой дугой (на примере коленчатого вала): Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.03.01 / Бухтояров В.Н. / Воронежская гос. лесотехн. акад. – Воронеж, 2003. – 16 с.

5. Иванников, В. А. Разработка процесса плазменного напыления покрытий на внутренние поверхности деталей машин: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.03.01 / Иванников В.А. / Воронежская гос. лесотехн. акад. – Воронеж, 2000. – 16 с.

6. Иванников, В. А. Изучение пористости плазменных покрытий из самофлюсующихся порошков после их оплавления плазматроном / Инновации в автомобильном транспорте. материалы Всероссийской научно-технической конференции / Иванников В.А., Бухтояров В.Н., Голев А.Д., Крухмалев С.Н. – Воронеж, 2022. – с. 48-52.

7. Чѐсов, Ю. С. Шероховатость поверхности износостойких покрытий после финишной механической обработки / Ю. С. Чѐсов, Е. А. Зверев, А. И. Попелюх, П. В. Трегубчак // Обработка металлов. – 2011. – № 1(50). – с. 12-14.

8. Пантелеенко, А. Ф. Исследование морфологии и микроструктуры покрытий из диффузионно-легированного порошка ПРХ18Н9, полученных плазменным напылением с последующим лазерным модифицированием / А. Ф. Пантелеенко // Вестник Брестского государственного технического университета. Серия: Машиностроение. – 2012. – № 4. – С. 37–39

9. Композиционные наноструктурные механически легированные порошки для газотермических покрытий: монография / Ф. Г. Ловшенко, Г. Ф. Ловшенко. – Могилев : Белорус. ‐ Рос. ун‐т, 2013. – 215 с.

10. Душко О.В. Алмазное шлифование карбидкремниевой керамики для машиностроения: монография / О.В. Душко, В.М. Шумячер. – Волгоград: ВолгГАСУ, 2009. – 80 с.

11. Фельдштейн, Е. Э. Формирование обработанной поверхности при шлифовании пористых материалов / Е. Э. Фельдштейн // Машиностроение : республиканский межведомственный сборник научных трудов / Белорусский национальный технический университет ; редкол.: И. П. Филонов (гл. ред.) [и др.]. – Минск : Технопринт, 2003. – Вып. 19. – С. 357-363.

12. Маслов, Е. Н. Основы теории шлифования материалов / Е. Н. Маслов – М.: Машиностроение, 1974. – 318 с.

13. Якимов, А. В. Оптимизация процесса шлифования / А.В. Якимов – М.: Машиностроение, 1975. – 176 с.

14. Ящерицын, П. И. Шлифование металлов / П.И. Ящерицын, Е.А. Жалнерович – Мн.: Беларусь, 1970. – 324 с.


Войти или Создать
* Забыли пароль?