Введение к работе
Актуальность темы
Наибольшее количество быстроизнашиваемых деталей
машиностроительных предприятий Республики Беларусь относится к простейшим цилиндрическим изделиям, работающим в узлах трения машин. Номенклатура таких деталей включает втулки и подшипники скольжения из бронзы. Низкая стойкость их внутренних рабочих поверхностей приводит к повышенному потреблению цветных металлов, которые предприятия республики покупают в странах ближнего зарубежья. В этой связи необходима разработка эффективных технологий нанесения антифрикционных покрытий на рабочие поверхности деталей. Весьма перспективной для данной номенклатуры деталей является технология индукционного центробежного припекания порошковых покрытий. Однако для получения качественных покрытий необходимо равномерно распределить порошковый материал в холодном состоянии на внутренней поверхности заготовки с образованием осесимметричного профиля сформованного слоя, что на практике не всегда удается. Нагрев осесимметричного сформованного материала обеспечивает стабильность физико-механических характеристик припекаемых покрытий. Величина припусков на механическую обработку, расход порошкового материала, а также физико-механические характеристики припекаемых покрытий в значительной мере зависят от метода формования. Известно центробежное формование порошковых материалов во вращающейся заготовке с наложением электромагнитного поля, вибро-центробежное, планетарное, центрифугирование суспензий, двустадийное формование, а также некоторые другие способы. Их применение требует изготовления специальной оснастки, устройств, а в некоторых случаях и оборудования, что приводит к увеличению стоимости изготовления биметаллических деталей. Кроме того, большинство способов имеет ограниченное применение и для них отсутствуют научно обоснованные рекомендации по определению технологических параметров процесса формования.
Таким образом, является актуальной разработка технологии центробежного индукционного припекания порошковых покрытий с более универсальным способом формования. Технологии, которая позволит получать осесимметричный профиль свободной поверхности у припекаемых покрытий независимо от типоразмера детали, уменьшить расход порошкового материала, а также улучшить физико-механические характеристики покрытий и повысить качество готового изделия.
Связь работы с крупными научными программами, темами
Диссертационная работа выполнена в соответствии с заданиями республиканских научно-технических программ 1.08 "Ресурсосбережение" на 1993-1995 годы, 135 "Новые материалы и технология их переработки" на 1995-1997 годы, 5.02 "Триботехника" на 1994-1996 годы.
Цель и задачи исследований
Целью настоящей работы является разработка технологии индукционного припекания с использованием центробежного послойного формования, обеспечивающей снижение припусков на механическую обработку и улучшение физико-механических характеристик припекаемых покрытий, а также разработка технологических основ процессов нанесения бронзы на бронзу.
Для реализации указанной цели в работе поставлены следующие основные задачи:
-
Теоретически обосновать метод послойного центробежного формования порошковых материалов в холодном состоянии и получить расчетные зависимости для определения технологических параметров процесса, составить программу для вычисления параметров па ПЭВМ.
-
Экспериментально исследовать кинематику движения и кинетику формования порошковых материалов различной дисперсности и определить основные факторы и параметры, влияющие на процесс холодного формования.
-
Установить взаимосвязь физико-механических характеристик припекаемых покрытий с параметрами индукционного нагрева, изучить процесс структурообразования покрытий.
-
На основе проведенных исследований разработать технологический процесс индукционного припекания с использованием послойного центробежного формования, технологические рекомендации, схемы и оснастку для нанесения бронзовых порошковых покрытий на внутренние и наружные поверхности изношенных деталей из бронзы.
Научная новизна полученных результатов
Теоретически обоснован и разработан метод послойного центробежного формования, определены режимы, обеспечивающие получение осесимметричного профиля сформованного покрытия.
Впервые показано, что при центробежном формовании проскальзывание порошковой массы влияет на значение критической скорости вращения заготовки и траектории движения отдельных частиц порошка. Получена зависимость значения критической скорости от коэффициентов эффективного трения и заполнения внутренней полости заготовки. Установлено, что
формообразование покрытия происходит в диапазоне скоростей вращения заготовки. Определен диапазон скоростей формования покрытия.
Экспериментально исследована кинетика формования покрытий из порошка бронзы Бр.ОФЮ-1 дисперсностью (-400+315) мкм, (-63) мкм и электролитического порошка меди ПМС-1. Установлено, что характер увеличения скорости вращения заготовки в диапазоне скоростей формования оказывает наибольшее влияние на геометрию покрытия. Для процесса нанесения покрытия из порошка бронзы Бр.ОФ10-1 на втулку из бронзы Бр.ОФ6,5-0,15 построена температурно-врсменная область, позволяющая графически определять оптимальные параметры индукционного нагрева осесимметрично сформованного слоя.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Разработана технология индукционного припекания с использованием послойного центробежного формования, применение которой позволяет снизить припуски на механическую обработку покрытий, повысить качество готового изделия. Составлена программа расчета технологических параметров послойного формования на ПЭВМ. Разработаны технологические рекомендации и оснастка для нанесения бронзовых порошковых покрытий на внутренние и наружные (положительное решение по заявке № 2531 РБ) поверхности изношенных деталей из брогоы. Расширены технологические возможности индукционного центробежного метода.
Практическая значимость результатов работы подтверждается внедрением технологии восстановления бронзовых втулок верхних головок шатунов и втулок распредвалов тракторных двигателей Д-50, Д-240 и немецких автомобильных двигателей 4ВД, 6ВД на Дзержинском моторемонтном заводе, а также внедрением технологии изготовления биметаллических гаек задвижек ЗКЛН-250,200,150 на ПО "Нафтан".
Экономическая значимость полученных результатов
Годовой эффект от внедрения технологии восстановления бронзовых втулок на Дзержинском моторемонтном заводе составил 194,9 миллионов рублей. Экономия бронзы на ПО "Нафтан" при изготовлении по внедренной технологии биметаллических гаек задвижек в количестве 300 штук составила 2,5 тонны.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
1. Технологический процесс индукционного припекания с
использованием послойного центробежного формования, позволяющий снизить припуски на механическую обработку покрытий и повысить качество готового изделия, расширяющий область применения и технологические возможности индукционного центробежного метода нанесения покрытий.
-
Теоретическое обоснование метода послойного центробежного формования. Расчетные зависимости скорости вращения и ускорения разгона заготовки с порошковой засыпкой, определяющие послойный режим формования.
-
Экспериментальные зависимости прочности сцепления, пористости и микротвердости припеченных покрытий из порошка бронзы Бр.ОФЮ-1 к бронзовой основе из Бр.ОФ6,5-0,15 от параметров индукционного нагрева. Результаты экспериментальных исследований кинетики формования покрытий из порошка бронзы Бр.ОФЮ-і к меди ПМС-1.
4. Технологические рекомендации, схемы и оснастка для нанесения
бронзовых порошковых покрытий на внутренние и наружные поверхности
изношенных деталей из бронзы.
Личный вклад соискателя
Автором лично выполнены теоретические и экспериментальные исследования, позволяющие обосновать и разработать технологию индукционного припекания с использованием послойного центробежного формования. Совместно с соавторами публикаций произведены исследования но стабилизации режимов индукционного нагрева, а также разработаны технологические схемы и оснастка для нанесения покрытий на наружные поверхности деталей.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на республиканской научно-технической конференции "Проблемы качества и надежности машин" (Могилев, 1994 г.), на научно-технической конференции "Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии" (Гродно, 1994 г.), на межгосударственном научно-техническом семинаре "Проблемы физики процессов припекания, наплавки защитных порошковых покрытий и теплофизики в производстве" (Таганрог, 1995 г.), на II республиканской научно-технической конференции "Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин" (Новополоцк, 1995 г.), на международной научно-технической конференции и ярмарке-выставке "Оснастка-95" (Киев, 1995 г.), на 25-м, 26-м и 27-м межгосударственных семинарах "Защитные покрытия" (Минск, 1994, 1995, 1996 гг.), на 6-й научной школе стран СНГ по механической обработке дисперсных материалов и сред "Вибротехнология-96" (Одесса, 1996 г.), а также на международной научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс" (Севастополь, 1996 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 3 статьи и 10 тезисов.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 195 страниц машинописного текста, включает 48 рисунков (40 стр.) и 2 таблицы (1 стр.), список литературы (124 наименования, 16 стр.) и 4 приложения (44 стр.).
