АВТОБИОГРАФИЯ   АВТОРЕФЕРАТ   ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ  
ОТЧЕТ   ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

НАНЕСЕНИЕ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА УЗЛЫ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ, ЗУБЧАТЫЕ И ЧЕРВЯЧНЫЕ КОЛЕСА, УПЛОТНЕНИЯ, НАПРАВЛЯЮЩИЕ И ДРУГИЕ ДЕТАЛИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ
© ООО, НПФ ПЛАЗМАЦЕНТР, 2000-2005.

ЦЕЛЬ  ПРОЦЕССОВ  - изготовление новых или восстановление изношенных деталей и изделий с антифрикционными свойствами поверхности, обладающими  повышенной стойкостью против задиров и схватывания, стойкостью против водородного изнашивания, обеспечивающими наилучшие условия удержания смазочного материала, уменьшение времени приработки, снижение шума и вибрации. Процессы предназначены для обработки деталей из углеродистых, легированных сталей и цветных сплавов.

СУЩНОСТЬ  ПРОЦЕССОВ  состоит:

• в нанесении антифрикционных покрытий толщиной от десятых долей до нескольких миллиметров из порошковых материалов(металлических, керамических, полимерных) на  поверхность  деталейручными или механизированными плазмотронами, газопламенными горелками,обеспечивающими  универсальность процессов, гибкость регулирования  режимов (процессы плазменной наплавки и газотермического напыления);
• в нанесении тонкопленочного (2-4 мкм)аморфного покрытия при атмосферном давлении  малогабаритным ручным плазмотроном за счет плазмохимических реакций при использовании специальных жидких препаратов (процесс финишного плазменного упрочнения);
• повышении антифрикционных свойств поверхностного слоя основного металла двух или одной из  сопряженных деталей пар трения за счет обработки поверхности специальными плазменными дугами или струями  (процессы плазменной закалки и плазменной  модификации).

ЭФФЕКТ от реализации ПРОЦЕССОВ состоит в изменении физико-механических свойств новых или восстановленных рабочих поверхностных слоев: уменьшении коэффициента трения,  увеличении микротвердости, создании сжимающих остаточных напряжений, залечивании микродефектов, образовании на поверхности диэлектрического и коррозионностойкого пленочного покрытия с низким коэффициентом теплопроводности, химической инертностью и специфической топографией поверхности и других факторах.

МАТЕРИАЛЫ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ, НАНОСИМЫЕ МЕТОДАМИ НАПЛАВКИ  И  НАПЫЛЕНИЯ: металлические (баббиты, бронзы, чугуны), керамические (оксиды, карбиды, нитриды), полимерные (фторопласты, полиэтилены и др.), аморфные.

ВЫБОР АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ПРОИЗВОДИТСЯ С УЧЕТОМ  СЛЕДУЮЩИХ ТРЕБОВАНИЙ:

• обеспечение заданной долговечности узла при необходимом значении  коэффициента трения;
• достаточная механическая прочность, для обеспечения жесткости сопряжений  и выдерживания нормальных нагрузок;
• соответствие теплофизических свойств, обеспечивающих работу в  определенном    тепловом режиме;
• высокая износостойкость;
• совместимость со смазочным материалом;
• поддержание стабильного значения коэффициента трения в подвижном сопряжении;
• хорошая прирабатываемость;
• обеспечение минимального периода приработки;
• исключение схватывания и задира;
• в случае несовершенной смазки, а также кратковременных перерывов в подаче смазки к зоне контакта должны быть исключены  повреждения трущихся поверхностей и выплавление антифрикционного слоя;
• высокая теплопроводность при низком коэффициенте теплового расширения;
• высокая коррозионная стойкость;
• сохранение основных свойств материала в условиях воздействия таких эксплуатационных факторов как экстремальная температура и влажность, контакт с водой, смазочными и технологическими жидкостями, солнечной радиации и т.д.;
• хорошая обрабатываемость;
• сравнительная простота технологических процессов при изготовлении деталей и разработке эффективного контроля качества продукции;
• возможность создания параметров шероховатости поверхностей трения близких к равновесным, т.е. обеспечивающим незначительный по длительности период приработки;
• в некоторых случаях они должны обладать хорошей демпфирующей способностью, стабильностью линейных размеров при погружении в воду;
• отсутствие разложения, выделения токсичных веществ, образования материалов, вызывающих загрязнение окружающей среды;
• стойкость к микроорганизмам;
• недефицитность.

ОБОРУДОВАНИЕ  ДЛЯ  ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ  ПРОЦЕССОВ:

• для наплавки бронзовых покрытий применяются специализированные установки для плазменной наплавки или плазменной наплавки-напыления, состоящие из  сварочных источников питания, блока аппаратуры, порошкового питателя и малогабаритного плазмотрона, рассчитанного на ручное или механизированное ведение процесса.  Могут также использоваться серийно выпускаемые установки для плазменной обработки типа УПНС-304, УПВ-301, УПО-302-1 и др.;
• для газотермического напыления покрытий толщиной до 1 мм из баббита, олова, бронзы, керамики применяются газопламенное, плазменное или детонационное оборудование различных моделей;
• для финишного плазменного упрочнения с нанесением аморфного тонкопленочного  покрытия используется установка УФПУ-101 или сварочный   серийный выпрямитель ( ВД-201, ВД-306,ВДУ-506 и др.) дополненный переносным блоком аппаратуры с жидкостным  дозатором и малогабаритным плазмотроном;
• для плазменной закалки используется оборудование, состоящее из источника питания дуги, малогабаритного плазмотрона и механизма для перемещения плазмотрона или детали. В качестве источника питания используются установки плазменной сварки и наплавки УПНС-304, плазменной обработки УПО-302-1, УПВ-301, плазменной резки УПРП-201, сварочные выпрямители ВД-201, ВД-306, ВДУ-506 и др. Плазмотрон изготавливается по оригинальным конструкторским разработкам. Механизмом для перемещения может служить серийное механическое, сварочное или наплавочное оборудование.
• для плазменной модификации  оборудование включает в себя источник тока типа АПР-404, блок аппаратуры, плазмотрон,компрессор (при отсутствии стационарной воздушной магистрали ), блок автономного охлаждения (при отсутствии системы водоснабжения), устройство механизации взаимного перемещения плазмотрона и изделия.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ПРОЦЕСС  включает в себя (например, при восстановлении изношенных поверхностей)  операции предварительной зачистки, проверки поверхности на наличие дефектов  и  непосредственно - нанесения покрытия путём взаимного перемещения плазмотрона или изделия.  В качестве рабочего газа при процессе плазменной наплавки используется аргон. При необходимости проводится предварительный и сопутствующий подогрев изделия.

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ НАПЛАВКИ, НАПЫЛЕНИЯ, УПРОЧНЕНИЯ, ЗАКАЛКИ И МОДИФИКАЦИИ 

Рабочие поверхности кулачковых механизмов различного назначения (для станков-автоматов, механизмов полиграфических машин, распределительных механизмов двигателей и др.) изготавливаются из сталей подвергаемых термической обработке до твердости НRС 55-57 или чугунов с твердостью НВ 420-440. Изнашивание кулачковых механизмов может происходить в результате абразивного и усталостного разрушения поверхности, а также вследствие молекулярного схватывания.

Повышение ресурса работы кулачковых механизмов может производиться с использованием технологии финишного плазменного упрочнения сопряженных поверхностей трения. При этом за счет нанесенного тонкопленочного аморфного покрытия и воздействия плазменной струи обеспечивается изменение топографии поверхности (залечевание микродефектов), создание сжимающих остаточных   напряжений, защита от водородного изнашивания.

Восстановление изношенных размеров деталей кулачковых механизмов  (толкателей, кулачков) может производиться с использованием технологий плазменной,  газопорошковой наплавки или газотермического напыления (с последующим оплавлением покрытия). 

Подшипники скольжения используются для восприятия радиальных нагрузок, действующих между валом и вкладышем. Подшипники скольжения разделяются  на подшипники, работающие в режимах газодинамической, гидродинамической (жидкостной), полужидкостной и граничной смазок. Преобладающим в подшипниках скольжения, работающих в условиях граничной смазки, является усталостное изнашивание.  В качестве материала вкладышейили втулок подшипников скольжения  применяют металлические (баббит, бронза) и полимерные  материалы.

Восстановление размеров изношенных  вкладышей и втулок осуществляется с использованием технологий газотермического напыления  (при толщине напыленного слоя не более 2 мм) и технологий наплавки для более толстых покрытий.

Эффективен процесс нанесения специального промежуточного напыленного покрытия перед заливкой баббита, что способствует получению качественного баббитового слоя толщиной порядка 10 мм, отказаот трудоемких и экологически грязных процессов химической подготовки поверхности.

 Перспективно использование антифрикционного покрытия, состоящего из нижнего демпфирующего слоя и верхнего слоя, характеризующегося регламентированной пористостью, пониженным коэффициентом трения и сжимающими остаточными напряжениями на поверхности. Одной из дополнительных возможностей повышения ресурса работы элементов подшипника является нанесение аналогичного  покрытия на ответную деталь - вал. 

Уплотнения служат для предотвращения вытекания смазочного материала и попадания в уплотняемый объем абразивных частиц и влаги (например, торцовые уплотнения погружных электродвигателей, применяемых в агрегатах для добычи нефти из скважин, насосов, применяемых для откачки воды). В качестве пары трения торцовых уплотнений работающих в воде можно применять бронзу Бр.ОЦС-5-5-5 - керамическое покрытие, при  удельной нагрузке до 5 кгс/см^2. Для герметизации в нейтральных или слабоагрессивных средах в торцовых уплотнения  можно применять керамические покрытия с ответной деталью из углеграфита при удельном давлении до 54 кгс/ см^2. Нанесение керамических покрытий возможно с использованием процессов газотермического напыления, а бронзовых - как наплавки, так и напыления.

Направляющие служат опорами, с помощью которых достигается взаимное расположение отдельных узлов или деталей машин и направление их движения (они используются для станков механической обработки, кузнечно-прессового оборудования, кривошипно-шатунных механизмов, приборов, поршневых насосов). Как правило, элемент направляющей, имеющий большую длину, изготавливают из термически обработанного чугуна или стали. Меньшие по размерам элементы направляющих скольжения при относительно больших скоростях и нагрузках изготавливаются из баббитов, бронз и цинкоалюминиевых сплавов. Эти элементы при работе в условиях малых скоростей и давлений в основном изготавливают из чугуна или стали. Поверхностные слои направляющих из чугунов обычно имеют твердость НRC 48-53 и глубину закаленного слоя около 2,5 мм. Стальные направляющие имеют твердость НRC 58-62. Рабочие поверхности стальныхнаправляющих в некоторых случаях подвергают цементации или азотированию для большей твердости поверхностных слоев.

Применительно к ползунам карусельных станков использование процесса плазменной закалки вместо индукционной закалки позволило увеличить производительность процесса в 3 раза, уменьшить расходэлектроэнергии в 5 раз, увеличить твердость поверхности с НRC 48 до HRC62, что увеличило долговечность ползуна в 3 раза. Особенно эффективен процесс плазменной закалки для направляющих станков типа “ласточкин хвост”, для которых индукционная закалка осложнена из-за трудности введения индуктора в паз.

Фрикционное сцепление предназначено для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии, а также для их кратковременного разъединения.  Накладки современных фрикционных сцеплений изготавливаются практически только из композиционных материалов. По типу основы (матрицы) они могут быть металлическими, минеральными и полимерными.

Восстановление изношенных накладок может производиться с использованием газотермического напыления. В качестве наносимых материалов применяются порошки из металлокерамики, а также композиционные  на основе карбидов. 

Винтовые или резьбовые сопряжения достаточно широко используются для передачи движения (например, пары винт-гайка горизонтально- и  ветикально-фрезерных  станков). В этом случае между витками винта и  гайки имеет место реверсивное скольжение. Обычно в резьбовых сопряжениях, используемых для передачи движения, один из взаимодействующих элементов (обычно гайка) изготавливается из более мягких материалов, чем винт.

Для упрочнения ходовых винтов  эффективен процесс контурной плазменной закалки, в отличие от индукционной контурной закалки который имеет недостатки, связанные с трудностью получения достаточной мощности в индукторе малого размера, неравномерностью толщины и твердости закаленного слоя. В процессе плазменной закалки обеспечивается высокая скорость, а также требуемая локальность нагрева, что неосуществимо при индукционной закалке. 

Червячные и глобоидные передачи используются при изготовлении редукторов, устанавливаемых в лифтах, металлорежущем оборудовании, шахтных подъемниках и др. В большинстве случаев, червяк изготавливается из стали 40Х твердостью HRC 32-35, а  колесо из бронзового сплава  БрОНФ 10-1-1.

 Финишное плазменное упрочнение или плазменная закалка червяка способствует повышению долговечности работы узла.

 При износе или выкрошивании отдельных зубьев для их восстановления применяется технология плазменной наплавки. 

В контакте зубьев имеет место качение со скольжением профилей, за исключением полюса зацепления, в котором реализуется кинематически чистое качение. Изнашивание обильно смазывающихся профилей зубьев в тяжелонагруженных передачах встречается при попадании в масло абразивных частиц, при эксплуатации в условиях высоких температур, больших контактных нагрузках и скоростях скольжения. Зубчатые колеса при эксплуатации подвергаются воздействию значительных изгибающих, контактных и ударных нагрузок, часто работают в условиях загрязнения масла абразивом. Более интенсивному изнашиванию подвержены зубчатые колеса непостоянного зацепления (переключаемые шестерни коробок передач). Торцовый износ зубчатых колес составляет порядка 1,2-6 мм, износ зубьев по толщине в некоторых случаях превышает 1,2 мм. Зубчатые колеса изготавливают преимущественно из легированных цементованных сталей. После цементации или цианирования и последующей термической обработки твердость рабочих поверхностей зубьев составляет HRC 57-64.

 Наиболее эффективен процесс упрочнения зубчатых колес методом финишного плазменного упрочнения или плазменной модификации.

 Восстановление зубьев методами наплавки также может приниматься к рассмотрению.

Цилиндро - поршневая пара трения

Для повышения работоспособности компрессионных колец поршней может применятся процесс финишного плазменного упрочнения.

КОНТРОЛЬ  КАЧЕСТВА  ПРОЦЕССОВ  осуществляется визуально и специальными методами на отсутствие недопустимых дефектов в соответствие с требованиями чертежа.  Производится также контроль материалов и параметров режима.

ТРЕБОВАНИЯ  БЕЗОПАСНОСТИ  ПРОЦЕССА  определяются использованием сварочных источников нагрева и соответствуют условиям проведения сварочных, наплавочных и напылительных работ.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ  ОСОБЕННОСТИ  ПРОЦЕССОВ  По сравнению с аналогами - процессами избирательного переноса при трении,  финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО), вибрационной обработки, алмазного выглаживания, создания регулярного микрорельефа, безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО), использования твердосмазочных веществ в качестве покрытий и модифицирующих присадок, применения геоэнергетических активаторов, триботехнических составов НИОД, процессы наплавки, напыления, финишного плазменного упрочнения, плазменной закалки и плазменной модификации, обладают следующими отличительными свойствами:

• комплексным решением проблем упрочнения и восстановления размеров;
• оптимальным изменением различных физико-механических свойств поверхностного слоя, приводящих к увеличению ресурса узла трения;
• получением регламентированной пористости покрытия при использовании процессов напыления.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ  ЭФФЕКТИВНОСТЬ  ПРОЦЕССА  определяется:

• многократным повышением долговечности и надёжности изделий, детали которых работают в условиях трения скольжения;
• сокращением затрат на ремонт и изготовление запасных деталей;
• экономией, связанной с уменьшением простоев агрегатов;
• повышением механического КПД механизмов (например, редукторов, винтовых пар), путем снижения коэффициента трения сопряженных деталей;
• экономией горючесмазочных материалов, за счет  уменьшения зазоров в парах трения и увеличения КПД;
• снижением металлоемкости конструкций узлов трения и повышением  производительности машин;
• экономией металла (15-20%) за счет большей грузоподъемности пар трения (в 1,5-2 раза);
• увеличением срока работы машин (минимум в 2 раза), сокращением периода приработки двигателей и редукторов, соответственно сокращением расхода электроэнергии.

АВТОБИОГРАФИЯ   АВТОРЕФЕРАТ   ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ  
ОТЧЕТ   ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ