УДК 621.791.927.5
СПОСОБ МАГНИТНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ И ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ ПОДШИПНИКОВ
Дано описание способа магнитно-электрического упрочнения (МЭУ), приведена принципиальная схема устройства для его реализации, кратко охарактеризованы достоинства способа. Дано описание и количественные характеристики микрорельефа упрочненного слоя, схематично представлена его структура. Исследованиями доказана возможность использования МЭУ при восстановлении посадок подшипников на вал и в корпус.
магнитно-электрическое упрочнение, описание способа, упрочненный слой, микрорельеф, подшипниковые посадки, восстановление
Магнитно-электрическое упрочнение (МЭУ) относится к способам упрочняюще-восстанавливающей технологии, позволяющей в комплексе решать задачи восстановления размеров изношенных поверхностей с их одновременным упрочнением. Суть наиболее перспективной и производительной разновидности данного способа сводится к следующему [1-3] ( рис.1).
В рабочий зазор h1 между полюсным наконечником 1 электромагнита 2 и упрочняемой деталью 3 подается из дозирующего устройства 4 порошок 5 электропроводящего ферромагнитного материала (ферробор, феррохромбор, порошкообразное железо и др.). Наконечник и деталь электрически соединены с полюсами источника технологического тока. Зерна порошка (микроэлектроды) удерживаются в зазоре магнитным полем. При подаче импульсов напряжения U1 на наконечник и деталь происходит пробой окисных пленок с образованием канала проводимости и по цепочкам микроэлектродов начинает течь ток. В точках контакта микроэлектродов с упрочняемой поверхностью за счет выделяющего тепла осуществляется наплавка микрообъемов материала порошка на поверхность детали. По мере появления в точках контакта жидких перемычек металла, электродинамические силы разрывают цепочки-мостики из микроэлектродов с образованием кратковременных микродуговых разрядов (электрический взрыв). При этом часть микроэлектродов и капель расплава выбрасывается из рабочего зазора. Убыль микроэлектродов вследствие наплавки и выброса восполняется непрерывным поступлением в рабочий зазор порошка из дозатора.
При подаче на катушку электромагнита импульсного напряжения U2 определенной скважности полюсный наконечник приводится в возвратно-поступательное (осциллирующее) движение на упругой подвеске (комплект плоских пружин 5) перпендикулярно упрочняемой поверхности с ударом по ней в конце каждого поступательного хода. При поступательном ходе наконечник прижимает микроэлектроды к детали, повышая надежность электрического контакта и ограничивая микродуговые процессы.
Конечный технологический эффект магнитно-электрического упрочнения с силовым активированием процесса обусловлен воздействием на микроэлектроды
и расплав трех основных факторов: электрического тока (электрический фактор), осциллирующего движения полюсного наконечника (механический фактор), магнитного потока в рабочем зазоре (магнитный фактор). Все эти факторы носят циклический характер и смещены во времени относительно друг друга. Комплексные исследования, проведенные автором [3], позволили определить оптимальные параметры фазового сдвига между электрическим и механическим факторами; установить зависимость технологических режимов от фазового сдвига.
Формообразование упрочненного слоя детали происходит дискретно, в результате одновременного протекания двух процессов: наплавки и контактной приварки микроэлектродов к упрочняемой поверхности и ее электрической эрозии под воздействием микродуговых разрядов. Упрочненная поверхность (рис. 2) представляет собой множественное сочетание наплавленных на металл подложки 1 куполообразных выступов 2 высотой 0,1…0,15 мм (максимально до 0,3 мм), состоящих из материала микроэлектродов. Между выступов могут располагаться относительно небольшие незаплавленные участки Pi, а также электроэрозионные микрократеры 3 глубиной Ci до 0,05…0,1 мм. Под слоем наплавленных выступов имеется переходной диффузионный слой 4 толщиной 0,03…0,07 мм. Ещё ниже находится зона термического влияния 5 со средней толщиной Ki=0,15…0,2 мм.
По мере увеличения сплошности слоя, процесс переноса материала микроэлектродов на материал подложки затухает, “слой на слой” не ложится.
Исследованиями микропрофиля и путем построения кривых опорной поверхности установлено, что сплошность нанесенного слоя на исходном, номинальном уровне не превышает 85…95% даже после электроконтактного сглаживания упрочненной поверхности.
По своим технологическим возможностям магнитно-электрическое упрочнение занимает промежуточное положение между “грубым” электроискровым легированием (МЭУ более производительнее, легче поддается автоматизации, больше толщина упрочненного слоя) и вибродуговой наплавкой (меньше нагрев упрочняемых деталей: при МЭУ - не более 150…200 °C, существенно проще достигается точечно-импульсный характер процесса). Исследованиями , , и другими, большая часть которых была выполнена в специализированной лаборатории “Элферрмо” кафедры технологии машиностроения КТИРПиХ (КГТУ) в гг., были установлены основные закономерности магнитно-электрического упрочнения, разработаны конструкции опытно-промышленного оборудования, выявлены оптимальные технологические режимы и рациональная область применения МЭУ. Библиография данных исследований приводится в [3,4]; новые разработки по способу МЭУ представлены в [5].
Одним из перспективных и ранее не исследовавшихся направлений является использование способа МЭУ при восстановлении изношенных посадочных мест под подшипники качения. Эта задача весьма актуальна, например, при восстановлении посадок с натягом при ремонте роторов электродвигателей. Износ посадочных мест здесь относительно мал (0,05…0,15 мм на диаметр), а обычно применяемая наплавка с последующей проточкой не обеспечивает, как правило, необходимой твердости слоя, да и вызывает большие температурные деформации роторов с необходимостью их правки. Здесь преимущества МЭУ (высокая износостойкость упрочненного слоя, малый нагрев упрочняемой детали) могут обеспечить его высокую эффективность. Но, с другой стороны, известно, что прочность прессовых соединений, которая характеризуется усилием распрессовки и его стабильностью, зависит от сплошности сопрягаемых поверхностей. Поскольку при МЭУ сплошность слоя не достигает 100%, были проведены исследования прочности посадок с натягом, восстановленных данным методом. На основании экспериментов строились функциональные зависимости усилия распрессовки, коэффициента относительной прочности посадки, износа валиков и втулок от количества перепрессовок. Установлено [6], что статическая прочность посадок с натягом, восстановленных магнитно-электрическим способом с последующим шлифованием, не уступает прочности посадок для еще не изношенных поверхностей.
Возможности МЭУ при восстановлении посадки подшипника в корпус были исследованы при восстановлении работоспособности центробежного насоса ЦНТ-60. Для восстановления посадки на наружное кольцо подшипника диаметром 100 мм способом МЭУ был нанесен слой ферробора на режимах, представленных в [6]. В результате магнитно-электрического упрочнения и последующего сглаживания абразивным бруском наплавленных микровыступов диаметр подшипника по наружному кольцу составил 100,4…100,5 мм. Сплошность слоя – 20…25% на уровне сглаженных вершин микровыступов и до 80% на уровне исходной поверхности упрочнения.
Упрочненный подшипник запрессовывался в чугунный корпус насоса, причем отверстие в корпусе расточке не подвергалось. Отремонтированный насос эксплуатировался в системе водоснабжения 5 лет, нарушений восстановленной подшипниковой посадки выявлено не было.
В результате представленных выше материалов можно сделать следующие выводы:
- разработанный в КТИРПиХ (КГТУ) способ магнитно-электрического упрочнения весьма эффективен при восстановлении посадочных мест при посадке подшипников качения как на вал, так и в корпус;
- сплошность упрочненной поверхности в пределах 75…80% не сказывается отрицательно на прочности посадок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.А. С. МКИ В24В31/10. Способ наплавки порошкообразных ферромагнитных материалов / , (Россия).- № 000.
2.А. С. МКИ В24В31/10. Установка для нанесения покрытий ферромагнитными порошками / , , (Россия).-№ 000.
3.Борисов и разработка процесса магнитно-электрического упрочнения деталей машин в условиях фазового сдвига активизирующих факторов: дисс. …канд. техн. наук / :– Минск, 19с.
4.Кожуро деталей машин в магнитном поле / , . - Мн: Наука и техника, 19с.
5.Хейфец импульсных процессов наплавки покрытий ферромагнитными порошками / , , // Упрочняющие технологии и покрытия№3. - С. 51-56.
6. . Исследование прочности посадок с натягом, восстановленных магнитно-электрическим упрочнением / // Инновации в науке и образовании – 2008: VI Юбилейная международная научная конференция, посвященная 50-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле: труды. Часть 2 / КГТУ. – Калининград, 2008. - С. 235-238.
WAY OF MAGNIT-ELECTRICAL HARDENING AND ITS TECHNOLOGICAL OPPORTUNITIES AT RESTORATION OF LANDING PLACES OF BEARINGS
B. P. Borisov
The description of a way of magnit-electrical hardening (МEH) is given, the basic scheme of device SM of its realization is resulted, advantages of a way are briefly characterized. The description and quantitative characteristics of a microrelief of the strengthened layer is given, its structure is schematically presented. Researches prove an opportunity of use МEH at restoration of landings of bearings on a shaft and in the case.
