Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ПОКРЫТИЙЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА
Антифрикционность покрытий электролитического железа
Антифрикционность— свойство трущейся пары обеспечивать устойчивый воспроизводимый процесс в условиях трения при граничной смазке, с малой интенсивностью изнашивания.
Поверхности деталей, восстановленные электролитическим железом, в основном работают в узлах трения. В зависимости от условий работы сопряжений, В' них возникает постоянное или кратковременное граничное трение, которое создает основные предпосылки к интенсификации износа.
Распространенными контактирующими металлами, работающими с покрытиями, являются чугуны (СЧ12-28, СЧ 15-32, СЧ18-36), оловянно-свинцовистые бронзы (БрОЦС6-6-4,5; БрОЦС6-6-3; БрОЦС5-5-5), алюминиевые сплавы (АК-4, АЛ-4, Д-1) и сплавы СОС6-6.
На основе указанных особенностей и было принято решение о проведении исследований антифрикционных и изност- ных свойств покрытий электролитического железа в условиях, близких к граничному трению, в контакте с широко распрост-' раненными подшипниковыми материалами.
Долговечность новых деталей машин при их .изготовлении обеспечивается структурой металлов и различными методами термической обработки. У поверхностей деталей, восстановленных осталиванием, долговечность обеспечивается точным соблюдением условий и режимов электролиза. К условиям электролиза относятся: состав электролита по соли железа (Сто, гМ) и кислоте (НС1, г/л), температура электролита
(/°C). Режим электролиза составляют: катодная плотность тока (Дк, а/дм2), объемная плотность тока (До, й/л) и время электролиза (т, час.).
Условия электролиза в процессе восстановления деталей должны быть постоянными, а режимы электролиза — изменяемыми, в зависимости от физико-механических свойств покрытий. От условий и режимов электролиза зависят качество и микротвердость покрытий (рис. 1). Микротвердость является основным контролируемым показателем свойств покрытий.
^ 510 400300200100^ 510 400300200100и 304050607080 80Плотность тока, ^к а/этзи 304050607080 80Плотность тока, ^к а/этзРис 1. Влияние компонентов электролиза на микротвердость покрытий.Рис 1. Влияние компонентов электролиза на микротвердость покрытий.
^ 510 400
300
200
100
^ 510 400
300
200
100
и 304050607080 80
Плотность тока, ^к а/этз
и 304050607080 80
Плотность тока, ^к а/этз
Рис 1. Влияние компонентов электролиза на микротвердость покрытий.
Рис 1. Влияние компонентов электролиза на микротвердость покрытий.
Покрытия для исследования антифрикционных и изноет- • ных свойств были получены в основном из электролита: 300 г]л Fe-С12'4Н2О+1,5 г/л НС1, температура /=75° С. Объемная плотность тока была постоянной Д0 = 1,5 а/л. Ка- годная плотность тока изменялась в широком диапазоне от Дк=5 а/дм2 до Дк =60 а]дм2.
Одно из основных свойств антифрикционности трущихся пар — их нечувствительность к схватыванию при возрастающих удельных нагрузках.
Схватывание проявляется при критических удельных нагрузках резким скачкообразным возрастанием силы трения, коэффициента трения, температуры в зоне контакта.
Причина возникновения таких критических пороговых изменений — переход одного вида изнашивания в другой.
Выявление критических нагрузок схватывания у исследуе- 1 мых пар проводилось ступенчатым нагружением образцов. Исходная нагрузка была—10 кГ/сл/2, интервалы нагружения: ( до 30 кГ/сж2 —через 5 кГ/сл/2, а далее через —10 кГ/сл2. Пе- I реход с исходной нагрузки на последующие производился пос- ] ле наступления точки стабилизации. Под точкой стабилизации понималось такое состояние контактной пары, когда при данной удельной нагрузке (Q) момент трения и температура в околоконтактной зоне имели минимальные 'установившиеся значения.
Схватывание покрытий, имеющих разную величину микротвердости, происходит не при одинаковых значениях удельной нагрузки и зависит от марки сопряженного подшипникового материала (табл. 1).
'Таблица 1
Влияние микротвердости покрытий и марки подшипникового материала на величину Q
Сочетание исследуемых пар
Нагрузка схватывания, Q кг-см-
марка материала контртела
(микротвердость покрытий, 1Н М50, кг^мм*1
Серый чугун СЧ15-32
450
50
500
150
550
140
575
100
Сталь 45 (т. оЗ
60
Алюминиевый сплав АК-4
375
50
400
НО
450
80
500
50 *
550
40
Сталь 45 (т. о.)
-30
Бронза БрОЦСб—6—4,5
450
50
500
90
550
' 170
575
50
Сталь 45 (т. о.)
40
Сплав СОС6-6
450
35
500
40
550
503
575
60 s
630
100
Сталь 45 (т. о.)
70j
„Каждому сопряженному материалу (контртелу) соответствует определенная величина микротвердости покрытия, при которой удельная нагрузка схватывания имеет максимальное значение. То значение величины микротвердости покрытий, при которой схватывание с данным материалом контртела происходит при максимальном удельном давлении, названо оптимальным (табл. 2).
Таблица 2
Оптимальные значения микротвердости покрытий, в зависимости от сопряжения подшипникового материала
Марка сопряженного материала
Микротвердость покрытия Нм опт кг^мм2
Q max схватывания, кг/см-
СЧ15-32
500
150
АК-4
400 *
ПО
БрОЦС6-6-4,5
550
170
Сплав СОС6-6
630
100
• Отклонение микротвердости покрытий от найденных оптимальных значений в ту или иную сторону обязательно приводит к уменьшению величины удельной нагрузки схватывания.
Контактирование 2-х поверхностей трущейся пары сопровождается упруго-пластической деформацией. Величина упруго-пластической деформации зависит от физико-механических свойств контакта. Деформация может протекать как с преобладанием упругих, так и с преобладанием пластических свойств.
Отклонение величины микротвердости Нм покрытий от оптимальных значений способствует в случае снижения Нм увеличению пластических свойств контакта, а в случае повышения Нм — росту упругих свойств контакта.
В первом случае при увеличении пластической деформации происходит оттеснение металла покрытий в процессе трения в стороны от мест контакта. Многократные пластические деформации приводят к усталостному разрушению поверхностей трения. Под воздействием этих деформаций наблюдается разрушение окисных пленок на поверхности контакта. В местах разрушения металла покрытия появляются локальные зоны схватывания, которые за короткий промежуток времени перерастают в спонтанные.
Во втором случае с увеличением Нм покрытий преобладают упругие свойства контакта. Трущиеся поверхности покрытий начинают разрушаться от явлений «перенаклепа» с обра-
зованием хрупких частиц износа, которые интенсифицируют абразивное изнашивание. Скорость образования поверхностных пленок у контактирующих пар становится меньше скорости их изнашивания. По этой причине и наблюдаются явления схватывания при меньших удельных нагрузках.
В аналогичных условиях для сравнения были испытаны контактирующие пары «Сталь 45 (т. о.) — контртело». Схватывание этих исследуемых пар происходило при меньших величинах удельных нагрузок по сравнению с покрытиями. Такое отличие представляется возможным объяснить лучшими антифрикционными свойствами покрытий.
Коэффициенты трения исследуемых пар демонстрируют также зависимость антифрикционных свойств покрытий от величины микротвердости: На рис. 2, 3 показан характер изменения коэффициентов трения от Нн и марки подшипнико-
Рис. 3. Изменение коэффициента трения от удельной нагрузки Q, кГ!см2 (трение покрытие —- СОС6—6): 1) /7М== 450; 2) Нм = 500; 3) //м=550; 4)лм=575 кГ]ммг; 5) Сталь 45 (т. о.) HRC50— 55; 6) 7/м=630 кГ[мм2.
вого материала. Покрытию с Нм —550 кГ!мм2 (рис. 2) соответствует минимальной по значению и почти не меняющийся от нагрузки коэффициент трения (кривая 3).
Относительное постоянство коэффициента трения при возрастающей нагрузке объясняется постоянным увеличением опорной поверхности от значения Q. Изнашивание в этих условиях одинаково изменяет микрогеометрию контактируемых поверхностей. Подобные закономерности просматриваются и у пар «покрытие — СОС6-6». Из анализа (рис.-2, 3) следует, что схватывание всех контактируемых пар происходит при скачкообразных изменениях коэффициентов трения (f>0,2). Скачок означает, что пленочное (окислительное) изнашивание перешло к схватыванию поверхностей контакта. Отклонение величины микротвердости покрытий от оптимальных значений во всех случаях приводит к увеличению коэффициентов трения, и их скачок наблюдается при меньших значениях [18].
"Коэффициенты трения пар «Сталь 45 (т. о.)—контртело» во всех случаях имели значения выше, чем покрытия оптимальной микротвердости с идентичными контртелами. Это говорит о том, что качество поверхностных пленок пар «Сталь 45 (т. о.) —контртело» значительно уступает пленкам, образующимся у покрытий. По этой причине можно ожидать и большую интенсивность износа (меньшую износостойкость) у пар, контактируемых ст. 45 (т. о.), HRC 50-55.
Коэффициенты трения покрытий с оптимальной микротвердостью имеют минимальные значения у сочетаний своих групп, но значительно отличаются в сравнениях между групповыми сочетаниями (табл. 3).
Таблица 3
Сравнительные данные коэффициентов трения у оптимальных сочетаний
Коэффициенты трения, / -Коэффициенты трения, / -0,0800,0600,1730,0860,0800,0600,1730,086Оптимальные сочетания ч покрытие—подшипниковый
Коэффициенты трения, / -
Коэффициенты трения, / -
0,080
0,060
0,173
0,086
0,080
0,060
0,173
0,086
■■металл*
нагрев распространяется вглубь. Величина температуры зоны контакта зависит от физико-механических свойств металлов и от параметров трения. Повышаясь от воздействия этих факторов, температура начинает оказывать существенное влияние на физико-механические свойства контактируемых пар, на величину и характер их изнашивания.
Нагревание трущихся тел неразрывно связано с деформациями и разрушением контактных точек в зоне трения. Тепловая энергия зоны контакта частично рассеивается в окружающую среду, часть отводится в образец и контртело, а часть рассеивается.с продуктами износа.
Величина деформации, возникающая в процессе трения, и микротвердость покрытий принадлежат к основным источникам теплообразования, а наблюдаемые резкие повышения температуры у исследуемых сочетаний пар свидетельствуют ' о наличии этой связи (рис. 4, 5).
Рис. 4. Изменение температуры в околоконтактной зоне от Q (трение покрытие — БрОЦС6-6-4,5): 1) Нм = 450; 2) Нм— 500; 3)Ям=550;
4) Ям =575 кГ/жж2; 5) Сталь 45 (т. о.) HRC50—55.
Приращение температуры происходит более интенсивно в начальный период трения. При длительных' испытаниях температура стремится к некоторому постоянству (рис. 5). Температура околоконтактной зоны более инерционна (/°C), чем момент трения (А1тр). Эта зависимость характерна для всех сочетаний.
Рис. 5. Характерные изменения момента трения н температуры в околоконтактной зоне при приработке (Q=10 кГ)см2, трение покрытие Нм =610—СОС6-6).
Момент трения резко возрастает до максимума (на примере приработки «покрытие Ям=630—СОС6-6», Q = 10 кГ^м^ и задерживается в этом положении некоторое время, а затем снижается до строго определенного неизменного значения (стабилизируется). Температура до максимального значения повышается медленно т=20—35 мин. Понижение температуры по сравнению с моментом трения задерживается на т=10—30 мин.
Запаздывание роста температур относительно момента трения объясняется интенсивным отводом тепла в начальный период из зоны контакта за счет теплопроводности материалов, составляющих пару трения. По этой причине идет медленное формирование теплового поля. Инерционность формирования температурного объемного поля характеризуется временем, необходимым для установления теплового баланса пары.
Полная стабилизация температуры в околоконтактной. зоне и момента трения означает окончание формирования вторичных структур и фактической площади, контакта. Это яв-
ление ни в коем случае не означает прекращения деформаций в контактной зоне. '
Температура поверхностного слоя и температурный гради- ' ент существенно влияют на изменение механических свойств материалов, на значения коэффициентов трения и на характер изнашивания контактирующих поверхностей. Так, более
Удельная наеруз*#, Q кГ/см2
Рис. 6. Изменение температуры в околоконтактной зоне от Q (трение покрытие—АК-4): 1) //„=375; 2) Нм= 400; 3) #м=450; 4) //м=500 кИмм^ 5) //„=550 кГ/лмР;
6) Сталь 45 (т. о.) HRC50-55.
плавный подъем температур наблюдается у сочетаний с оптимальной микротвердостью покрытий (рис. 6, кривая 2 и рис. 4, кривая 3), а сочетания с микротвердостью покрытий, отличной от оптимума, имеют резкий подъем температур (рлс. 6, кривые 1, 4, 3, 5; рис. 4, кривые 2, 4, 1) . Из данных (рис. 4 и 6) нетрудно сделать йывод, что с улучшением антифрикционных свойств сочетаний кривая подъема температур
приближается к оси абсцисс, а с ухудшением — к оси ординат.
Величина температуры оказывает непосредственное влияние на критическую нагрузку схватывания. Если у оптимальных пар температура схватывания (230—260° С) достигается при Q=170 кГ1см2 (рис. 4) и Q= ПО кГ/см2 (рис. 6), тс в других случаях это значение температуры получается при меньших Q. Из полученных результатов следует, что с повышением околоконтактной температуры схватывание контактирующих пар облегчается.
Наличие критических температур и критических удельных нагрузок схватывания при граничном трении связано с прочностью поверхностного слоя. Величина коэффициента трения и температура в околоконтактной зоне находятся в непосредственной взаимосвязи. С возрастанием коэффициента трения увеличивается работа сил трения и соответственно возникает больший подъем температуры. У металлов с высокими напряжениями под действием температурных полей напряжения снижаются. У электролитического железа это выражается в уменьшении величины микротвердости из-за рекристаллизации, которая начинается при объемной температуре свыше 200° С.
»■ В сопряжениях «покрытие — Ст. 10» схватывание наступает при исходной нагрузке (10 кПсм2) через 20 мин работы пары. Температура в околоконтактной зоне не превышает 84° С. Схватывание носит характер налипания крупных час-
■ тиц Ст. 10 на поверхность покрытий. Налипшие частицы имеют очень высокую микротвердость 7^ = 1500 кПмм2. Полученные результаты свидетельствуют о наличии малого энергетического барьера у сопряженных пар. Сопрягать малоуглеродистую сталь с электролитическим железом крайне нежелательно.
Проверка материалов других марок (СЧ12-24, СЧ18-36, БрОЦС6-6-3, БрОЦС5-5-5, АЛ-4, Д-1, АС) на схватывае- мость с покрытиями показала аналогичную закономерность, что и СЧ15-32, БрОЦСб-6-4,5, АК-4. В исследованиях были получены параметры трения одного порядка.
Взаимосвязь между параметрами трения и усредненнойтемпературой на поверхности контакта
, Исследования показали, что чем выше температура зоны контакта, тем интенсивнее изменяются физико-механические’ свойства покрытий.
В расчете были сделаны следующие допущения: 1) режим. ■ трения упорядоченный, и скорость изменения температуры во j всех точках к-онтртела постоянна; 2) расстояние от поверхности контакта до точки замера температуры постоянно; 3) вся площадь соприкосновения граничных пленок является тепловым источником; 4) доля теплоизлучения (при сравнительно низкой температуре околоконтактной зоны <=200° С) весьма мала; 5) тепловой поток определяется конвективным теплообменом слоя смазки и теплопроводностью стенки; 6) поверхность контакта контртела рассматривается как стенка — углом обхвата пренебрегаем.
Из теплотехники известно, что количество теплоты, переносимое в единицу времени через единицу площади, определяется по закону Фурье:
qv =—X— ,(1-1)
dn.
где:
X — коэффициент теплопроводности;
dt •
—градиент температур в направлении нормали к d fi-<p
Р и с 7. Расчетная схема.Р и с 7. Расчетная схема.поверхности. *
Р и с 7. Расчетная схема.
Р и с 7. Расчетная схема.
Режим трения упорядочен. Толщина стенки мала по сравнению с наименьшей протяженностью поверхностей, образующих контртело. Температурные условия на поверхностях стенки равномерные, но неравные. Считаем, что температура внутри пластинки изменяется только по ее толщине (в направлении X (рис. 7).
Примем ду =0, тогда по условию ста- dt а
' dt' dtMd^A, d2td2tCy^dx2 dy2 dz2Md^A, d2td2tCy^dx2 dy2 dz2Из уравнения (1—2) имеем:Из уравнения (1—2) имеем:dvCpdvCp«=0 dx2 -«=0 dx2 -dt _ или= С,.dx 1dt _ или= С,.dx 1(1-2)(1-3)(1-2)(1-3)' ционарности-^- = 0. Математическая теория теплопроводности базируется на дифференциальном уравнении (или уравнении Л>урье):
' dt
' dt
Md^A, d2td2t
Cy^dx2 dy2 dz2
Md^A, d2td2t
Cy^dx2 dy2 dz2
Из уравнения (1—2) имеем:
Из уравнения (1—2) имеем:
dv
Cp
dv
Cp
«=0 dx2 -
«=0 dx2 -
dt _ или= С,.
dx 1
dt _ или= С,.
dx 1
(1-2)
(1-3)
(1-2)
(1-3)
Для всех исследуемых сочетаний S = const и равно 1,2 мм. Коэффициент теплопроводности Х=const только для каждой марки сопряженного металла контртела.
При граничных условиях:
х=0, тогда t=tx;
при x=s t—h.
Произведя подстановку (1—3), получим:
c2=tv cxJri.(1-4)
Из выражения_(1—Д) имеем:
подставив (1—4Д после преобразований получим:
-7=+у(Л-М(1-5)
или
- ^ = <7—+^-
Величину единичного источника теплообразования при трении
определяем, воспользовавшись формулой X. Блока:
о = ^^— . Ю00, кал'сек,(1—6)
Д-427
где
f — коэффициент трения;
Q — удельная нагрузка, кПсм1;
V— скорость трения, м]сек;
А — площадь единичного контакта;
427 — механический тепловой эквивалент.
Произведя подстановку (1—6) в уравнение (1—5), получим:
^ = 1000^-®-^—)-Н2, °C.(1—7)
\ Л-427 Ь/
Из расчетных данных (табл, 4) следует, что величина критических усредненных температур контакта, при которых про-
' Сочетание исследуемых парСредняя темпера-■—'--—Марка материала контртелаМикротвердость покрытий, Нм кПим1тура на поверхности контакта при схватывании, t °C' Сочетание исследуемых парСредняя темпера-■—'--—Марка материала контртелаМикротвердость покрытий, Нм кПим1тура на поверхности контакта при схватывании, t °C„Таблица 4Величины средних- температур „а поверхностях контакта при схватывании„Таблица 4Величины средних- температур „а поверхностях контакта при схватыванииСЧ15-32СЧ15-32АК-4АК-4АК-4АК-4БрОЦС6-6-4,5БрОЦС6-6-4,5450213500550246246575224* Ст. 45 (т. о.)183375 ”191400263450231500201550201Ст. 45 (т. о.)140450213500550246246575224* Ст. 45 (т. о.)183375 ”191400263450231500201550201Ст. 45 (т. о.)140СОС6-6СОС6-6450'201500190550231575171Ст. 45 (т. о.)231450500141131550141575151630163Ст. 45 (т. о.)161450'201500190550231575171Ст. 45 (т. о.)231450500141131550141575151630163Ст. 45 (т. о.)161
' Сочетание исследуемых пар
Средняя темпера-
■—'--—
Марка материала контртела
Микротвердость покрытий, Нм кПим1
тура на поверхности контакта при схватывании,
t °C
' Сочетание исследуемых пар
Средняя темпера-
■—'--—
Марка материала контртела
Микротвердость покрытий, Нм кПим1
тура на поверхности контакта при схватывании,
t °C
„Таблица 4
Величины средних- температур „а поверхностях контакта при схватывании
„Таблица 4
Величины средних- температур „а поверхностях контакта при схватывании
СЧ15-32
СЧ15-32
АК-4
АК-4
АК-4
АК-4
БрОЦС6-6-4,5
БрОЦС6-6-4,5
450
213
500
550
246
246
575
224
* Ст. 45 (т. о.)
183
375 ”
191
400
263
450
231
500
201
550
201
Ст. 45 (т. о.)
140
450
213
500
550
246
246
575
224
* Ст. 45 (т. о.)
183
375 ”
191
400
263
450
231
500
201
550
201
Ст. 45 (т. о.)
140
СОС6-6
СОС6-6
450
'201
500
190
550
231
575
171
Ст. 45 (т. о.)
231
450
500
141
131
550
141
575
151
630
163
Ст. 45 (т. о.)
161
450
'201
500
190
550
231
575
171
Ст. 45 (т. о.)
231
450
500
141
131
550
141
575
151
630
163
Ст. 45 (т. о.)
161
исходит схватывание, наибольшее значение имеет у сочетаний с оптимальной микротвердостью покрытий. Эти покрытия устойчивы к температурным полям и повышенным температурам, мало чувствительны к величинам удельных нагрузок, имеют минимальные коэффициенты трения по сравнению с другими испытанными сочетаниями.
Работа от возникающих сил трения в основном переходит в тепло. Температура зоны контакта, достигнув определенных значений, начинает воздействовать на процесс изнашивания. Начальный рост температур способствует росту пластических деформаций и скорости диффузных процессов поверхностных слоев, что улучшает градиент механических свойств. С достижением зоны критических температур поверхностные “слои начинают размягчаться и градиент механических свойств меняет знак (на отрицательный). Смена-знака
градиента механических свойств приводит к прорыву поверхностных пленок, к освобождению ювенильных поверхностей, к увеличению взаимного внедрения поверхностей контакта.
Особенности прирабатываемости электролитического железа
Приработка влияет на свойства вторичных поверхностных структур, а от их качества зависит износостойкость сопряженных пар в условиях эксплуатации. Приработка характеризует начальную стадию износа, и продолжением ее является установившийся износ. Желательно свести к минимуму начальную стадию износа, довести до максимума установившуюся стадию износа и предупредить начало аварийного износа.
Под действием величин удельных нагрузок в зоне контакта трущихся пар возникают совместные касатёльные напряжения сдвига и нормальные напряжения контакта.
Топография поверхностей покрытий после механической обработки представляет собой выступы и врадины разнообразных геометрических форм и размеров. Поэтому начальный момент силового замыкания сопряжения связан с неравномерным распределением деформаций по глубине в точках контакта. Износ в этот период происходит по вершинам выступов и волн. Чем меньше высота выступов и волн (до определенных значений), тем больше площадь контакта, меньше величина удельного давления и соответственно меньше износ трущихся тел. Повышение удельных нагрузок при приработке создает условия увеличения нормальных напряжений и фактической площади контакта, а также возрастания числа единичных пятен контакта. С другой стороны, оно создает предпосылки к прорыву поверхностных пленок. Касательные напряжения сдвига в этом случае перераспределяют напряжения от контакта к контакту, что приводит к появлению остаточных деформаций на площадках контакта, если ранее они находились в режиме упругих деформаций.
Большое влияние на интенсивность развития пластических деформаций поверхностных слоев оказывает температура зоны контакта. При температуре, не достигающей критического значения схватывания, кислород воздуха насыщает поверхностные слои электролитического железа, образуя химические соединения РегО3 и Ре3О4. Эти соединения под воздействием деформаций и температур .зоны контакта охрупчиваются при достижении определенной толщины и разрушают-
ся. Затем идет обнажение следующих поверхностных слоев и совершается повторение цикла пленочного изнашивания.
Результаты исследований показывают, что зависимость времени приработки от значений величин удельных нагрузок имеет характерную общую закономерность для всех рассматриваемых сочетаний.
Рис. 8. Изменение времени приработки от Q (трение покрытие — СЧ15-32): l)^м= 450; 2) Нм = 500; 3) Нм= 550; 4) Нк =575 кГ/см2-, 5) Сталь 45 (т. о.) HRC50—55.
Покрытия при сопряжении с чугуном- (рис. 8). прирабатываются быстрее, чем больше отклонение величины микротвердости от оптимальных значений (кривые — 1, 3, 4). С увеличением удельной нагрузки время приработки сокращается. У покрытий с оптимальной величиной микротвердости (кривая— 2) время приработки до Q = 80 кПсм2 постоянно, а затем, с ростом Q и температур зоны контакта, начинает .снижаться. Аналогичный характер приработки просматривается и у сочетаний «покрытие — СОС6-6» (рис. 9).
Другой характер времени приработки от (Q) просматривается у сочетаний «покрытие — АК-4 »и «покрытие — БрОЦСб- 6-4,5». Так, с увеличением удельных нагрузок (Q) покрытия с оптимальной микротвердостью (рис. 11, кривая — 3) имеют первоначальное резкое время сокращения приработки, далее оно относительно стабилизируется и начинает сокращаться только перед приближением к критическим удельным нагрузкам схватывания. У «покрытие — АК-4» устойчивое значение
времени приработки (рис. 10, кривая —2) проявляется с исходных удельных нагрузок. Отклонение величины микротвердости покрытий от оптимальных значений у сочетаний «покрытие—АК-4» и «покрытие — БрОЦС6-6-4,5» во всех случаях приводит к увеличению времени приработки (рис. 10, кривые— 3, 1, 4, 5), (рис. 11, кривые— 1, 2, 4).
Рис. -9. Изменение времени приработки от Q (трение покрытие—СОС6-6); 1) //м = 450; 2) #м=500; 3) Нм= 550; 4) Нм 575 кг/см2: 5) Сталь 45 (т. о.) HRC50—55; 6) /Ум=630 кГ/мм2.
Рис. 10. Изменение времени приработки от Q (трение покрытие — АК-4) f 1) Нм= 375; 2) Нм = 400; 3) Ум = 450; 4) Нм= 500 кГ/мм2, б) Нм= 550 кГ/мм2; 6) Сталь 45 (т. о.) IIRC50—55.
На основе проведенного анализа следует вывод, что время приработки у сочетаний «покрытие — подшипниковый материал» не следует считать основным показателем без учета параметров трения (чувствительности к нагрузкам схватыва-' ния в условиях граничного трения, величины коэффициента трения и температуры околоконтактной зоны).
■Линейной зависимости между величиной приведенного износа и возрастанием удельной нагрузки в условиях исследований обнаружено не было. Это, на наш взгляд, объясняется
непропорциональным изменением фактической площади кон
такта от величины удельной нагрузки. Несомненно, сущест " венное влияние оказывают окисные пленки (Fe2O3; Fe3O4
MgO), которые при разрушении блокируют поверхности от непосредственного соприкосновения в зоне контакта.
В условиях опытов у каждого сочетания при приработке формировалась строго постоянная шероховатость поверхности (рис. 12). Наивысший класс чистоты поверхности устанавливался у покрытий с оптимальной величиной микротвердости. Во всех случаях отклонения величины микротвердости покрытий от оптимума шероховатость поверхности возрастала, класс чистоты поверхности снижался.
Относительно низкий класс чистоты поверхности формиро- - вался у покрытий при сопряжении с АК-4. Здесь, по всей видимости, сказывался абразивный характер окисных пленок алюминия.
Особенностью сплавов алюминия является способность быстрого окисления кислородом воздуха с образованием твердого тугоплавкого окисла AI2O3. Температура плавления окисла А12О3 — 2050°С, ‘в то время как алюминиевые сплавы плавятся в основном при 675°С. Твердость А120з имеей Нм= 1200 кПмм?, близкую к твердости алмаза.1
Влияние исходной чистоты поверхностей тел, сопряженный В подшипниковой паре, на начальную стадию износа доказано многими исследователями и сомнений не вызывает.
Для разработки производственных рекомендаций по исходной чистоте поверхностей покрытий были подготовлены серии образцов с оптимальной микротвердостью и различной шероховатостью.
Исходная чистота поверхности влияет на интенсивность.
Рис. 12. Влияние Hi покрытий иа формирование чистоты поверхности (трение: 1) АК-4; 2) СЧ15— 32; 3) БрОЦСб-6-4,5; 4) СОС6-6).
ков t/b и^ Uz- Наименьший износ у покрытий с чистотой поверхности V 9а. Та же закономерность просматривается на рис. 13-6 и 13-е, только.со специфичным ходом кривых в каждом случае. Наиболее ощутимо влияние исходной шероховатости при сопряжении покрытий с СОС6-6 и АК-4; (рис. 13-е и рис. 13-г).
Из данных (рис. 13) следует, что при механической обработке .нецелесообразно стремиться к оптимальной чистоте поверхности, получаемой в процейсе приработки. Наиболее
экономично получить шероховатость поверхности на один-два разряда ниже оптимального класса чистоты. При трении пар чистота поверхности улучшится за короткое время, быстро сформируется строго определенный р'ельеф поверхности, и износ в этом случае будет небольшим.
Рис. 13. Влияние исходной чистоты покрытий на интенсивность износа при приработке.
В случае резких отклонений от оптимальной чистоты поверхности покрытий будут грубыми. Контакт грубых поверхностей происходит на малом числе пятен с минимальной общей площадью. В процессе приработки неровности подлежат удалению и соответственно возрастает время приработки и величина начального износа.
Гладкие поверхности (чистота выше оптимальной) недостаточно хорошо адсорбируют смазку и имеют локальные мес-
та схватывания. Да и само получение таких поверхностей связано с большими нерациональными затратами труда.
На основе исследований стало возможно дать предварительные рекомендации по подготовке исходной чистоты поверхности покрытий, в зависимости от марки сопряженного материала (табл. 5) [19].
Таблица &
Экономически целесообразная чистота покрытий после механической обработки
Сопряженный подшипниковый материал
Чистота покрытий после механической обработки
желательная
допустимая
Серые чугуны
9а
10а, 8б
8а
Сплавы алюминия
7 а
Бронзы (типа ОЦС)
9а
10а, 8а
Сплав СОС6-6
8а
9а
Изнашиваемость электролитического железа
На существование оптимальной микротвердости у гальванических покрытий, при исследовании их на износостойкость, указывается рядом авторов. Так, о покрытиях электролитического хрома рассказывается В. Ф. Молчановым и К. А. Крыловым; сплав железо—никель для покрытий при трении о- чугунную колодку (СЧ24-44) в условиях полужидкостной смазки описывается в работах М. П. Мелкова, В. А. Бабенко, И. Е. Клюшкина.
Установившийся эксплуатационный износ заключается в деформировании, разрушении и воссоздании на участках истинного контакта поверхности нового слоя с прежними стабильными свойствами.
Изнашиваемость всех исследуемых сочетаний оценивалась нами по циклам методом взвешивания. Длительность циклов испытания для -жаждого отдельного сочетания равнялась — 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 км пути трения. Общий путь равнялся — 78 км. Условия трения были близки к граничным. -В зону трения подавалась одна капля дизтоплива через 500 м пути. Уменьшение смазки приводило к неустойчивому режиму.
Изнашиваемость всех исследуемых сочетаний (рис. 14, 15, 16, 17) выражается общими закономерностями и похожим ходом кривых. Наименьшая изнашиваемость просматривается у покрытий с -оптимальной микротвердостью (рис. 14,
Рис. 15. Изменение интенсивности изнашивания от пути (трение по АК-4): 1)= 374£ м -Рис. 15. Изменение интенсивности изнашивания от пути (трение по АК-4): 1)= 374£ м -^ 2) ^м= 450; 4)//м =500 кГ^Д’ ^н“.—550 кГ]мм2. 6) Сталь 45 (т. о.) HRC50—55^ 2) ^м= 450; 4)//м =500 кГ^Д’ ^н“.—550 кГ]мм2. 6) Сталь 45 (т. о.) HRC50—55' .Рис. 16. Изменение интенсивности изнашивания от пути (трение по СОС6-6):1) Ям=450; 2) Ям =500; 3) Ям = 550; 4) Ям=500 кГ/лл2;5) Н =550 кГ1мяР-, 6) Сталь 45 (т. о.) HRC50-55.' .Рис. 16. Изменение интенсивности изнашивания от пути (трение по СОС6-6):1) Ям=450; 2) Ям =500; 3) Ям = 550; 4) Ям=500 кГ/лл2;5) Н =550 кГ1мяР-, 6) Сталь 45 (т. о.) HRC50-55.кривая — 3; рис. 15, кривая — 2; рис. 16, кривая — 6; рис. 17, кривая.^—2). В условиях изнашиваемости опытных пар просматривается твердостная закономерность, описанная ранее. Отклонение величины микротвердости покрытий от оптимальных значений приводит, без исключений, все сопряжения к повышению изнашиваемости.
Рис. 15. Изменение интенсивности изнашивания от пути (трение по АК-4): 1)= 374£ м -
Рис. 15. Изменение интенсивности изнашивания от пути (трение по АК-4): 1)= 374£ м -
^ 2) ^м= 450; 4)//м =500 кГ^Д’ ^н“.
—550 кГ]мм2. 6) Сталь 45 (т. о.) HRC50—55
^ 2) ^м= 450; 4)//м =500 кГ^Д’ ^н“.
—550 кГ]мм2. 6) Сталь 45 (т. о.) HRC50—55
' .Рис. 16. Изменение интенсивности изнашивания от пути (трение по СОС6-6):
1) Ям=450; 2) Ям =500; 3) Ям = 550; 4) Ям=500 кГ/лл2;
5) Н =550 кГ1мяР-, 6) Сталь 45 (т. о.) HRC50-55.
' .Рис. 16. Изменение интенсивности изнашивания от пути (трение по СОС6-6):
1) Ям=450; 2) Ям =500; 3) Ям = 550; 4) Ям=500 кГ/лл2;
5) Н =550 кГ1мяР-, 6) Сталь 45 (т. о.) HRC50-55.
Термически обработанная сталь 45(HRC50—55) в сочетании с исследуемыми материалами по причине худших антифрикционных свойств, по сравнению с покрытиями, имеет» наибольшую изнашиваемость. Исключение составляет сочетание «Сталь 45 (т. о.) — СОС6-6», у которого изнашивав-, мость приближается к покрытию с оптимальной микротвер- Достью (рис. 16, кривая — 5).
Из результатов (табл. 6) следует, что износостойкость покрытий очень чувствительна к изменениям величины микро- Твердости.
35
Ъо
=3 25
§20 3
, § <0
to
<и
<о 3
На рис. 18, 19 для примера показана зависимость параметров трения от микротвердости покрытий. Покрытиям с. оптимальной величиной микротвердости во всех исследуемых сочетаниях соответствовали минимальные коэффициенты тре- .ния и минимальные значения температур в околоконтактной зоне. Отклонение микротвердости покрытий от оптимума способствует росту параметров трения.
Цикл трения, кт
Рис. 17. Изменение интенсивности от пути (трение по СЧ15-32).
Рис. 18. Изменение параметров трения от Нм покрытий (трение по БрОЦСб-6-4,5).
изнашивания
Исследуемые сочетания
подшипниковый - материал
покрытия с .микротвердостьюН^ кГ[мм*
Величина сравни-тельной, относи-тельной износо- :стойкости
СЧ15-32
Нм
—500 (опыт.)
Нм =550
Нм =575
Нм =450
БрОЦСб-6-4,5
16,0
15,0
8,0
2,1
БрОЦСб-6-4,5
=550 =575
(опыт.)
3,7 1,8 2,0
1,3
=500
=450
= 400 =450 =500 =375
(опыт.)
4.20
3,90
0,87
1,4
Нм Нм Нм Н м
СО.С6-6
_ Нм =630 (опыт.)
Нм =575
Нм =550
Нм =500
Нм =450
1,57 0,72 0,55 0,46 0,36
28
АК-4.
Нм Нм Нм Нм
Рис. 20. Влияние 77м покрытий иа величину износа (трение по АК.-4 и СОС6-6). .
Рис. 19. Изменение параметров трения от //„покрытий (трение по СЧ15-32).
Рис. 21. Влияние //м покрытий на величину износа (трение по СЧ15- - 32 и БрОЦСб-6-4,5).
. Износ — следствие трения и происходящих процессов в зоне контакта при сопряжении двух тел. Динамика износа характеризует постепенное накопление факторов, которые исчерпывают в отдельных микрообъемах контактных поверхностей способности к дальнейшим пластическим деформациям. На рис. 20 и 21 приведены результаты по износу, полученные на 12 цикле испытаний. Характер кривых износа еще раз подтверждает необходимость сопрягать в трущейся паре только покрытия со строгим значением величины микротвердости. Из кривых (рис. 20, 21) следует, что только незначительные отклонения величины микротвердости;допустимы без ярко выраженной интенсификации износа.
Таблица 7
Пределы отклонений оптимальной микротвердости покрытий
Марка сопряженного подшипниковогоматериалаМарка сопряженного подшипниковогоматериалаСерые чугуныОловянно-свинцовые бронзы Алюминиевые сплавы^Сплав СОС6-6Серые чугуныОловянно-свинцовые бронзы Алюминиевые сплавы^Сплав СОС6-6Величина микротвердости покрытий, Нм ,кг/мм2 _
Марка сопряженного подшипниковогоматериала
Марка сопряженного подшипниковогоматериала
Серые чугуны
Оловянно-свинцовые бронзы Алюминиевые сплавы
^Сплав СОС6-6
Серые чугуны
Оловянно-свинцовые бронзы Алюминиевые сплавы
^Сплав СОС6-6
—#
500—525 ' *
550—525 400—425 610—630
Из данных исследований видно, что высокие антифрикционные 'свойства и высокую износостойкость имеют покрытия с оптимальной микротвердостью. Отклонение от оптимальной микротвердости у. покрытий допускается в незначительных пределах (табл. 7).
Взаимодействие поверхностных пленок у сопряжений«покрытие — подшипниковый материал»
Высокие антифрикционные свойства электролитического железа, выявленные в настоящих исследованиях, обусловлены двумя причинами: 1) некоторыми компонентами, входящими в подшипниковые материалы; 2) быстрой окиеляемостыо электролитического железа кислородом, содержащимся в окружающей среде.
У серых чугунов при сопряжении с покрытием электролитического железа антифрикционные свойства повышает находящийся в свободном состоянии графит. В процессе трения микрообъемы металлических структурных составляющих чу-
гуна пластически деформируются, вытесняя тем самым графит на поверхность контакта.
Исследуемые оловянно-свинцовистые бронзы имели неоднородную структуру, представляющую собой игольчатые и кубические кристаллы, погруженные в свинец. Свинец образует в структуре этих бронз буферный слой в зоне контакта. По данным многих исследователей, продукт износа свинца при определенных условиях трения представляет собой мелкие частицы коллоидного характера, которые позволяют увеличить нагрузку масляного слоя в условиях граничногб тре^ ния и снижают величину коэффициента трения.
Сплав СОС6-6 имеет высокую пластичность вследствие пониженного содержания олова и сурьмы. В сплаве нет крупных кристаллов и хрупких соединений, а составляющая свинца улучшает его антифрикционные свойства.
В сплавах алюминия антифрикционные свойства улучшает входящий в сплав компонент магний. Магний в процессе трения образует мягкие соединения MgO, которые в основном не оказываю^ абразивного действия. Эти соединения при разрушении образуют мелкие дисперсные частицы, которые пластифицируют поверхность трения.
С целью выяснения закономерностей/обеспечивающих высокую антифрикционность электролитического железа, были проведены металлографические исследования поверхностей трения. Химический состав продуктов износа изучался мето- ■ дом качественного микрохимического анализа по методике И. В. Коренмана. Седиментация продуктов износа исследовалась на МИМ-8 с помощью конуса Тиндаля.,
Во всех случаях у пар трения образовывался продукт износа, который частично удалялся из зоны контакта вместе со 'смазкой, а частично оставался на поверхности и принимал участие в трении. При увеличении подачи количества смазки в зону контакта скорость выноса продуктов износа возрастала.
После окончания приработки количество смазки изменяли с 20 капель в минуту до 60. Обнаруживался почти сразу рост параметров трения. Коэффициент трения возрастал на 5—8%,- температура околоконтактной зоцрт повышалась на 6—10%’. С уменьшением количества смазки до исходного (20 капель в минуту) параметры возвращались к первоначальным значениям, но за разный промежуток времени (от 50 сек до 5 мин). На время возврата оказывало влияние сЪчетание материалов, составляющих контактную пару.
Аналогичные явления возникали и при испытании тру-1 щихся пар на изнашиваемость. Вйесение в зону, контакта не | одной, а двух капель смазки на 500 м пути приводило к из- | менению параметров трения. Однако характер изменения па- •: раметров был несколько иным, чем при приработке. При по- вышении количества смазки прослеживалось четыре отчетливо I выраженных периода (рис. 22). Первый период (ri) —время Ч
Рис. 22. Проявление контактного эффекта при трении пЪкрытий со сплавами алюминия.Рис. 22. Проявление контактного эффекта при трении пЪкрытий со сплавами алюминия.задержки изменения параметров'трения после внесения повышенного количества смазки. Второй период (тг) — время возрастания параметров. Третий период (тз)—время задержки изменения параметров при переходе к исходному количеству - смазки. Четвертый период (т-О —время снижения параметров до исходных значений.
Рис. 22. Проявление контактного эффекта при трении пЪкрытий со сплавами алюминия.
Рис. 22. Проявление контактного эффекта при трении пЪкрытий со сплавами алюминия.
Для краткости изложения результаты исследований опи-Ч сываются по одной марке подшипникового материала из каж-jl дой исследуемых серий.»|
Рис. 23. Проявление контактного эффекта при трении покрытий с чугуном н бронзой.Рис. 23. Проявление контактного эффекта при трении покрытий с чугуном н бронзой.У сочетаний с оптимальной микротвердостью (рис. 22, кри- j вая — 2; рис. 23, кривая — 3-а и З-б)" покрытий наблюдаются ; наибольшие периоды п, тг (ti = 10 сек., тз=36—40 сек.), .
Рис. 23. Проявление контактного эффекта при трении покрытий с чугуном н бронзой.
Рис. 23. Проявление контактного эффекта при трении покрытий с чугуном н бронзой.
т3=0 и наименьший период Т4=60—70 сек по изменению^ве- | личины коэффициента трения (f).J
Температура околоконтактной зоны (t) более чувствитель- на к изменению условий смазки, чем коэффициент трения (/).■ Это свидетельствует о том, что отклонение режима смазкиЖ от граничных условий, в первую очередь, указывается на ве-Ж личине упруго-пластических деформаций, а запаздывание из-Ж менения коэффициента трения показывает, что для качест-Ж венной перестройки вторичных структур необходимо опреде-Ж ленное время (т). Отклонение микротвердости от оптималь-< ных значений в любую сторону приводит к уменьшению т^ - и Т2, к возрастанию тз (т3>0) и Т4.1
Исследования сочетаний «CT.45HRC 50-55— подшипник ковый материал» показали, что изменение количества смазки^ для них более чувствительно, чем для сочетаний с покрытия-1 ми неоптимальной микротвердости. Сочетания со Ст. 45Н С50-! 55 быстрее выводятся из установившегося режима работы 5 (тъ т2 резко сокращаются) и относительно медленно восста-4 навливают исходные параметры со стабилизацией режима? смазки.;
Химический анализ износа показал, что на трущихся по-1 верхностях в основном образуются два окисла Fe2O3 и Fe3O4J У сочетаний с оптимальной микротвердостью покрытий пре-! обладает окисел Fe3O4. Отклонение величины микротвердости; покрытий от оптимальных значений способствует увеличению; количества окисла Fe2O3 и уменьшению количества окисла-! Fe3O4.
Анализ структурных составляющих продуктов износа по- • казал, что они в преобладающем большинстве представляют собой полидисперсную систему. Во времени наблюдалось расслаивание этой системы на высококонцентрированный слой дисперсной фазы и слой дисперсионной среды. Размеры дисперсных частиц колебались от 0,1 ммк до 20—50 мяк. Частицы 0,1 -5-1 ммк в большем количестве образовывались при трении покрытий оптимальной микротвердости. У покрытий . неоптимальной микротвердости наблюдалось укрупнение час-| тиц износа (до размеров, видимых простым глазом.), а коли-jj чество мелких частиц значительно сокращалось.Я
Основным поставщиком мелких дисперсных частиц являлся Д окисел Fe3O4, частицы которого обладают большой поверх^ постной энергией и имеют отрицательный заряд.Ж
Поставщиком крупных частиц были частицы вырванного! металла из поверхностей трения и частицы разрушенных по-Я
верхностных слоев трущихся пар от усталостных явлений изнашивания.-
Любая система, в том числе и дисперсная, стремится, согласно второму закону термодинамики, к состоянию с мини- мальвой свободной энергией. Это достигается системой путем сокращения суммарной поверхности или адсорбции дисперсных частиц на поверхности трения, как в исследуемых случаях. Адсорбировавшиеся на поверхности трения .дисперсные „частицы подчиняются закону диффузии, который проявляется в том, что частицы из зоны' с большей концентрацией (зона контакта) переносятся к месту с меньшей их концентрацией. Процесс этот необратим и заканчивается равновесным состоянием, которое представляет собой равномерное распределение, частиц по всей поверхности трения. На законе диффузии основано явление «самозатягивания» поверхностных слоев смазки при их «прорыве» в процессе трения.
Наружные поверхности металлов, в том числе и электролитического железа, имеют на границе раздела металл — ок-, ружающая среда избыточную энергию, которая является одной из форм свободной энергии. Под влиянием ее и процесса диффузии дисперсные частицы, адсорбируясь на поверхности трения, заполняют микровпадины, чем увеличивают фактическую площадь контакта, стремясь равномерно покрыть всю поверхность. Дисперсные чистицы «блокируют» поверхности трения от непосредственного контакта и образуют протекторную механическую смазку. При сдвиге пристенных слоев в процессе трения дисперсные частицы совместно со смазкой образуют полимолекулярные слои.
Крупные частицы (более 5 мк), оставшиеся на поверхности трения, нарушают кинетическую устойчивость коллоидной .системы, что проявляется в значительном ослаблении диф-- фузных процессов на поверхностях покрытий неоптимальной микротвердости. Качество протекторной смазки ухудшается, ’ поддержание полимолекулярных слоев смазки становится затруднительным.
Внесение увеличенного количества капель смазки в зону трения у сочетаний с оптимальной м икротверд остью покрытий требует времени для начала изменения дисперсионной среды— ть Далее начинается перестройка коллоидной системы, которая совершается относительно медленно из-за уменьшения поверхностного натяжения (эффект А. П. Ребиндера)- и снижения пептизации, дисперсионной фазы — период тг. Количество частиц на поверхности трения уменьшается, и, как ре-
зультат этого, наблюдается возрастание параметров трения. ’ Уменьшение количества смазки до исходного приводит к быст- , рому накоплению дисперсионных частиц за счет пленочного J изнашивания, на что показывает отсутствие периода тз 1 (Тз=0) и сокращение периода Т4- Величина периода т4 пока- 1 зывает, что накопление дисперсных частиц и восстановление Я свойств-исходной коллоидной системы у сочетаний с опти- Ц мальной микротвердостью покрытий происходит довольно Я . быстро (рис. 22, кривая — 2; рис. 23, кривые — 3-а и З-б). Я
Трение покрытий неоптимальной микротвердости и Ст. Я 45HRC 50—55 сопровождается образованием в большом ко- я личестве крупных частиц износа, которые сообщают коллоид- Я ной системе кинетически неустойчивый характер. и приводят я к ослаблению диффузных процессов. Поэтому с увеличением ■ количества смазки коллоидная система быстро качественно ■ изменяется (период п имеет малую величину), толщина про- Я текторной смазки, ввиду небольшого количества дисперсных Я частиц размерами 0,1—1 мяк, становится меньше и худшего ^ Качества. Крупные частицы, оставшиеся на поверхностях тре- у ния, оказывают абразивное воздействие на характер изна- 1 шивания.я
Кроме роста параметров трения, в опытах наблюдалось я значительное возрастание износа. Период тг относительно мал ! по величине, что свидетельствует о большой чувствительности Я этих сочетаний к изменениям условий трения и о невысоком Я качестве образовавшейся на поверхностях контакта протек- Я торной смазки. При переходе к исходному количеству смазки Я (период тз) требуется более длительное время для насыщения Я поверхностного слоя мелкими дисперсионными частицами про- я дуктов износа. Затянутым (почти в 2 раза) является и про- Я цесс восстановления исходных параметров трения (74). я
Замечено в процессе опытов, что с уменьшением твердости™ подшипниковых материалов возрастает величина оптималь™ ной микротвердости покрытий и уменьшаются явления кон-™ тактного эффекта. У сочетаний «покрытие — СОС6-6», «СтЯ * 45HRC50—55—СОС6-6» явления контактного эффекта обнару-Я жены не были. По нашему мнению, такое поведение указан™ ных сочетаний объясняется высокой пластичностью сплава™ СОС6-6 и его способностью поглощать частицы продукто:^И износа.™
Закономерности образования на трущихся поверхностям™ электролитического железа частиц грубых дисперсий микроЯ гетерогенной оистемы, образующих протекторную механиче-я 361
скую смазку, установленные автором в процессе исследований, позволяют ответить положительно на возможность повышения долговечности восстановленных деталей машин ос- таливанием. ।
Работоспособность покрытий оптимальной микротвердости, полученных из электролитов различной концентрации
Покрытия были получены из хлористых электролитов — как широко применяемых в производстве восстановления деталей, так и прошедших лабораторные опробования (табл. 8). Катодная плотность тока (Дк) выбиралась из условий получения покрытий с оптимальной величиной микротвердости.
Условные обозначения
Состав, г/л
Температура t °C
ГеС13-4Н3О
N1CI3-6H3O
АеС13-6Н3О |
на
1—1
200
—
1
80
2—1
300
—
—
1.5
75
2—2
300
30
-2—3
75
2—3
300
—
55■
1
75
3—1 .
4^0
—
1
80
4—1
680
.—
1
80
Таблица 8
Составы электролитов
Исследования показали, что прочность несущих поверхностных слоев покрытий не одинакова и зависит от условий их получения (табл. 9).
Так, покрытия, полученные из электролитов средних концентраций (2—1), (3—1), менее чувствительны к величинам удельных нагрузок, чем покрытия, полученные из электролитов малой (1—1) и высокой (4—1) концентраций.
Рассмотрим явления схватываемости трущихся пар на примере первой группы сочетаний. Наибольшую величину удельной нагрузки, при которой проявилась схватываемость (Q= 150 кПсм2^, имеют покрытия, полученные из электролита (2—1). Покрытия, полученные из электролита (3—1), имеют Q = 14O кПсм2. Покрытия, полученные из мало- (1—1) и высококонцентрированных (4—1) электролитов имеют соот- ретственно Q= 120 кПсм2 и Q = 80 кПсм2.
№№ сечений
Серии покрытий
Сопряженная пара
Удельная нагрузка схватывания, Q кГ[см'2
материал контртела
покрытие, Нм, кГ^мм^
| j
500
120
2 1
500
150
I
2—2
СЧ15-32
500
500
130
70
500
140
4—1
500
80
550
ПО
2 1
550
170
II
2—2 2—3
3—1 4—1
БрОЦС6-6-4,5
550
550
550
550
90
100
170
140
400
80
О |
400"
ПО
III
2—2
2 з
АК-4
400
400
30
40
3—1 4—1
400
400
ПО 100
и у сочетании .
Таблица О
Чувствительность поверхностных слоев к Q
Аналогичный характер просматривается групп два и три, только несущая способность поверхностей, несколько больше у покрытий, полученных из электролита; (ч—1), по сравнению с покрытиями, полученными из электро-, лита (1 — 1). Полученные результаты имеют хорошую сходи-; мость с данными И. М. Мелковой [12].1Покрытия, полученные из электролита (2—2), представля-! ют собой гальванический сплав Ее—Ni. В зависимости от ус-; ловии (7=60°, 75°, 90°С) и режимов электролиза (Дк =5-т- ' 4-100 а1дм2), количество никеля в сплаве изменяется (рис. 24). С увеличением температуры (кривая — 3) выход по току ни- | келя («к1) возрастает. Катодная плотность тока (Дк) оказы- [ вает обратное влияние. Так, при меньших значениях Дк выход | по току Ni в сплаве больше. Увеличение Дк до 15 а!дм2 при-.| водит к резкому снижению Ni в сплаве. Дальнейшее увелй-1 . .NIАналогичный характер просматривается групп два и три, только несущая способность поверхностей, несколько больше у покрытий, полученных из электролита; (ч—1), по сравнению с покрытиями, полученными из электро-, лита (1 — 1). Полученные результаты имеют хорошую сходи-; мость с данными И. М. Мелковой [12].1Покрытия, полученные из электролита (2—2), представля-! ют собой гальванический сплав Ее—Ni. В зависимости от ус-; ловии (7=60°, 75°, 90°С) и режимов электролиза (Дк =5-т- ' 4-100 а1дм2), количество никеля в сплаве изменяется (рис. 24). С увеличением температуры (кривая — 3) выход по току ни- | келя («к1) возрастает. Катодная плотность тока (Дк) оказы- [ вает обратное влияние. Так, при меньших значениях Дк выход | по току Ni в сплаве больше. Увеличение Дк до 15 а!дм2 при-.| водит к резкому снижению Ni в сплаве. Дальнейшее увелй-1 . .NIчение Дк незначительно сказывается на снижении ак". *■ Включение Ni в покрытия электролитического железа не-1 сколько изменяет.его твердость и увеличивает пластичность! поверхностных слоев при трении. По этой причине в условиях I исследований наблюдается схватываемость покрытий, полу-1
Аналогичный характер просматривается групп два и три, только несущая способность поверхностей, несколько больше у покрытий, полученных из электролита; (ч—1), по сравнению с покрытиями, полученными из электро-, лита (1 — 1). Полученные результаты имеют хорошую сходи-; мость с данными И. М. Мелковой [12].1
Покрытия, полученные из электролита (2—2), представля-! ют собой гальванический сплав Ее—Ni. В зависимости от ус-; ловии (7=60°, 75°, 90°С) и режимов электролиза (Дк =5-т- ' 4-100 а1дм2), количество никеля в сплаве изменяется (рис. 24). С увеличением температуры (кривая — 3) выход по току ни- | келя («к1) возрастает. Катодная плотность тока (Дк) оказы- [ вает обратное влияние. Так, при меньших значениях Дк выход | по току Ni в сплаве больше. Увеличение Дк до 15 а!дм2 при-.| водит к резкому снижению Ni в сплаве. Дальнейшее увелй-1 . .NI
Аналогичный характер просматривается групп два и три, только несущая способность поверхностей, несколько больше у покрытий, полученных из электролита; (ч—1), по сравнению с покрытиями, полученными из электро-, лита (1 — 1). Полученные результаты имеют хорошую сходи-; мость с данными И. М. Мелковой [12].1
Покрытия, полученные из электролита (2—2), представля-! ют собой гальванический сплав Ее—Ni. В зависимости от ус-; ловии (7=60°, 75°, 90°С) и режимов электролиза (Дк =5-т- ' 4-100 а1дм2), количество никеля в сплаве изменяется (рис. 24). С увеличением температуры (кривая — 3) выход по току ни- | келя («к1) возрастает. Катодная плотность тока (Дк) оказы- [ вает обратное влияние. Так, при меньших значениях Дк выход | по току Ni в сплаве больше. Увеличение Дк до 15 а!дм2 при-.| водит к резкому снижению Ni в сплаве. Дальнейшее увелй-1 . .NI
Рис. 24. Изменение выхода по току металла в зависимост от Дк и f°C. Электролит: 300 г/л Ее С13-4Н2О+ +30 г/л N1C12 6 Н2О+2 г/л НС1; 1) /=60°С; 2) /= =75°С; 3) t=90°C.- 1, 2, 3,—а“л; Г;2', З'-а^;
ченных из электролита (2-^2), при меньших величинах удельных нагрузок, чем покрытия, полученные из хлористых электролитов без добавок.
При трении сопряжений «покрытие (Fe — Ni) — серый чугун» с разным содержанием Ni в покрытии (рис. 25), следует, что увеличение Ni до 4% незначительно повышает изнашиваемость. Увеличение Ni более 4% интенсифицирует ■ скорость изнашиваемости. Такая же закономерность изнашиваемости покрытий с разным содержанием никеля получена при их сопряжении с оловянно-свинцовистыми бронзами.
Сплавы алюминия показали большую чувствительность к количественному содержанию Ni в покрытиях. При содер-
жании Ni в покрытиях более одного процента пары «Ре — Ni— АК-4» схватывались при исходной нагрузке (Q= = 10 кГ/см2), и дальнейшая работа опытной пары была невозможной. Причиной таких явлений, судя по литературным источникам, являлся близкий энергетический барьер у Ni и А1.
Микроструктурный и рентгеноструктурный анализы показали, что включение Ni в электролитическое железо до 3,5—4% Ni способствует незначительному возрастанию внутренних напряжений второго рода, микротвердости покрытий и количеству посторонних включений.
Р н с. 25.' Влияние процентного содержания Ni в сплаве на износ трущейся пары.
Содержание № в покрытиях более 4% значительно увеличивает пластичность покрытий, но одновременно увеличивает включение гидроокиси и водорода, которые способствуют разрушению покрытий, затормаживают движение дислокационных полей и концентрируют их в отдельных местах. Скоп-] ление энергии находит выход в образовании новых и росте имеющихся трещин. Этим представляется возможным объяс- i нить невысокий рост микротвердости покрытий при значитель-] ном повышении внутренних напряжений II рода. Содержание! Ni в покрытиях до 4% оказывает менее существенное в.лия-| ние на процесс формирования вторичных структур при трении! сопряженных поверхностей, чем дальнейшее его повышение,] При содержании Ni более 4% в покрытиях качественно из-^ меняется структура сплава Fe— Ni и, как следствие этого, ’ растет изнашиваемость покрытий.
Введение в хлористый электролит Ni увеличивает защела- = чивание" прикатодного слоя. Для устранения этого явления следует поддерживать кислотность электролита в пределах
1,5ч-3,0г/л НО. Снижение НО ниже 1,5 г/л приводит к ярко выраженной слоистости осадка за счет гидроокиси. Увели- . чение гидроокиси в покрытиях способствует росту явлений абразивного изнашивания, что значительно снижает износостойкость восстановленных поверхностей деталей.
Электролит 2—3 предложен [10] с целью улучшения технологических показателей гальванического процесса — получение качественных покрытий при невысокой (рН=2,6) кислотности., Хлористый алюминий снижает интенсивность образования и адсорбции гидроокиси на поверхности катода, а также активирует воздействие водорода в начальный период электролиза.
Покрытия из электролита (2—3) получаются сильно трещиноватыми. Сетка трещин очень частая и мелкая. Микротвердость Нм = 500 кПмм2 получается при Дк=15 а!дм2, в то время как из простого электролита (2—1) аналогичная микротвердость получается при Дк=30 а1дм2. Это явление обусловливается, предположительно, образованием в прикатодной зоне комплексных солей алюминия, которые создают большие перенапряжения при осаждении ионов железа.
Покрытия, полученные из электролита (2—3), имеют высокую чувствительность поверхностных слоев к величинам удельных нагрузок. Схватываемость этих покрытий наступала при относительно низких нагрузках, по сравнению с другими исследуемыми сочетаниями. Продукт износа содержал крупные включения частиц покрытий. От возникающих пластиче- ' <?ких деформаций при трении покрытия из-за хрупкости быстро разупрочнялись от явлений «перенаклепа». Взаимодействие продуктов износа в зоне контакта с поверхностями трения носило абразивный характер, что и служило причиной снижения несущей способности поверхностных слоев.
Явления схватываемости возникали у всех исследуемых -сочетаний при достижении строго определенных температур, установленных ранее. Поясним это на примере сопряжения «покрытие — БрОЦ6-6-4,5» (рис. 26). Из анализа данных можно сделать вывод, что чем выше нечувствительность тру- ■ щейся пары-к возрастанию удельных нагрузок, тем плавнее, монотоннее идет рост температур в околоконтактной зоне (рис. 26, кривые 2—1, 3—1). У этих пар и наиболее низкие значения коэффициентов трения (рис. 27, кривые 2—1, 3—1). Постоянство коэффициентов трения означает пропорциональное увеличение фактической площади контакта с ростом Q. У. пар, чувствительных к величинам удельных на-
грузок (рис. 26, кривые 2—2, 2—3, 1—1), рост температур интенсифицируется пропорционально величине Q. Коэффициенты трения у этих пар имеют сравнительно высокие значения (рис. 27, кривые 2—2, 2—3, 1—1).
Мерой стойкости покрытий против схватываемости является способность поверхностных слоев сопротивляться упруго-пластическим деформациям при трении и в то же время достаточно быстро формировать вторичные структуры.
Рис. 26. Влияние Q на температуру око- локонтактной зоны.
Стабильность параметров трения при данных . условиях показывает окончание формирования фактической площади касания. Формирование вторичных структур у контактирующей пары закончено, и износ поверхностей стал постоянным во времени.
Влияния удельной нагрузки на процесс трения у исследуемых сочетаний выражаются по-разному (рис. 28). При сопряжении с чугуном, бронзой, алюминиевым сплавом покрытия с повышенной пластичностью -прирабатываются дольше.
Рис. 27. Влияние Q на коэффициенты трения (трение по БрОЦСб-• ' 6-4,5; микротвердость покрытий /7м=550 кГ/мм2).
Рис. 28. Изменение времени приработки по ступеням нагрузок (трение по БрОЦС6-6-4,5).
(рис. 29, 30, кривые 4—1), чем другие покрытия. Причина объясняется затруднениями образования опорных поверхностей, что-приводит к увеличенному времени приработки на каждой ступени нагрузок. Покрытия с повышенной хрупкостью (рис. 28—30, кривые 2—3, 1—1) прирабатываются с наименьшим временем по каждой ступени нагрузок. Формирование опорных поверхностей у этих покрытий происходит быстро за счет более дефектной структуры.
Покрытия, полученные из среднеконцентрированных элект- •ролитов (2—1), (3—1), занимают промежуточное значение по времени приработки (рис. 28—30, кривые 2—1, 3—1).
У сопряжений «покрытие — АК-4» ход кривых приработки имеет параболический характер, с увеличением Q сокращается время приработки, т. е. чем выше Q, тем меньше т. При кри-
Рис. 29. Изменение времени приработки по ступеням нагрузок (трение по СЧ15-32).
30. Изменение ' времени приработки ступеням нагрузок (трение по АК-4).30. Изменение ' времени приработки ступеням нагрузок (трение по АК-4).
30. Изменение ' времени приработки ступеням нагрузок (трение по АК-4).
30. Изменение ' времени приработки ступеням нагрузок (трение по АК-4).
Рис.
по
тйческих значениях Q схватываемость контактирующих поверхностей происходит почти мгновенно.
Параболический характер изменения времени приработки по ступеням нагрузок, по всей вероятности, связан с интенсификацией образования продуктов износа с увелич_ением Q-
При наблюдении продуктов износа под микроскопом (Х200), в них были видны в большом количестве крупные частицы окислов алюминия. Поверхности контакта имели кольцевые риски — следы абразивного изнашивания покрытий. В некоторых местах на поверхностях контакта покрытий виднелись вдавленные частицы окислов алюминия — «шаржирование». Абразивным характером воздействия продуктов износа объясняется и резкое сокращение времени приработки по ступеням нагрузок.
Исследования показали, что покрытия с оптимальной величиной микротвердости, но полученные при разных режимах и условиях электролиза, обладают неодинаковыми качественными' характеристиками.
Наиболее высокую износостойкость имеют покрытия, полученные из среднеконцентрирбванного электролита 2—1. В условиях производства при вбсстановлении деталей электролитическим железом этому электролиту (2—1) следует отдавать предпочтение.
Таким образом, долговечность восстановленных деталей (й) в общем виде описывается как функция физических характеристик сопряжений:
1 dh d(^x)dt о d(^x) dt1 dh d(^x)dt о d(^x) dt(1-8).(1-8).
1 dh d(^x)dt о d(^x) dt
1 dh d(^x)dt о d(^x) dt
(1-8).
(1-8).
где:
Ax — допустимая величина износа сопряжений при эксплуатации;-
d(^x)
——- — скорость изнашиваемости сопряжении;
dt.
' dh'
d(A~) — вероятностная долговечность сопряжении.
Глава 11
ОСНОВЫ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВЭЛЕКТРОЛИЗА ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИДЕТАЛЕЙ
1. Физико-химические свойства электролитов осталивания
Для определения рациональных условий электролиза не- обходимо знать следующие свойства электролитов: плотность; (ri), кинематическую вязкость (v), электропроводность (Н), удельную электропроводность (X), подвижность ионов.
Электролиты осталивания, с точки зрения химии, пред-1 ставляют собой раствор хлоридов железа, разной концентрации по соли железа (Сме). В дальнейшем с целью упрощения изложения материала в тексте будем часто использовать хи- ■ мическую терминологию..*
Плотность .электролитов осталивания ^d>; гкм^ нужна для контроля и корректировок промышленных 1 ванн, т. к. в этом случае не требуется относительно продол- ■ жительных химических анализов, а это, в свою очередь, уп-; рощает обслуживание ванн осталивания. Знание величины плотности электролитов необходимо для расчетов динамиче-" ских и кинематических коэффициентов вязкости.
Полученные результаты исследований (рис. 31) показывают, что между плотностью и концентрацией (Сме) раствора; существует прямопропорциональная зависимость, т. е. с увё< личением Сме плотность раствора возрастает на строго пос- тоянную величину.
Повышение температуры раствора способствует- увеличению скорости подвижности ионов, и поэтому плотность раствора (рис. 31-6) соответственно понижается.
Влияние кислотности в электролитах на плотность в диапазоне рабочих значений (Ь—3 г!л НС1) установить не удалось.
Вязкость электролитов осталивчания исследовалась по ГОСТ 1532—42. Кинематическая вязкость рассчитывалась по формуле Фогеля. Для приготовления растворов хлоридов железа использовался бидистиллят. Первоначально готовился раствор с концентрацией 600 гЦ- FeCl2-4H2O, а за-
^^030^05060?0
(Пем пература. электролита, t°C
Рис. 31. Изменение плотности в зависимости от концентрации (а) и температуры (6) электролита.
тем проводилось постепенное разбавление этого раствора через 50 г!л до концентрации 100 г!л FeCl2-4H2O. Давление раствора было постоянным и равнялось 746 мм рт. ст.
Если к* какой-либо части объема жидкости приложить силу сдвига по касательной к поверхности, то жидкость начнет
перемещаться под действием градиента скорости, максимум ! которой будет в точке приложения силы. Вязкость среды он- | ределяется отношением силы сдвига, отнесенной к единице * площади в любой точке, к градиенту скорости. Вязкость ха- | рактеризует силы внутреннего трения раствора, которые про- | тиводействуют любому динамическому изменению в движении жидкости. Если трение между слоями жидкости мало, а это бывает при малой вязкости, то, значит, данной силе сдвига соответствует высокий градиент скорости. С увеличением же вязкости сила сцепления между слоями жидкости возрастает и градиент скорости уменьшается.
Рис. 32. Изменение кинематической вязкости ет концентрации и температуры электролита.
Вязкость жидкости есть проявление динамической нерав| новесности в макромасштабе, в то.время как плотность жид| кости является свойством, характеризующим равновесную систему. . ■ -
Исследования показали (рис. 32), что на вязкость растворов хлоридов железа оказывают влияние концентрация соли железа (Сме) и температура растворов (t°C). Влияние кислотности растворов (14-5 г!л НС1) на кинематическую вязкость установлено не было, т. к. полученные расхождения в значениях вязкости в порядке 3’—5% были отнесены к погрешностям опыта.
Первоначальное увеличение концентрации’ соли железа (СМе) со 100 до 300 г]л FeCl-4H2O способствует монотонному возрастанию кинематической вязкости. При концентрации 320^-350 г)л FeCl2-4H2O наблюдается перегиб в ходе кривых 1, 2, 3, 4, который указывает на качественные изменения в исследуемом растворе. Дальнейшее повышение концентрации соли железа в растворе способствует более интенсивному, по сравнению с первым случаем, росту значений кинематической вязкости. Так, при изменении в растворе (рис. 31, кривая 4) на 200 г/л FeCl2-4H2O в первом случае (100—300 г/л) кинематическая вязкость увеличилась на 0,1 сст, а во втором случае (300—500 г/л) — на 0,24 сст. Предположительно описанное явление можно объяснить тем, что при Сме—320—350 а/л начинает наблюдаться насыщение раствора ионами железа, и, как следствие этого, резко возрастает кулоновское взаимодействие ионов.
Температура раствора, как известно, влияет на. скорость подвижности ионов. С возрастанием температуры раствора скорость подвижности ионов растет. Эти же закономерности наблюдаются и в данных исследованиях (рис. 31, кривые 1, 2, 3, 4).
Полученные температурные кривые кинематической вязкости в основном параллельны между собой, что дает возможность говорить о прямопропорциональной зависимости между v и Л Из рис. 31 следует, что с повышением температуры раствора кинематическая вязкость снижается.
, В заключение можно сказать о том, что при содержании в растворе до Сме=300—350 г/л наблюдается наиболее экономичная зона, т. е. значения кинематической вязкости в данном случае не имеют больших величин и изменяются в узких- пределах. •
Электропроводность электролитов остали- в а н и я позволяет определить наиболее экономичные условия электролиза с позиций энергетики процесса.
Электропроводность рйствора хлоридов железа изучалась по методике К. П. Мищенко и А. А. Равдаля [И]. Электроды
платинировались в' растворе: 3 г четуреххлористой плати- ны+0,25 г уксуснокислого свинца-)-100 г бидистиллята. Элект- ‘
ролиз проводился при напряжении, 3 в с переменой полисов через каждые 30 сек. Время платинирования 10 мин. Затем электроды промывались бидистиллятом и подвергались катодному восстановлению в 10%-ном растворе H2SO4 с платиновым анодом для удаления адсорбированного хлора. Электроды впаивались в стеклянный каркас и помещались в специальный стеклянный сосуд.
При отсутствии внешнего электрического поля на штангах
ванны ионы хлоридов железа находятся в тепловом движении. Результирующее направленное движение ионов равно нулю.
Наложение внешнего электрического поля на тепловое движение ионов способствует возникновению направленного их перемещения к электродам. Гидратная оболочка теряет шаровую форму и становится несимметричной. Положительный ион приобретает приращение скорости (AV+) в направлении электрического поля, а отрицательный ион*—(AV-J в противоположном направлении. Возникает результирующий ток, т. е. процесс переноса зарядов.
Количество ионов, а следовательно, и переносчиков заря*-' дов в растворах сильных электролитов находится в прямой зависимости от концентрации соли (Сме) [И].
Способность растворов проводить электрический ток, характеризуется удельной электропроводностью (Н).
По закону Ома удельная электропроводность равна:
Н=Н=5-—^ом, см.у\R-15-—^ом, см.у\R-1(2-1)(2-1)
Н=
Н=
5
-—^ом, см.у\
R-1
5
-—^ом, см.у\
R-1
(2-1)
(2-1)
Где:
S — площадь поперечного сечения условно принятой трубки тока, см11;
R — сопротивление условной принятой трубки тока, ом;
I— длина условной трубки тока, см._
С повышением концентрации раствора число ионов на 1 см1 сечения (S) увеличивается. Это способствует возрастанию электропроводности раствора.w ,
Из рис. 33 следует, что с повышением' концентрации раствора до Сме=300 г!л FeC12-4H2O величина Н возрастает. При* Сме = 300—400 г(л FeCl2-4H2O проходит через максимум. Дальнейшее повышение. Сме в растворе приводит к монотонному снижению значения Н.
В растворе каждый ион окружен ближайшими, равномерно заряженными ионами. Ионы одноименных зарядов более удалены, чем разноименные, за счет сил электростатического отталкивания.
В системе создаются условия равномерного размещения ионов соли,— нечто приближающееся к подобию расположения их в кристаллах, но на более удаленном расстоянии. Особенности сольватации ионов отражаются и на свойствах растворителя. Взаимодействие ионов между собой и раство-. рителем оказывает влияние на скорость их передвижения в' электрическом поле, что приводит к изменению % раствора с изменением Сме- Следовательно, взаимодействие ионов в растворах сильных электролитов зависит от теплового движе-
Р и с. 33. Зависимость х от концентрации соли железа и температуры раствора. ■ •
ния, кулоновских сил и ионной’ атмосферы. Ионной атмосферой называют сферу, в которой имеется заряд, противоположный по знаку центральному иону.
При постоянстве температуры раствора изменением теплового движения ионов можно пренебречь. Тогда появление максимумов на кривых (рис. 33) можно объяснить изменением соотношения действия кулоновских - сил и плотности ионной атмосферы.
Увеличение Сме до 300—400 г!л FeCl2-4H2O способствует уменьшению плотности ионных оболочек. В этом случае чис-
ло ионов Me возрастает, а число ионов ОН- уменьшается. Изменение взаимодействия кулоновских сил при этом незна- чйтельно.
Дальнейшее повышение Сме раствора приводит к еще большему уменьшению плотности ионной атмосферы и, как результат этого, к резкому возрастанию сил кулоновского взаимодействия из-за быстро уменьшающихся расстояний между ионами железа. Об этом же свидетельствуют данные по увеличению плотности раствора с ростом Сме.
Подвижность ионов в растворах сильных электролитов характеризуется эквивалентной электропроводностью [9]:
Р и %. 34. Зависимость 1 от концентрации и температуры растворов.
Эквивалентную электропроводность раствора хлоридов железа можно выразить через и, т. е.
• ^ЮОО .,,7
Х= , олг^-см^г-жв,(2——
ci
. где Ci — грамм-эквивалент раствора.
Из (2—3) следует, что с разведением раствора хлоридов железа эквивалентная электропроводность возрастает. Это
положение можно объяснить увеличением подвижности переносчиков зарядов.
С увеличением Сме подвижность ионов предположительно уменьшается. Это хорошо согласуется с данными эксперимента «х — Сме» (рис. 34). у
С повышением температуры раствора интенсифицируется тепловое движение ионов, оказывающее влияние на плотность ионной атмосферы. Тепловая'интенсификация ионов способствует увеличению расстояния между ионами и уменьшению сил кулоновского взаимодействия, что подтверждается изменением кинематической вязкости раствора.
Рис. 35. Влияние температуры и концентрации электролита на коэффициент электропроводности.
Подвижность ионов в растворах сильных электролитов,характеризуется коэффициентом электропроводности (f9), который определяется
/э=ТГ’ ' " (2-4>
где
Л — эквивалентная электропроводность;
•Л^— эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении.
Величина Х„ определялась методом экстраполирования [11].
Расчеты коэффициентов электропроводности (рис. 35) показали, что с уменьшением концентрации раствора подвиж-
ность ионов возрастает. Повышение температуры растворов! хлоридов железа увеличивает подвижность ионов более ин-1 тенсивнее с ростом с . Таким образом, коэффициенты элект-.J ропроводности подтвердили . ранее выдвинутые предположе- I ния о влиянии скорости подвижности ионов на плотности, вяз- 1 кость, электропроводность раствора хлоридов железа. - |
Итак, из полученных расчетных и экспериментальных дан- J ных можно сделать следующие выводы:1
растворе Сме=320—350 г!л имеет зону минимальной-4, вязкости и при Сме = 300—400 г/л зону максимальной электро- 1 •проводности;'- /
повышение температуры раствора способствует умень- шению вязкости, плотности и возрастанию электропровод- j ности этого раствора при неизменных мини-максимальных | зонах;'J
с позцций энергетики процесса электролиза экономйч-Д ным является электролит с Сме = 300—360 г/л РеСЬ^НгОД
2. Условия псевдостационарности электролитов | осталиванияJ
Процесс осаждения электролитического железа осуществ-J ляется с растворимыми анодами. Этим достигается воспол-Я некие убыли ионов железа в электролитах осталивания. От1 того, какое количество ионов поступает в электролит с анодов! и какое количество ионов убывает из электролита на катод,| зависит изменение концентрации данного электролита по со-1 ли железа. Постоянство концентрации электролита есть одно! из основных условий получения покрытий с воспроизводимы-! ми физико-механическими свойствами. •.i
Электролиты осталивания представляется возможным опи-| сать системой взаимодействующих групп ионов, обособлен-] ных от окружающей среды. Данная система будет гомоген-| ной, т. к, в ней отсутствуют поверхности раздела.i
Процесс электролиза при восстановлении изношенных по-] верхностей деталей чаще всего протекает при постоянстве температуры, (t=75°C) и давления (Р«1 атм). Переменны- 1 ми параметрами являются: кислотность (НС1), объемная,; (До) и катодная (Дк) плотности токов. Кислотность система- ; тически при электролизе убывает (вырабатывается). Убыль ^ ее восполняется периодическими внесениями новых порций. 5 Объемная и катодная плотности токов изменяются при смене :
номенклатуры восстанавливаемых деталей и при. изменении: количества деталей в одном завесе.
Исследования, проведенные автором, показали,' что при постоянстве параметров электролиза электролиты с концепт- рацией 700 г(л FeC12-4H2O и 100 г!л FeC12-4H2O с течением времени принимают одинаковую концентрацию по соли железа (рис. 36). Изменение параметров электролиза приводит к изменению величины установившейся концентрации соли железа.
Рис. 36. Влияние параметров электролиза на стационарность электролита по соли- железа: 1) убыль, 2) рост концентрации.
Закон Фарадея постулирует, что при прохождении через электролит 96500 к1г-экв электричества, выделяется количество вещества, отвечающее грамм-эквиваленту, или 6,02-1023 • электронов. Пусть при прохождении через электролит остали- вания тока в количестве одного фарадея (F = 96500 к)г-экв.) на катоде произойдет соосаждение ионов железа и водорода; а на аноде химическое и электрохимическое растворение поверхности металла анода. Таким образом, будем иметь:'
насыщение концентрации электролита по СМе;
N^N^ ''(2-5)
убыль концентрации электролита по Сме
Na<Nx; '(2-6) -
постоянство концентрации электролита по Сме
. Na=NK..(2-7)
Взаимодействие ионов железа, перешедших с анода в электролит (W J, концентрации электролита в данный момент (Сэ ) и убыль ионов железа из электролита (осаждение на катоде NK) опишем реакцией в общем виде:
Na^C^ C3^NK1(2—8)
где Ki и Кз — константы, характеризующие начальную и ко-. нечную стадию протекающих реакций.1
В условиях производства при восстановлении деталей для получения воспроизводимых физико-механических свойств по-.- крытий необходимо иметь постоянство концентрации электро-* лита по соли железа или знать закономерности ее изменения.;
Начальная и конечная стадии процесса электролиза мо-’ гут быть известны по балансу тока, пошедшего на электролиз. = Зная катодный и анодный выходы железа по току, можно кос- I венно судить о наличии того или иного соотношения ионного " баланса. Выход железа по току показывает, какая часть пропущенного через электролит электричества приходится на долю каждой реакции. С ростом Дк и Сме катодный выход по току железа увеличивается, а соответственно водорода — уменьшается. Анодный выход по току железа имеет обратную зависимость, т. е. увеличивается с уменьшением Дк и СМе (табл. 10).-4
При' некоторых режимах и условиях электролиза .анодный выход железа по току (табл. 10) имеет величину более 100%. ' Анодный выход по току (2аа) суммируется из электрохими- ческого (аГ) и химического (ааим ) растворения металла анодов. Анализ полученных данных показывает, что суммарная величина более 100% достигается за счет составляющей химического растворения анодов. ааим возрастает с уменьшением Сме И Дк.
Уменьшение концентрации раствора по соли железа увеличивает подвижность ионов, окисляющее действие С1~, ОН- возрастает.
При наращивании слоя железа определенной толщины ' время электролиза (То) в основном определяется величиной катодной плотности тока (Дк). С уменьшением Дк скорость разряда ионов железа падает, а То — возрастает. С увеличением То вклад составляющей ааим в результирующую величину 2аа становится весомее, что и приводит к значению 2аа>100%.
С целью упрощения расчетов введем понятие коэффициента стационарности (Сц):।
Таблица 10
Влияние параметров электролиза на анодные и катодные выходы по току
1II
Параметры электролиза
Выход по току, %
РеСЦ 4Н3О, г/л
t °G
НС1, г!д
DK, а(дя?
«Ге
«н, К
SaK
аэл а
ахим а '
51 а "
200 80 1,5 5 71,5 9,2 80,7 92,9 36,4 128,3 200, 80 1,5 10 74,8 9,1 83,9 94,0 22,4 116,4 200 80 1,5 15 79,1 8,3 87,4 95,6 14,4 110,0 200 80 1,5 20 81,3 8,1 89,4 96,0 12,0 108,0 200 80 1,5 40 85,2 8,0 93,2 97,0 8,0 105,6
200 80 1,5 60 86,9 8,0 94,9 97,2 - 7,5 104,7 200 80 1,5 100 88,3 8,0. 96,3 98,0 7,2 101,2
300’' 751,5576,68,2 -84,878,024,4102,4
300'751,51083,78,091,785,416,2101,6
300751,51588,86,495,288,013,5101,5
300751,52089,96,396,290,011,4101,4
»300751,54096,43,499,894,46,9101,3
300751,56096,53,499,994,46,7101,1
300, 751,510096,63,4 ' 100,097,73,3101,0
450801,5583,97,891,779,422,3101,7
450801,51089,07,196,186,512,7_ 99,2
450801,51592,84,397,188,29,898,0
450801,52094,03,697,688,77,396,0
450801,5' 4096,33,099,389,75,094,7
450 ' ,801,56096,72,499,190,04,194,1
450801,510097,12,499,590,43,2. 93,6
600801,5589,65,696,287,112,9100,0
600801,51092,94,897,788,37,896,1
600801,51596,53,299,7' 88,37,796,0
600801,52096,63,099,688,1,7,295,3
600801,540. 97,82,199,990,24,094,2
600801,56098,01,899,890,43,293,6
600801,510098,91,099,990,60,4,91,0
Fe
•С.-.(2-9)
где:
aFe — катодный выход по току железа;
5аа—суммирующий анодный выход по току железа.
’ По данным (табл. 10) были подсчитаны коэффициенты стационарности, которые приведены на рис. 37. Коэффици- • енты стационарности (Сц) изменяются по величине с изменением параметров электролиза. Так, с ростом Дк коэффициенты стационарности увеличиваются за счет возрастания ка-
Р ис. 37. Влияние параметров электролиза иа коэффициент стационарности.
-годного выхода по току железа. У электролитов Сме =200 и .300 г/л РеСЬ^НгО с увеличением Дк коэффициент стационарности стремится к единице. Концентрация этих электролитов обогащается ионами железа (выполняется неравенство 2—5).
Электролиты Сме =450—600 г/л FeCl2-4H2O при Дк=54- 4-10 а) дм2 имеют значения сц <1, но с дальнейшим ростом Дк значение Сц >1 (выполняется неравенство (2—6), т. е. концентрации электролитов по соли железа убывают за счет преобладания катодного выхода по току металла над анод- яым.
В первом случае скорость разряда ионов железа на катоде
замедлена из-за большой величины перенапряжения (перенапряжение ионов железа и водорода близки).
С увеличением концентрации соли железа (Сме) в растворе перенапряжение осаждения металла уменьшается, а водорода— увеличивается (табл. 11).
Таблица 11
Влияние параметров электролиза на потенциал катода [10]
Сме-гМ (FeCl3-4HsO)
Дк.
а дм-
' pH
t °C
— cp4mv
200
20 .
0,65
75
" 900-
300
20
0,65
75
850
450
20
0,65
75
815
600
20
0,65
75
800
Во втором случае, скорости электрохимических реакций на аноде, наоборот, уменьшаются с ростом концентрации раствора по Сме.
По изложенной причине в первом случае идет преобладание скоростей анодных реакций над катодными, а во втором- случае интенсифицируются скорости катодных реакции над. анодными.
Во втором случае на аноде скорость электрохимической реакции замедлена, а скорость диффузии (поставка ионов в электролит) вынужденно снижена. Медленный расход реагирующих ионов не создает достаточно большой разности концентраций, Необходимой для развития диффузии.
Из изложенного выше следует, что на изменение концентрации электролита влияет большое число переменных разной физической природы. Ввиду этого не представляется возможным полностью стабилизировать условия электролиза, поэтому и концентрация электролита по соли железа не может- быть постоянной. Процесс увеличения или уменьшения концентрации электролита является обратимым. Отмеченное равновесие системы является кажущимся. С целью'полного отражения характера неустойчивого равновесия в системе она названа псевдостационарной. Псевдостационарное состояние имеет ряд признаков:
при отсутствии внешних воздействий состояние системы остается в отношении концентрации соли железа неизменным;
система'следует за изменением внешних воздействий;.
снятие внешних воздействий не возвращает систему в исходное состояние;
*) степень смещения системы от состояния равновесия определяется величиной воздействующих факторов: направление смещения — направления действия факторов (Сц<1 — возрастание концентраций, Сц>1 убыль концентрации);
псевдостационарность данной системы неизменна, независимо от того, с какой стороны это состояние получено.
Теоретическое решение псевдостационарной системы привело к сложным математическим расчетам. Из-за отсутствия некоторых коэффициентов в материальном балансе пользование выведенными формулами в условиях производства было затруднено.
В условиях эксперимента был найден более удобный путь расчета псевдостационарного состава электролита, а именно, найдена экспоненциальная зависимость, описываемая формулой:
CMe = exp(^K+^aCw)-2,3, г/л;(2—10)
где:, .-
q к — константа, характеризующая катодный пррцесс осаждения ионов железа;
qа — константа, характеризующая анодный процесс растворения металла анодов.
Значения констант qK и qa определены экспериментальным путем (табл. 12).
Таблица 12
Влияние параметров электролиза на qK и qa
Дк а1дм2
НС1, г[л
t °C
Константы
Чк
1Ча
■ 5
1,5
75
1,3590
1,5010
10
1,5
75
1,2980
.1,4450
20
1,5
75
1,2002
1,4152
30
1,5.
75
1,4558
1,0730
40
1,5
.75
1,6346
0,8525
50
1,5
75
1,7880
0,6900
- 60
1,5
75
1,7915
0,6790
■70
1,5
75
1,8102
0,6432
80
1,5
75
1,8904
0,5440
По формуле (2—10) были рассчитаны псевдостационарные концентрации электролита при температуре ( = 75°С и кислотности НС1=1,5 г!л (табл. 13).
Таблица 13
Расчетная псевдостационарная концентрация электролита
по С Mg
Псевдостационарная концентрация электролита
Плотность тока, Дк , а!дмй
5|10| 20 |30|40|50|60
1 70 1
во
Сме^М й®
724 553 ' 412338310 300 298
284
275
Из анализа табл. 13 следует, что уменьшение катодной плотности тока способствует росту железа при псевдостацио- нарном состоянии раствора. Увеличение катодной плотности тока соответственно понижает количество железа при псев- достационарном состоянии раствора. В реальных условиях производства, как показали проведенные нами обследования ряда авторемонтных заводов, процесс электролиза при восстановлении деталей в большинстве случаев проводится при плотностях тока Дк = 30—60 а!дм2. Псевдостационарная концентрация раствора при этих условиях электролиза колеблется в пределах, согласно расчетным данным, 338—298 г/л FeC12-4H2O. Расчетная величина пСевдостационарной концентрации раствора на 3—-5% отличается от псевдостацио- нарной концентрации промышленной ванны по следующим причинам:
часть электролита уносится подвесками, изоляцией и поверхностями восстанавливаемых деталей;
часть электролита уносится анодными решками, шламом и поверхностями анодов;
часть электролита теряется при фильтрации и выносится вытяжной вентиляцией.
Коэффициент выноса и потерь электролита отражает технологическую культуру производства при восстановлении деталей.
Разумеется, что там, где выше технологическая культура, потерь электролита меньше.: '
На осноце проведенных исследований для условий производства рекомендуется готовить электролит с концентрацией соли железа 300 г]л FeCl2-4H2O. Этот электролит через 2—3 смены, с учетом специфики данного производства, быстро приобретает псевдостационарное состояние по концентрации соли железа. Кроме того, раствор с такой концентрацией соли железа имеет зоны наивысшей электропроводности и наименьшей вязкости, покрытия, полученные из него, отличаются наибольшей работоспособностью.
Выбор пределов кислотности .
Пределы кислотности у электролитов осталивания“были определены и обоснованы И. М. Мелковой [12]. ■
В растворе хлоридов железа при электролизе реакция взаимодействия солей кислот и слабых оснований идет с образованием основного хлорида FeOHCl, или FeOHCl2. Ионы железа (Fe2+) связывают ионы (ОН), а‘в растворе появляются избыточные ионы водорода (Н+), и поэтому раствор имеет кислую реакцию.
В результате гидролиза соли железа и разряда Н+ при электролизе в лрикатодном слое происходит изменение кислотности.
Кислотность растворов характеризуется концентрацией Н+. или величиной рН =—IgCH.
Исследования [12] защелачивания прикатодного слоя при! изменении Сме, НО раствора и Дк показали, что с увеличе-; нием Дк от 3—8 а/дм2 происходит наиболее интенсивное за-;; щелачивание прикатодного слоя. С дальнейшим повышением ) Дк, pH прикатодного слоя возрастает незначительно. С увели-] чением -Сме в растворе влияние повышения Дк на величину pH] уменьшается, что связано с облегчением осаждения железа ' и затруднением разряда ионов водорода. Максимальное заще-; лачивание прикатодного слоя идет в диапазоне кислотности: 0,3—1,1 г/л НС1, где буферная емкость раствора хлоридов же- - леза наименьшая. С увеличением НС1 в растворе защелачи-’ вание прикатодного слоя уменьшается при всех Дк. ]
Защелачивание, происходящее в прикатодной зоне, при-* водит к накоплению гидроокиси, которая, включаясь в по-/ крытие, разрушает целостность структуры электролитическое] го железа (она становится слоистой) и ухудшает долговечность) восстановленных деталей. •
На основании изложенных результатов был сделан вывод* о том, что содержание свободной кислоты в растворе хлори-; дов железа ниже НС1=1,1г/л нежелательно, а ниже НС1 = = 0,5 г/л недопустимо.
Перевод величины кислотности г/л в значение pH, и наоборот, в зависимости от Сме в растворе, приводится на рис. 38.
- Величину кислотности НС1= 1.Д г/л принято считать ни ж-/ ним допустимым пределом кислотности.
Верхний предел кислотности был установлен в зависимо-, сти от технико-экономических условий электролиза. Основным критерием служил катодный выход железа по току.
На основании исследований [8, 12 и др.] было установлено, что с повышением кислотности раствора катодный выход железа по току резко падает, а анодный — растет. С увеличением Сме в растворе Ок6 повышается, а 2аа —уменьшается."
"Рис. 38. ‘ Изменение pH хлоридов железа 'от НС1 (г/л).
Величина Кислотности НС1>3 г/л в растворе хлоридов железа незначительно оказывает влияние на защелачивание прикатодного слоя, но резко снижает катодный выход железа по току. На основе изложенного, было признано неэкономичным применение в условиях производства использование кислотности НС1>3 г/л.
Величина кислотности НС1 = 3 г/л раствора принята за верхний допустимый предел кислотности.
Выбор рациональной начальной плотности тока
Качественное сцепление электролитического железа (покрытия) с основным металлом детали (основой) во многом
зависит от начальных режимов электролиза, в частности от | начальной плотности тока (Д"ач).„
времени в различных условиях электро-времени в различных условиях электро-Для определения начальных условий электролиза были ' । проведены потенциостатические исследования [12] изменения ।
времени в различных условиях электро-
времени в различных условиях электро-
начального тока, во лиза.
При электролизе возможно Как выделение железа и водо-. я рода, так и одного водорода при более положительном по- Я тенциале. Если на катоде поддерживать постоянный потен- | циал (ф), то ток, идущий на определенную реакцию, будет Я изменяться с изменением сопротивления -цепи. Отсюда еле- 1 дует, что если меняется один параметр, то можно установить 1 его зависимость от Дк. е
После включения тока на катоде происходят следующие 1
влиянием Нг, качественного происходят в од т привести ионов железа.влиянием Нг, качественного происходят в од т привести ионов железа.явления: заряжение двойного слоя, выделение водорода, из- я менение состояния поверхности восстанавливаемой детали под Я повышение pH прикатодного слоя. Изменения я
влиянием Нг, качественного происходят в од т привести ионов железа.
влиянием Нг, качественного происходят в од т привести ионов железа.
состояния поверхности и pH прикатодного слоя Я период времени ть которое может через пери- -Я к постепенному созданию условий для разряда Я Описанное явление произойдет только при до- я
статочной величине потенциала. 1
Возможно несколько случаев соотношений величин [12] | тип: ' я
0<т<ть когда осаждение ионов железа начинается до 1 окончания изменения в двойном слое или одновременно с его 1 окончанием; Я
т=0, когда осаждение ионов железа начинается сразу! после включения тока; , 1
х=~ , когда осаждения ионов железа не происходит. |
В первом случае происходит реакция выделения водорода.1 С течением времени поверхность активируется и постепенно! переходит к процессу совместного разряда ионов водорода и | железа. 3
Во втором и третьем случаях железо или не осаждается | вообще или осаждается на пассивную, не успевшую активи- j роваться, поверхность. - |
Температура раствора хлоридов железа оказывает боль- | шое влияние на ДТЧ- С увеличением температуры умень- | шается адсорбционная способность железа, что повышает | активацию поверхности катода. Подводимая энергия при | этом в большей степени расходуется на разряд ионов железа, = чем при понижении температуры раствора хлоридов железа. .
Для получения прочного сцепления покрытия с поверхностью восстанавливаемой детали при снижении температур растворов следует уменьшать Дкиач-
Понижение кислотности раствора хлоридов железа; менее НСК.1,1 г/л отрицательно сказывается на прочности сцепления покрытия с основой, т. к. в этом случае появляются концентрационные ограничения по водороду из-за высокого pH и
Влияние t раствора на Дкнач (НС1=1,1 г/л)
Концентрация
Температура, °C
у
раствора, С ме, г^л
40
|50|60|
75|
83
начальная рациональная плотность тока, а}дмй
200
3,35
3,674,10
4,91
5,97
300
2,68
2,93*3,16
3,71
4,38
450
—
2,152,64
3,27
3,76
680
1,56
1,691,83
2,31
2,72
потенциала катода.
На поверхности катода
образуются геле-
Таблица 13'
образные пленки гидроокиси железа вследствие интенсивного
защелачивания прикатодного
На основе исследований [12] были определены начальные плотности тока, необходимые для получения прочного сцепления покрытия с основой и названные рациональными на- чалйыми плотностями тока (табл. 13).
Длй определения рацио- . нальной плотности тока при разной кислотности раствора следует пользоваться графиком (рис. 39).
С увеличением кислотности (рис. 39) при концентрациях раствора С =200, 300, 450 г]л рациональная начальная плотность тока повышается. При большей . Концентрации С =680 г]л
«'б«'б5-о 4§в О* <е25-о 4§в О* <е2слоя с включением тока.,<мслоя с включением тока.,<мРис. 39. Влияние НС1 на Дкнач: 1) Сме~300 Дл; 2) Сме=680 ejA; 3) CiMe=200 г/л; 4) СМе=450 г/л;1, 3, 4 —t=75° С; 2 —t=80° С. 'Рис. 39. Влияние НС1 на Дкнач: 1) Сме~300 Дл; 2) Сме=680 ejA; 3) CiMe=200 г/л; 4) СМе=450 г/л;1, 3, 4 —t=75° С; 2 —t=80° С. '012345Кислотность, НС? гЛ Электролит: 2-1Л=^5°с- " <(-Щ=&0оС.012345Кислотность, НС? гЛ Электролит: 2-1Л=^5°с- " <(-Щ=&0оС.65657г 3 Заказ 11649
«'б
«'б
5
-о 4
§
в О* <е2
5
-о 4
§
в О* <е2
слоя с включением тока.,
<м
слоя с включением тока.,
<м
Рис. 39. Влияние НС1 на Дкнач: 1) Сме~300 Дл; 2) Сме=680 ejA; 3) CiMe=200 г/л; 4) СМе=450 г/л;
1, 3, 4 —t=75° С; 2 —t=80° С. '
Рис. 39. Влияние НС1 на Дкнач: 1) Сме~300 Дл; 2) Сме=680 ejA; 3) CiMe=200 г/л; 4) СМе=450 г/л;
1, 3, 4 —t=75° С; 2 —t=80° С. '
012345
Кислотность, НС? гЛ Электролит: 2-1Л=^5°с- " <(-Щ=&0оС.
012345
Кислотность, НС? гЛ Электролит: 2-1Л=^5°с- " <(-Щ=&0оС.
65
65
повышение рациональной начальной плотности тока наблю-Я дается при увеличении НС1 до 3 г/д а дальнейшее увеличен ние НС1 существенно не сказывается на изменении Дк . Я Механические испытания прочности сцепления покрытия с ] основой показали существенное влияние изменения Дк на .^ силу сцепления.* Это позволяет сделать вывод, что началь- 3 ному периоду электролиза в условиях производства, необхо- | димо уделять постоянное внимание и значения Дк34, выдер-3 живать с достаточной точностью, т. к. прочность сцепления | покрытия с основой изношенной поверхности детали обеспе-Я чивается рациональной начальной плотностью тока.-.Я
Взаимосвязь между параметрами электролиза
и величиной микротвердости покрытийЯ
Микротвердость электролитического железа является ос-Я новным критерием его качества в условиях производства. Я
Значение влияния условий (Сме, HCI) и режимов элек-Я тролиза (Дк, т) на микротвердость покрытий (Н„ ) с доста-Д точной глубиной и полнотой установлено в исследованиях™ М. П. Мелкова [6].
Для технологической подготовки производства по восстановлению изношенных поверхностей деталей, при составлении . и разработке технологических процессов на эти детали возникает необходимость в расчетах Нм , в зависимости от условий и режимов электролиза. Эти же потребности часто возникают в условиях производства (непосредственно на рабочих местах) при отклонении условий электролиза в ту или иную сторону, в процессе получения Нм строго определенных ° значений.
Путь экспериментальных определений Нм для требований производства является трудоемким, малоэффективным и требует наличия работников высокой квалификации. Наличие же установленных математических зависимостей, позволяющих дать в простой и доступной форме расчет параметров электролиза по заданной Нм, значительно эффективнее, точ- • нее и экономичнее, чем определение опытных взаимосвязей тех же величин.
Микротвердость электролитического железа (Дм ) находится в сложной функциональной зависимости между уело- . виями и режимами электролиза.
нм=ПДк,ЦНС\)АСм^.(2-ii)
Для решения уравнения (2-11) ряд функциональных величин, входящих в формулу, следует оставить постоянными на .каком-то уровне, .а часть их варьировать на разных уровнях. Установив одну математическую закономерность, затем перейти к рассмотрению второй и т. д.
В данном случае анализ функциональных зависимостей на аргумент будем рассматривать в порядке значимости их влияния на микротвердость покрытий в условиях восстановления изношенных поверхностей деталей автомобилей.
Влияние катодной плотности тока на ^Нм\ электролитического железа. Катодная плотность' тока (Дк) является основным регулируемым параметром в условиях производства и к тому же Дк оказывает существенное влияние на Н^ покрытий.
Из анализа опытных данных, полученных многими исследователями следует, что между Нм и Дк имеется зависимость, описываемая степенным рядом:
Oo+&i(x—х0)А-а2(х—л:0)2-|-.,.-|-йп(х— х0)п=2 ^(-^—*о)п» л=0
(2-12)
где йо. «ь й2, —, пп— коэффициенты степенного ряда.
При Уо=О, будем иметь
а0+а1х-Нг2х2+...+апхп= 5апхп. \(2-13)
Величина микротвердости покрытий (Ям‘) изменяется с изменением Дк, т. е.-^- = ЦДку Поэтому-^*- есть duK, J dDK
величина микротвердости, изменившаяся за счет увеличения Дк на единицу. - '
Приравняв:
йп = Л(Дк), х=Дк, п=Ь, при йп>0, после подстановки в • (2-13) получаем частный**случай— степенную функцию:
Н^ИДк, кГл^2,(2-14)
где
/i —начальная микротвердость покрытия, полученная при Дк=1 Ыдм2. (В выводе сделано допущение: при Дк = 1 а!дм2 во всех случаях имеет место осаждение железа);
b— константа, зависящая от концентрации соли в растворе.. " ,
-Значения h и b для расчетов выбираются из табл. 14.
-Таблица 14
Влияние С ме на h н Ь (НС1=1,5 г/л;=75°С)
-С ме. г/Л
(РеСЬ-4НаО).
h кг/мм2
в
200
275,7
0,1828
300
221,8
0,2284
450
169,8
0,2749
680
114,8
0,3369
Результаты расчета Нм покрытий по формуле (2-14) хорошо согласуются с экспериментальными данными (табл. 15) и позволяют с высокой точностью рассчитать функциональную зависимость НМ=^Д'К, Сме ) при НС1 и T=const.
Дк а[дм5Сме=200 г/лСj00 г^,г■ ^ме—^50 г!лСМе=680 г^лНм- кг/мм2 расч.Нм- кг/мм2 эксп.Н„, кг^мм2 расч.Нм> кг; мм2 ЭКСП.кг1мм2 расч.нмкг^мм2 эксп.Нм, кг$мм2 расч.нм, кг^мм2 эксп.1 '23456!789536936032132026427519820010• 410415375 ,375320320249250,2047747744044038638631531530513513482490• 433433361361405415415155204704683974005056456454254249849842942960583583563563523524456457706006005855805465504804808061461060360056757550250090628620619620585580523525Дк а[дм5Сме=200 г/лСj00 г^,г■ ^ме—^50 г!лСМе=680 г^лНм- кг/мм2 расч.Нм- кг/мм2 эксп.Н„, кг^мм2 расч.Нм> кг; мм2 ЭКСП.кг1мм2 расч.нмкг^мм2 эксп.Нм, кг$мм2 расч.нм, кг^мм2 эксп.1 '23456!789536936032132026427519820010• 410415375 ,375320320249250,2047747744044038638631531530513513482490• 433433361361405415415155204704683974005056456454254249849842942960583583563563523524456457706006005855805465504804808061461060360056757550250090628620619620585580523525Таблица 15Таблица 15• Влияние Д к н С ме на Н м покрытий (НС1=1,5г/л. t=75°C)• Влияние Д к н С ме на Н м покрытий (НС1=1,5г/л. t=75°C)
Дк а[дм5
Сме=200 г/л
Сj00 г^,г
■ ^ме—^50 г!л
СМе=680 г^л
Нм- кг/мм2 расч.
Нм- кг/мм2 эксп.
Н„, кг^мм2 расч.
Нм> кг; мм2 ЭКСП.
кг1мм2 расч.
нм
кг^мм2 эксп.
Нм, кг$мм2 расч.
нм, кг^мм2 эксп.
1 '
2
3
4
5
6!
7
8
9
5
369
360
321
320
264
275
198
200
10
• 410
415
375 ,
375
320
320
249
250,
20
477
477
440
440
386
386
315
315
30
513
513
482
490
• 433
433
361
361
40
541
541
515
520
470
468
397
400
50
564
564
542
542
498
498
429
429
60
583
583
563
563
523
524
456
457
70
600
600
585
580
546
550
480
480
80
614
610
603
600
567
575
502
500
90
628
620
619
620
585
580
523
525
Дк а[дм5
Сме=200 г/л
Сj00 г^,г
■ ^ме—^50 г!л
СМе=680 г^л
Нм- кг/мм2 расч.
Нм- кг/мм2 эксп.
Н„, кг^мм2 расч.
Нм> кг; мм2 ЭКСП.
кг1мм2 расч.
нм
кг^мм2 эксп.
Нм, кг$мм2 расч.
нм, кг^мм2 эксп.
1 '
2
3
4
5
6!
7
8
9
5
369
360
321
320
264
275
198
200
10
• 410
415
375 ,
375
320
320
249
250,
20
477
477
440
440
386
386
315
315
30
513
513
482
490
• 433
433
361
361
40
541
541
515
520
470
468
397
400
50
564
564
542
542
498
498
429
429
60
583
583
563
563
523
524
456
457
70
600
600
585
580
546
550
480
480
80
614
610
603
600
567
575
502
500
90
628
620
619
620
585
580
523
525
Таблица 15
Таблица 15
• Влияние Д к н С ме на Н м покрытий (НС1=1,5г/л. t=75°C)
• Влияние Д к н С ме на Н м покрытий (НС1=1,5г/л. t=75°C)
Ввиду того, что в последнее время в условиях производства стали использовать электролиты с псевдостационарными концентрациями по .соли железа, для них были проведены расчеты и определены величины Н« покрытий (табл. 16).
Таблица 16
Влияние Дк." и Сме на Нм покрытий (НС1=1,5 г/л, t=75’C),
1Дк , а^дм1
СМе,г/^
10 -[20|30| 40 ]50| 60 |70
.Нм , кг!мм2 '
310
362
. 435-
475
507
534
558
588
320
357 -
430
472
503
532
555...
587
340
347
424
463
498
522
552 '
586
360
337,
417,8
458
491
520
548
585
380
328
409,3
452
485
515
, 544
’ 583
Кислотность
раствора
Н а
Нм
э л е к т
роли-
тического железа, в установленных пределах (НС1 = = 1,1—3 г/л),’существенного значения на величину Нм не оказывает. По этой причине вывод математической' зависи
мости не производился, и во всех расчетах кислотность раствора хлоридов железа чаще всего принималась НС1=1,5 г/л.-
Влияние- Сме на Нм покрытий. Изменение концентрации соли ^келеза в растворе изменяет условия осаждения железа за счет изменения поляризации катода [10], а это сказывается, в свою очередь, и на величине Нм покрытий.
Допустим, что при Дк= const величина микротвердости покрытий равна Но. С увеличением Сме микротвердость по- крытий^изменится и станет Н, т. е. за dCMe изменение будет ХН; , 1
ап-
■(2-15)
где: Л — константа изменения от Сме.
Из (2-15) имеем: '
dH = ^HdC^.'(2-16)
Вычисляем с помощью уравнения (2-16) величину Н.
Разделим обе части уравнения (2-16) на Н и проинтегрируем по Сме-.
-Получим:
—=^dC№,(2-17)
откуда:
(2-18)(2-18)inH=x сме+с..
(2-18)
(2-18)
Постоянная интегрирования С находится из условия, что в начальный момент микротвердость покрытий равна Но и изменений в концентрации электролита не было.
В этом случае Н=Но, С—ltiHo. Произведя-подстановку значения С в уравнение (2-18), получим:
Н=Н/С^.'(2-19)
Величины Но и X находятся расчетным путем по данным эксперимента. При Дк=const величины Но и X постоянны, но с изменением Дк они будут также изменяться. Для проведения необходимых расчетов по влиянию Сме на Нм следует значения Но и л выбирать по табл. 17.
Т а (гл и ц а 17
Значения Но и Х от величины Дк
Плотность тока Дк , а!дм2
Но. кг1мм2
10 .
562,3
— 0,00142
20
567,6
— 0,00086
30
595,4
— 0,00072
40
619,4
— 0,00064
50
631,0
' — 0,00053
, 60
623,0
— О.ОООЗД ■
70
606,0
■ — О.ОООГО
Знак «—» у л говорит о том, что увеличение концентрации соли железа в растворе снижает значения Нм . Это явление хорошо'согласуется с результатами эксперимента (табл.' 18).
Таблица 18
Влияние
Сме
на Нм
покрытий. (НС1=
1,5 л/г;
1=75°С)
Плотность
Концентрация Сме
"г/л, FeCl,
■4Н2О
200
3001
450
-
680'
тока, Дк -
расчет. J
эксп.
расчет
| ЭКСП. 1
расчет, j
• эксп.
расчет. |
ЭКСП.
а (дм?
-
микротвердость
Н м, кГ/мм2
10
417
415
368
- 375
298
320
215
250
20
478
477
438
440
385
386
315
315
30
513
513
479
490
429
433
364
361.
40
' 544
541
511
520
464
468
398
400
50
566
564
538
542
496
498
437
429 .
60
581
583
559
563
530
524
467
457
Влияние Сме на Дк и на величину Нм покрытий при одновременных непропорциональных их изменениях. Такие ситуации часто возникают в условиях производства при восстановлении деталей, когда ванны осталивания не имеют автоматических устройств по поддержанию уровня электролита и по стабилизации тока.
Совместное Трафо-аналитическое решение уравнений (2-19),. (2-14) “позволило найти следующую расчетную фор.- мулу:
в общем виде
^ме
' ^м^ехр^о-'^кГ]мм?, (2-20)
для практических расчетов:
Н^е V№ кГ(млД .(2-21)
Проверь расчетов //м по формуле (2-21) показала высо- - .кую сходимость результатов (± 1 %) с данными эксперимента.
Влияние температуры (/) раствора хлоридов железа на Нм покрытий. Исследования автора показали, что вязкость, плотность, электропроводность раствора хлоридов железа, а также подвижность ионов в них находятся в прямопропорциональной зависимости от t.
Следовательно, имеется основание предположить, что изменение Нм пропорционально приращению t раствора и не зависит от начального условия осаждения железа.
Приращение функции HM=f(t) есть Ml для любого t пропорциональное ’приращение независимой переменной Мл
М1 = а-М,(2-22)
где а — некоторая постоянная. .
Прир=0 функция f(/) равна Но, т. е.
fw=H0,(2-33)
где Но — начальная величина функции.
Дадим аргументу какое угодно новое значение ^. Функция получит новое значение:
' ■ ^м = /(^1).(2-24)
Приращение аргумента составит:
*M1=t1-O=tT,(2-25)
а приращение функции будет:
ДЯ=ЯМ-ЯО. ' •
(2-26)
По условию:
(2-27) j
откуда:
где:
H^H^at,
(2-28р
Ям — микротвердость покрытий, кПмм2;
,Н0 — микротвердость покрытий, которая бы получилась при t—0° С, если бы имелись возможности вести электролиз;
t— температура электролита, ° С;.
а — константа, показывающая изменение Нм при нагревании электролита на 1°С/'_ '
Величины Но и а рассчитаны и приведены, в табл. 19.
Т а б л iTh, а 19
Влияние t электролита на величины Н о и а
С ме, г1л- (FeCl2.4H2O)
Но; кГ1мм-
а
200
815,0 '
— 3,500
300
776,5
— 3,540
450
767,5
— 3,750
680
746,0
— 4,625
Таблица 20
Влияние температуры электролита йа Нм покрытий х(Дк40 а!дм1, НС1=1,5 г/л)
С ме, гМ (FeCl2-4H2O)
ратура
200|300[450,|680
ролита
(t СС)’
микротвердость покрытий, Нм_ к,Г1мм*
расч. _ | эксп. , | расч. | эксп. | расч\ ( эксп. | расч'. (* эксп.
50
60
70
75
80
90
640640600600580580515515,
605610564.560■54.3_ 550469470
570580 . 528530' 505505422420
552' 541521■520486468400- 400
535540493*500467470376375
500500458465430*430330330
Примечание: Но и а определены для Д,=40 а!дм2.
Знак «—» перед константой а указывает на то, что нагрев электролита способствует снижению Нм покрытий. С целью внесения коррективов на температуру электролита при значении Дк, отличном от 40 а!дм2, следует использовать метод интерполяции и пересчитать величины коэффициентов к конкретным условиям.
Значения расчетных величин микротвердостей покрытий по формуле (2-25) и найденных экспериментальным путем имеют разброс в пределах ошибки опытов (табл.’20).
Определение наивыгоднейшей объемной плотности тока
Производительность ванн или других гальванических установок осталивания определяется количеством используемого электролита, заключенного в объеме установки. В настоящее время не имеется достаточно точных рекомендаций о том, какую силу тока следует пропускать на каждый литр электролита установки в процессе электролиза.
Нам представляется целесообразным характеризовать весь рабочий объем электролита объемной плотностью тока (До). Под объемной плотностью тока (До) подразумевается величина силы тока, приходящаяся на один литр электролита в процессе электролиза..
Таблица 21
Изменение Д 0 в условиях производства.
Катодная плотность тока (Дк,) а[дм-
Объемная плотность тока ‘ ( До ), а/л
20 '
0,1—0,9
30
0,3—1,0
50
0,6—2,5
Обследование ряда авторемонтных заводов, занимающихся восстановлением деталей осталивания (АРЗ-2, г. Омск; КАРЗ-1, г. Киев; завод «Энергомаш», г. Волжский; АРЕМЗ, г. Москва), показало, что величина- объемной плотности тока в условиях производства изменяется в широких пределах (табл. 1).
На обследованных авторемонтных заводах имеется ограниченное количество ванн (в основном по одной, только в не-
которых случаях встречаются по две работающих ванны осталивания) объемом 900—2000 л. В то время,» как восстанавливаемые детали машин имеют различные размеры и формол- сложности, как правило, все эти детали восстанавливаются в одной ванне. Количество деталей в одном завесе естественно-; изменяется, чем и объясняется широта разброса величины До.
С целью разработки рекомендаций по выбору До и условий на загрузку ванн осталивания под руководством автора были проведены исследования И. Д. Шинковским по влиянию До на показатели технологического процесса осталивания.
За основной показатель влияния До на параметры электролиза было принято время до начала дендритообразования. Рост дендритов приводит к перераспределению тока по поверхности катода [4], и скорость роста покрытий по толщине резко падает, а далее почти прекращается совсем, и наблюдается только формирование дендритов.
Качество получаемого в процессе электролиза осадка контролировалось постоянно -специальным оптическим прибором. ■ Для оценки влияния До на экономичность процесса дополнительно исследовались катодный выход железа по току и расход соляной кислоты.
Результаты исследований представлены в таблице 22.
Вся поверхность покрытий имела питтинг.
Из анализа табл. 22 следует, что влияние величины До на Tg выражается не однозначно. С повышением До от 1 до 2 а!л величина т g увеличивается и достигает максимума. Дальнейшее повышение До до 3 al л значительно, по сравнению с До=2 а!л, снижает те.
С повышением температуры электролита (/) увеличивается Tg и наибольших значений т^ достигает при /=90° С. Эту закономерность представляется возможным объяснить тем, Что с повышением / интенсифицируется подвижность ионов и возрастает электропроводность электролита, а это способствует, в свою очередь, облегчению разряда ионов железа.
С изменением кислотности электролита с 1 до 2 г!л НС1 величина т§ увеличивается незначительно, но дальнейшее повышение НС1 до 3 г!л снижает т8, примерно, на Ч3 от первоначальных значений. Отсюда следует, что кислотность лучше поддерживать в границах 1—2 г!л, т. к. предположительно, при этих условиях проявляется наиЛучшая рассеивающая способность электролита.
Максимальных значений тМаксимальных значений тFeэтом уменьшается акFeэтом уменьшается акg достигает при Д0=2 о/л. При
Максимальных значений т
Максимальных значений т
Fe
этом уменьшается ак
Fe
этом уменьшается ак
на 15—20%, по сравнению с До —1 г/л,
Таблица 22'
Влияние До , температуры' электролита (t°C) и НС1 на время начала образования дендритов
(Сме=300 г/л, Дк=40 а/дм-)
Объемная- плотность тока (Д 0} ) а! л
Кислотность электролита (НО), г/л
Температура электролита, t °C
Время до начала дендритообразова-
НИЯ (тДуЛШН
40
55
1
- 60
85
75 ■
105-
90
120 -
40
70
1
2
60
85
• 75
105
90
150
40
50
3
60.
60
.75
75
.90
. 90
40
55
60
90
1
75
120
90. .
150
40
60-
60
90
2
2
75
120
90
180
40
50
60
60 ,
3-
-75-
~ 65 '
90 "
75
-
40
45*
60
' 45
1
75
75
90,
80
40
60
60
75
3
2
75
90
90
100
40
50*
60
50
3
75
60
90 '
75
(риег40), но в два раза увеличивается сила тока, подаваемая на клеммы ванны, и почти на столько же увеличивается а^, что значительно компенсирует потери от снижения а,с.
X
При До=3 aU катодный выход по току (а£е ) убывает" на 24—30%, а т g уменьшается на 5 16%, по сравнению с До=1 а!л, а также убывает а^ на 10% и т^ на 35—50%, по ■ сравнению с Д0=2 а!л. Пропускная же способность рабочего* объема электролита по току при До = 3 а!д увеличивается на. 300 и 50%, по отношению1 к До — 1 а!л и Д0=2 а!л.
Рис. 40. Влияние До на aK(t = 75° С, Дк= ? =40 а/дм2).
Из результатов эксперимента следует, что в условиях производства предпочтительнее иметъ_.До=2 а!л, как наиболее экономически выгодное значение."
Исследование влияния Сме на До показало, что характер кривых тg похож по форме на вид кривых удельной электропроводности раствора хлоридов железа и при Сме =320— 360 г/л проходит через максимум. Это подтверждает, что концентрация Сме =300—360 г/л обладает наиболее выгодной энергетикой процесса.
Процесс электроосаждения железа не является стационарным, т. к. в период всего времени электролиза меняется граница раст^цего металла и геометрия профиля поверхности катода. Высказанные соображения подтверждаются полученными результатами исследований.
Условия и режимы электролиза при осталивании влияют как на увеличение значений'показателей т^и afe , так и на их уменьшение. Эти-особенности можно объяснить с позиций диффузной теории выравнивания [7]. Визуальные наблюдения выделений водорода (Н2) при электролизе показали, что с повышением До выделение Н2 интенсифицируется и растет расход соляпоц кислоты (рис. 41). Увеличение количества
выделения Н2 при До=2 а!л, по сравнению с До—I г/л, повышает концентрацию Н2 на выступах- поверхности катода, и этим создается дополнительное сопротивление разряду ионов железа. Этим и вызывается перераспределение тока в сторону углублений поверхности катода. Ионы железа при этом легче осаждаются во впадинах, чем на выступах микрорельефа
Рис. 41. Влияние До на расход кислоты НО (t=75° С, Д =40 а(дм2). ... ‘
С дальнейшим повышением До до 3 а1л количество Н2 возрастает, а доставка разряжающихся ионов железа затрудняется (*Оке падает), что порождает условия неодинаковой скорости роста кристаллов по поверхности катода. В местах, где требуется меньшая энергия разряда ионов железа, возникают "преимущественно центры кристаллизации. Избирательный.характер кристаллизации ионов железа по поверхности катода создает предпосылки к ускорению роста дендритов (т^ снижается).
Сущность выбора рациональных режимовэлектролиза
Совокупность изложенных результатов исследований Долговечности, физико-механических свойств электролитического железа, параметров электролиза, влияющих на эти свойства, показывает, что долговечность покрытий электролитического
железа определяется режимами электролиза. Поэтому уело- а виям и режимам электролиза следует уделять большое вни- Я 'мание в повседневной практике восстановления изношенных Я поверхностей деталей. ■1Я
Нахождение исходных д а нных следует начинать Я с анализа работы восстанавливаемых, изношенных поверхно- Я стей деталей. Необходимо установить марку сопряженного подшипникового металла, с которым будет работать электролитическое железо, величину износа и отклонение геометрической формы восстанавливаемой поверхности.
На основе марки сопряженного подшипникового „материала следует установить величину микротвердости покрытий электролитического железа (табл. 7, глава 1).
- Микротвердость электролитического железа однозначно не определяет других свойств — таких, как трещиноватость, напряженность, однородность структуры. Поэтому следует со 4 всей ответственностью подойти- к определению условий элек- Я тролиза.■
Выбор условий электролиза начинают с концен-Я трации соли железа в электролите. Предпочтение во всех слу- Я чаях следует отдавать электролитам с псевдостационарными ” свойствами по концентрации соли железа, т. е. 300 г/л FeCh- •4НгО. Этот электролит быстро входит, с учетом специфики производства, в псевдостационарное состояние и не требует корректировок.
Кислотность электролита оказывает большое влияние на качество покрытий и определяет экономичность процесса. Кислотность в процессе электролиза меняется, поэтому она имеет величину допустимого интервала.
Верхний предел НС1 = 3 г/л установлен из эконо-, мических соображений [12]. Электроосаждение железа на катоде происходит с одновременным разряжением водорода. С повышением НС1>3 г/л -резко увеличивается количество разряжающего водорода и падает выход железа по току.
Нижний предел НС1=1,1 г/л выбран по качественным характеристикам структур электролитического железа. При ИСК 1,1 г/л происходит сильное защелачивание прика- тодного слоя. Гидроокись, образующаяся в прикатодном слое, включается в покрытия и этим ухудшает их структуру.
Температура электролита существенно влияет на структуру электролитического железа.
При температурах электроли’та ,до 70°С покрытия получаются сильно разрушенными и имеют следы
гидроокиси. Основным фактором, влияющим на Нм, при этом является кислотность электролита. '
.При температуре электролита свыше 70° С скачкообразно улучшаются качество структуры и физико-механические свойства электролитического железа. В этих условиях Нм покрытий в основном определяется величиной потенциала осаждения железа [10].
Рациональной температурой электролита следует считать. 1=75° С.*.'
Определенные условия электролиза (Сме , НС1, t° С) должны, по возможности, оставаться постоянными, т. е. неизменными во времени. Это обеспечивает воспроизводимость структур при восстановлении деталей.
Выбор режимов электролиза начинают с определения катодной плотности тока (Дк)- Дк есть регулируемый параметр, который определяет величину микротвердости электролитического железа. Катодная плотность тока, задается из установленного ранее значения Нм . Зная величину Нм и условия электролиза, необходимо рассчитать зна-. чения Дк по формуле (2-14).
Величину объемной плотности тока, (До) следует, по возможности, принимать равной 2 а!л.
Выбор начальной плотности тока (Дк84) следует производить в зависимости от Сме (табл. 13) и НС1’ (рис. 39).
После расчетов и определений условий, режимов электролиза следует приступить к составлению технологических процессов на восстанавливаемые, детали и к расчету коэффици-. ентов загрузки ванн или вневанных установок осталивания,; (см. гл. III).
ОСНОВЫ ГРУППОВОЙ ТЕХНОЛОГИИВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ '
ДЕТАЛЕЙ
1. Теоретическое обоснование номенклатуры'
восстанавливаемых деталей)
С целью обоснования объема работ и расчета оборудова-1 ния цеха по восстановлению изношенных поверхностей дета--} лей необходима номенклатура деталей, подлежащих восста-1 новлению по каждой марке истину машин.1
Реальная машина состоит из конечного количества дета- ; лей. Детали в любой реальной машине возможно подсчитать и выразить натуральным числом, являющимся числом ее деталей. Опишем число деталей в машине конечным множеств вом М [6], а детали, входящие в семейство номенклатур,4- Множеством Д. -'-j
Следовательно, имеем два множества:1
д1(хт,х2,...,х^I
и'’
м^Ух,у^:.:,у№\(з-1)
Где: Хь Х2, ..., Хпи Уь У2, —ГУ А— элементы множеств. ■ Множество
Д = U Дь '(3-2)
где: .. '(
U — знак объединения;
i — число номенклатур, по которым необходимо разбить элементы (детали) множества М.
Множество считается заданным, если для определенного элемента можно судить, входит ли он в него. Множество задается одним или несколькими отношениями. Задать отношение— значит установить образ или эталон и показать, между какими элементами множества он выполняется.
Примем, что X является эталоном для У, а А — количество пар, для которых принятое соотношение выполняется. В этом случае:
для любого У существует эталон X, т. е.
* (ХАУ);(3-3)
для ХАУ возможно ХАХ, т. е. любой эталон является эталоном для самого себя;(3-4)
для ХАУ возможно zAY, т. е. X=z — эталон'единст- вен..(3-5)
, Отношением будем называть упорядоченную пару:
<_А, М>, где ,(3-6)
А СМХД *' (3-7)
G — знаквключения;1
МХД — область задания отношения А;
М — множество, на котором определено отношение.
Между элементами базисных множеств М и Д имеется некоторая совокупность упорядоченных пар, т. к. первая и вторая компоненты соответственно принадлежат множеству М и множеству Д. Указанная связь между множествами называется бинарным отношением.
Используя элементы абстрактной алгебры [5], возмож-' но номенклатуру восстанавливаемых деталей описать математической моделью:'
w=<ML_Vi Аг,..„ Ат>,(3-8)
где:
Mi-i —некоторое множество;
Аь...,Ат—отношение на М
При постановке реальной машины в ремонт из множества М ее деталей часть бывает годна для дальнейшей эксплуатации (класс подмножеств Afj), часть подлежит замене новыми (класс подмножеств М2), а часть деталей представляется возможным восстановить (классы подмножеств М^. Итак, конечное множество представляет систему непустых подмножеств:
4 Заказ 1164981.
{^^..„.Мм), ^J(3-9)
или M=MXU M2U...U Mt-iUMi,(3-10)
где i — способы и методы восстановления деталей.
Для разбиения множества М на классы подмножеств |Mb Mg...} соответственно ОД( , необходимо и достаточно иметь отношения эквивалентности [14].
Отношение А на множестве М называется эквивалентностью, если оно рефлексивно, симметрично и транзитивно [14]. Аксимэтическое определение каждого класса подмножества влечет за собой определение установившегося транзитивного замыкания (Л) отношения А.
Соотношение ХАУ выполнено, если из:
M:zq=Ai, Zi? ..., гп=У, а между членами выполняются
отношения:1
z0Azx,zxAz2,...,ztn-nAzn,(3-11)1
при (п — 1):z0*=X и гт=У,(3-12)1
из (3—9) имеем; АСА;(3-13)1
при и=2 имеем XAz и гЛУ или ХААУ, (3-14) при п=п имеем ХАпУ.(3-15)
Из (3-15) следует, что транзитивное замыкание отношения А — объединение всех его степеней, т. е.
A = AUA2l/...[M".A = AUA2l/...[M".(3-16)(3-16)
A = AUA2l/...[M".
A = AUA2l/...[M".
(3-16)
(3-16)
Бинарные отношения на конечном множестве задаются способом построения матриц.
Из ранее изложенного, следует, что множество /И состоит из n-го количества элементов (1, 2, ..., п), а А — отношение на нем. Матрица будет состоять из i-строк и /-столбцов. Пересечение i-й строки и j-го столбца дает единицу, если выполняется соотношение X, AXj и 0 в других случаях.
J . 1, если выполняется Х,АУ^,„ .„,
®>7 = (. 0, если не выполняется Х.А У},''
где ai} -^обозначение матрицы.j
Матрица а^а 1 — задается полное отношение МХД, матрица а у =0 — задается пустое отношение.
При i=/, ац=\.»
1фЬ ач=^.'(3-18)
Матрице соответствует диагональное отношение Е (Е — символ, выполняющий значение 1) или отношение равенства;
ХЕУ, т. е.
100000
0--.00
11 М=
00--10
00--01
(3-19)
В матричной форме (3-19) симметричное отношение выражают элементы, которые симметричны относительно главной диагонали и равны между собой, т. е. от перемены мест элементов значение матрицы не меняется:
. ац=ак.(3-20)
Симметричность отношения А следует понимать как
А = А~\' (3-21)
или если выполнено соотношение ХАУ, то- выполняется и соотношение У АХ. Если X эталон У, то и У эталон X. При^А (3-21а) отношение рефлексивно. Рефлексивность отношения выполняется между объектом и им самим: ХАХ. Рефлексивное отношение представляется матрицей (3-19), у которой главная диагональ состоит из единиц [5]. Рефлексивность отношений следует рассматривать как наличие общего эталона с подмножеством М;-1 множества М.
Следовательно, каждый класс (3-9) эквивалентности ЛВ-i состоит из всех элементов, имеющих общий эталон Xt-i.
Из (3-4) имеем X i_\AX;-i,
откуда:
Xi^EMi-i,(3-22)
где £ — знак принадлежности.
Отношение А всегда можно задать разбиением множества на классы подмножеств в соответствии с эталоном каждого Класса.
Разбиение множества М на семейства номенклатур— есть совокупность Д подмножеств, удовлетворяющих трем условиям:'
каждое подмножество из Д не пустое:
(лу)(^ед^=0)-, (3'23)й
гдев
Д— конъюнкция (элемент математической логики, кото- _рый показывает, что из 2-х высказываний А, В имеется но- 'вое высказывание, которое считается истинным, если А и В— истинны, и ложным, если одно из них ложно);
-> — импликация (элемент математической логики, который показывает, что из 2-х высказываний А, В имеется А и В новое высказывание, считаемое ложным, если А истинно и В ложно, при всех других логических значениях — истинным.
• А — посылка, а В — следствие импликации);
объединение совокупности Д=Д\1), ДДД ... совпадает с множество^:
М:шД=М;(3-24)
различные подмножества из_ Д не пересекаются: (ДУн^К^Е D^У^ ОД УТД У1)->У177У2=0]. (3-25) Рассмотрим удовлетворение трем условиям (3-23) — (3-25), когда Д — эквивалентность, определенная на множестве М. Совокупность всех срезов А через элементы множества М будет фактор-множество М/А. Каждый срез А через элемент множества ЛГ:
Д<У>=(СУ)[(^,У^^](3-26)
будем называть классом, а его элементы (детали) —представителями данного класса..
■Ввиду рефлексивности А каждый элемент:
У^ТИ.. (3-27)
и эквиваленте^ себе (3-3) —(3-5), а также принадлежит срезу А через этот же элемент:
У^А<Уг>.(3-28)
Из (3-28) получаем, что каждый класс А не пуст и каж-’ дый элемент множества М принадлежит некоторому классу А. Предположим, что существует элемент Уо множества М, принадлежащий двум-разным классам А, классам:
и
А<У2>.(3-30)
Тогда будут справедливы соотношения:
У!=У0У2=У0(3-31)
и будетсуществовать элемент У3 множестваМ,принадлежащийодномуизэтих классов и не принадлежащийдругому.
Например:
У3(Л<У1>.(3-32)
и
Уз£Л<У2>.(3-33)
Из (3-29, 3-30) имеем:
Уг=У3 и У2^У3.(3-34)*
Воспользуемся симметричностью и транзитивностью А и получим из (3-31, 3-34)
^2=^3,"(3-35)
что противоречит (3-34). Противоречие (3-34) доказывает, что ни один элемент множества М не принадлежит двум разным классам А.
Вывод. Каждый класс эквивалентности определяется любым одним его представителем.
Пусть ф— отображение множества Д в множество М. Ядром ф будем называть совокупность всех упорядоченных пар (Л? ), образованных из элементов множества Д, эталоны которых при отображении ф совпадают:
Av=dK С (Х,Х/))(<Р(х)=^х0.(3-36)
Из (3-36) следует, что ядро Av есть бинарное отношение между элементами множества М, удовлетворяющее условиям рефлексивности, симметричности, транзитивности (3-16) (3-20), (3-21 а).’
Рассмотрим отображение ф множества М на данное разбиение Д такое, что эталоном каждого элемента множества М является класс разбиения Д, содержащий этот элемент
?т=Мг^М^Д дхдмд(3-37)
где --> — эквивалентность.
Покажем, что фактор-множество М1А^ совпадает с разбиением Д. Если У о — элемент множества М, тогда класс М» разбиения Д содержит Уо. Учитывая срез бинарного отношения (3-26) и эквивалентность (3-27), имеем:
Л<р< У0> — ( С У)[?(у)— У(уо)] —
= (СУИ<Р(у)=Мо];=Мо.(3-38)
Из (3-38) следует, что каждый класс эквивалентности А является классом данного разбиения Д. Если Mi один из классов разбиения Д, то существует элемент У1 множества М, принадлежащий ЛГь В итоге имеем:Из (3-38) следует, что каждый класс эквивалентности А является классом данного разбиения Д. Если Mi один из классов разбиения Д, то существует элемент У1 множества М, принадлежащий ЛГь В итоге имеем:Общий вывод. ДляОбщий вывод. ДляМ1 = А^<УХ>.М1 = А^<УХ>.(3-39)(3-39)определения деталейопределения деталеймашин, входящихмашин, входящихв семейство каких-либо номенклатур, необходимо и достав семейство каких-либо номенклатур, необходимо и достаточно:* а) выявить или установить критерии, определяющие этаточно:* а) выявить или установить критерии, определяющие эталон каждого класса номенклатуры;б) найти отношение эталона на множестве, описывающемлон каждого класса номенклатуры;б) найти отношение эталона на множестве, описывающемреальную машину, и установить на данному классу разбиения.реальную машину, и установить на данному классу разбиения.эквивалентностьэквивалентностьэтогоэтогоэтало-этало-
Из (3-38) следует, что каждый класс эквивалентности А является классом данного разбиения Д. Если Mi один из классов разбиения Д, то существует элемент У1 множества М, принадлежащий ЛГь В итоге имеем:
Из (3-38) следует, что каждый класс эквивалентности А является классом данного разбиения Д. Если Mi один из классов разбиения Д, то существует элемент У1 множества М, принадлежащий ЛГь В итоге имеем:
Общий вывод. Для
Общий вывод. Для
М1 = А^<УХ>.
М1 = А^<УХ>.
(3-39)
(3-39)
определения деталей
определения деталей
машин, входящих
машин, входящих
в семейство каких-либо номенклатур, необходимо и доста
в семейство каких-либо номенклатур, необходимо и доста
точно:
* а) выявить или установить критерии, определяющие эта
точно:
* а) выявить или установить критерии, определяющие эта
лон каждого класса номенклатуры;
б) найти отношение эталона на множестве, описывающем
лон каждого класса номенклатуры;
б) найти отношение эталона на множестве, описывающем
реальную машину, и установить на данному классу разбиения.
реальную машину, и установить на данному классу разбиения.
эквивалентность
эквивалентность
этого
этого
этало-
этало-
Определение номенклатуры восстанавливаемых деталей
ОсталиваниемОсталиваниемв настоящее времяв настоящее времявосстанавливаютвосстанавливаюттолькотолькоте поверхности у деталей, которые обладают рядом свойств. Эти свойства можно описать следующими критериями:1) Критерий геометрической формы (XJ, который показывает, что осталиванием восстанавливаются только охватыте поверхности у деталей, которые обладают рядом свойств. Эти свойства можно описать следующими критериями:1) Критерий геометрической формы (XJ, который показывает, что осталиванием восстанавливаются только охваты
Осталиванием
Осталиванием
в настоящее время
в настоящее время
восстанавливают
восстанавливают
только
только
те поверхности у деталей, которые обладают рядом свойств. Эти свойства можно описать следующими критериями:
1) Критерий геометрической формы (XJ, который показывает, что осталиванием восстанавливаются только охваты
те поверхности у деталей, которые обладают рядом свойств. Эти свойства можно описать следующими критериями:
1) Критерий геометрической формы (XJ, который показывает, что осталиванием восстанавливаются только охваты
вающие и охватываемые цилиндрические поверхности и другие поверхности несложных форм;
Критерий габаритов (Хг), который показывает, что пояски шириной до 5 мм и отверстия диаметром до 20 мм восстанавливать осталиванием нецелесообразно; .
которыйкоторыйпоказывает,показывает,чточтоКритерий дефектности (Х3),
который
который
показывает,
показывает,
что
что
детали с трещинами, изломами, забоинами и другими нару
шениями целостноети непосредственно не восстанавливаются;
. 4) Критерий остаточной долговечности (Х4), который показывает, что восстанавливаемая деталь, за исключением изношенной поверхности, имеет достаточную гарантийную прочность, т. к. при осталивании прочность к исходной не возвра
щается.
Для определения номенклатуры деталей, поверхности которых восстанавливаются осталиванием, введем следующие обозначения:
М множество, описывающее детали автомобиля,
^1-2— подмножество множества М, описывающее номенклатуру восстанавливаемых деталей.
На основе критериев составим эталон в матричной форме:
Ххх,х4100 01010 0200.1 03000 14Ххх,х4100 01010 0200.1 03000 14ii(3-40)(3-40)
Хх
х,
х4
1
0
0 0
1
0
1
0 0
2
0
0.
1 0
3
0
0
0 1
4
Хх
х,
х4
1
0
0 0
1
0
1
0 0
2
0
0.
1 0
3
0
0
0 1
4
i
i
(3-40)
(3-40)
В точках пересечения i и / имеем значения 1. Где: ^критерии, которые характеризуют поверхности деталей, восстанавливаемых осталиванием;
/ — номера критериев по порядку.
Из анализа (3—40) следует, что i=/=l, 2, 3, 4, замена atj на Ujt значение матрицы не меняется (А=Д—1).
Решая матрицу (3—40), имеем:
»U — 1, т. е. выполняется условие (3—17).
Матрице соответствует диагональное отношение Е или отношение равенства XEY. На основании- (3—16), (3—20), (3— 21-а) имеем отношение эквивалентности, т.-е. отношение Л транзитивно, симметрично, рефлексивно.
Разбиение множества М на основании найденного эталона
удовлетворяет трем условиям (3—23), (3—24), (3—25): 1) номенклатура деталей представляет не пустое подмно-- жество Mf_2 множества М; 2) детали номенклатуры и реальной машины полностью совпадают между собой; 3) детали данного класса номенклатуры не совпадают с деталями других классов номенклатур. Например, номенклатура восстанавливаемых деталей не совпадает с номенклатурой деталей, годных без ремонта, и т. д.
В итоге имеем, что если М класс данного разбиения, то существуют элементы (детали) множества М, принадлежащие этому классу (если критерий есть истина).
Ориентировочно критериями, характеризующими детали класса подмножества Мх множества М, будут:
критерий размеров (Х\), который показывает со ответствие размеров сопряженных поверхностей допускным; ' "2) критерий качества поверхности (Х2), кото рый показывает соответствие класса чистоты поверхности за
показываетпоказываетданному чертежом;
показывает
показывает
прочностьпрочностькритерий надежности (Х3), который отсутствие на деталях дефектов, снижающих их
прочность
прочность
долговечность.
Матрица в этом случае имеет вид:
Xi Х2 Х$
1 О оО 1 оО 0 11 О оО 1 оО 0 11 2 31 2 3*/t=/=l,x2, 3.*/t=/=l,x2, 3.(3—41(3—41
1 О о
О 1 о
О 0 1
1 О о
О 1 о
О 0 1
1 2 3
1 2 3
*
/t=/=l,x2, 3.
*
/t=/=l,x2, 3.
(3—41
(3—41
выше.выше.Решая (3—41), имеем: at; = 1.
выше.
выше.
Эквивалентность отношения (Ai) доказана
Для деталей класса подмножества М2 множества М кри терии, характеризующие эталон данного класса разбиения будут противоположны критериям класса разбиения М\ I класса разбиения Мг-цгде: Mi— класс деталей (номенклату
ра), годных без ремонта;
М2— класс даталей (номенклатура), подлежащих замене новыми.
Из приведенных примеров следует вывод о порядке вы движения и исключения критериев.
Для полного описания эталона класса разбиения долж но быть достаточно критериев.
Каждый критерий — истинен "И принадлежит тольке данному классу.
Критерии каждого класса обязаны исключать Дру1 друга, соответствовать равенству (3—25).
По разработанному эталону (3—40) была определена но менклатура деталей, поверхности которых восстанавливаются осталиванием, по основным маркам базовых автомобилей Результаты сведены в приложении 1 [17].
Коэффициенты восстановления деталей, входящих в но менклатуру (приложение 1), были позаимствованы с авто ремонтных заводов г. Москвы и Московской области. Коэф фициенты выборочно проверялись на соответствие в условиях производства.
Многие детали, указанные в номенклатуре, кроме поверх ностей, восстанавливаемых осталиванием, дополнительно име
ют сложные поверхности типа шлицев, резьб, кулачков, шпоночных пазов и др. С целью 'восстановления всех дефектов, имеющихся на изношенных поверхностях, следует вводить сопутствующие методы восстановления. Одним из перспективных методов следует считать вибродуговую наплавку.
Для нахождения удельных площадей покрытий по базовым маркам автомобилей были проведены два этапа работ. Первоначально были рассчитаны единичные площади покрытий деталей, а затем через коэффициенты восстановления с последующим суммированием определены удельные площади. Результаты расчетов сведены в таблицу 23.
Таблица 23
Приведенные удельные площади покрытий
Модели автомобилей
Сухой вес, кг
Восстанавливаемая площадь покрытий, дм*
двигатель
автомобиль
на двигатель
| на автомобиль
ЗИЛ-164*
380
4100
5,25
14,95
ЗИЛ-130
412
4300 • -
6,16
15,10
ГАЗ-51
235
2710
4,78
10,44
МАЗ-200 н МАЗ-205
800
6300
6,76
20,16
ГАЗ-69 н УАЗ-450'
153
1535
3,03
8,98
«Москвнч-403»
119
980
4,72
8,03
«Волга»-ГАЗ-21
146
1450
3,10
5,11
В пределах базовых моделей автомобилей существует прямопропорциональная зависимость между весом автомобилей и величиной площади покрытий. Пользуясь этой зависимостью и зная сухой вес автомобиля, можно найти площади покрытий.
Данные приложения 1 применимы только для укрупненных предварительных расчетов, т. к. в зависимости от климатических условий и условий эксплуатации автомобилей дефекты идентичных деталей неодинаковы.
Особенности износа восстанавливаемых поверхностей
Определение величин износов у деталей, имеющих восстанавливаемые осталиванием поверхности, проводилось в , районе центрально-черноземной зоны, а также на авторемонтных. заводах Москвы и Московской области. Количество Интервалов выбиралось [20] по формуле:
где:vJ
n—величина объема выборки (принималась 25);|
К= 5-^25 — количество интервалов.|
Расчет найденных величин производился_мультипликатив- | ным способом. Среднее арифметическое (X) ряда измере- | ний определялось
Х=— ^ктит)(3-43)
где:
hm —абсолютная частота i-ro интервала;
Um — середина соответствующего интервала;
К — число интервалов;.
п — число измерений.-|
Для облегчения вычислений числовых характеристиквво-Я
дилась величина Ха «ложный нуль», тогда:■
Х = ГаА-Хп. ,(3-44)1
гдё:В
Кп — поправка, которая определялась:■
x = ^-^hmum=—^h,AUm-xa^x^=I
=-2ММ«)+-2'аЛ-(3—45Д
fl т \.ft т=\Я
Xa = const и не зависит от т, тогда:
— 2 VG = Ха— 2 hm = Ха, т. к. п = 2 hm 1
И т—\Пт=\Я
1 к —Ч
Х= Ха +—2 hmkUm-XaY(3-46).
п
Из (3—46) имеем:
Kn=—^hm(.Um-XQy- '(3-47)1
И т=\В
С учетом длины интервала (а) выражение (3—47) примет вид:
После подстановки имеем "
Х=Ха 2U . (3—49)п V d / ।
Из анализа литературных источников и исследований известно, что сопряжения деталей в машине при эксплуатации подвергаются различного рода нагрузкам и деформациям. Под влиянием трения и сопутствующих с ним явлений в сопряженных поверхностях деталей постепенно исчерпываются прочностные свойства и наступает период интенсивного (аварийного) изнашивания.
Износ поверхностей деталей, восстанавливаемых осталива- нием, проявляется в изменении а) качества их поверхности, б) геометрических размеров и форм, в) в смещении координатных осей. Восстанавливаемые поверхности деталей работают: 1) в подшипниковых сопряжениях трения скольжения (с возвратно-поступательным и вращательным движениями), 2) в неподвижных сопряжениях подшипников качения, 3) в неподвижных, но периодически смещающихся сопряжениях (периодическое проворачивание кольца подшипника качения при пуске).
Исследования показали, что поверхности одних деталей в основном работают в сопряжениях подшипников скольжения с возвратно-поступательным движением и в неподвижных сопряжениях подшипников качения. Детали воспринимают относительно невысокие нагрузки. Износы поверхностей у деталей равномерные и не выходят за пределы 0,1 мм.
Поверхности других деталей работают в условиях средних нагрузок. Износы, как правило, асимметричные и находятся в пределах 0,2 мм.
Поверхности деталей третьей группы имеют сложную конфигурацию и работают в тяжелых условиях при 'высоких нагрузках. Износы поверхностей асимметричны и лежат в пределах 0,3 мм.
Поверхности деталей четвертой группы, чаще всего, являются местами под подшипники и работают в условиях переходных и подвижных посадок. Из-за больших габаритных размеров в деталях остаются в достаточном количестве внутренние напряжения, которые перераспределяются в процессе
эксплуатации и искажают исходную форму деталей. По указанной причине в деталях наблюдается смещение координатных ос^й и асимметричные износы, которые лежат в пределах 0,2 мм.
Результаты первичных исследований сведены в обобщающую вторичную таблицу частот (табл. 24).
Таблица 24
Величины износов восстанавливаемых поверхностей
Границы интервалов, мм
Относительная частота, %"
Абсолютная накопления частота. %
До 0,10
52,1
52,1
0,10—0,20
25,5
77,6
0,20—0,30
8,7
86,3
0,30—0,40
6,9
93,2
Свыше 0,40
- 6,8
100,0
Из анализа табл. 24 видно, что 86,3% всех восстанавливаемых поверхностей деталей имеют износы, в пределах до- 0,3 мм и лишь 13,7°/о имеют более высокие износы.
* 4. Обоснование групп восстанавливаемых деталей
Перспективным методом восстановления деталей является групповая технология, которая позволяет сократить сроки технологической подготовки производства, свести к минимуму затраты труда, материалов и средств.
Актуальным вопросом в данном случае является обосно-? ванное выявление групп деталей, что позволяет:..<
сократить количество типов восстанавливаемых дета-; лей;"
повысить технологичность конструкций подвесных при--;
способлений;}
создать условия по унификации технологического оборудования и оснастки;
создать единство нормативных показателей;
значительно упростить разработку технологических процессов;,
создать предпосылки для увеличения серийности вое-: станавливаемых деталей; ~
решить вопросы выбора оптимального варианта производственной структуры участка, цеха;
обеспечить возможность автоматизации производства.. При изучении номенклатуры деталей автомобилей, тракторов и анализе производственной деятельности цехов, занимающихся восстановлением деталей осталиванием, были обнаружены существенные различия в технологическом процессе восстановления в механической обработке, в базировании и дефектовке отдельных групп деталей.
Применяемые варианты типового технологическогопроцесса осталивания
- Первый вариант состоит из операций:
Слесарная. Зачистка заусениц на деталях и монтаж Защитных колпачков на резьбовые поверхности.
Обезжиривание. Детали обезжириваются в колокольной ванне с 5—10%-ным раствором серной кислоты и кварцевым песком (т=20 мин). Допускается проведение операции в смеси серной (2 части) и соляной (1 часть) кислот.
Моечная. Промывка деталей в холодной воде.
Монтажная. 1-й переход — изоляция мест, .не подлежащих осталиванию. 2-й переход — монтаж деталей в подвески.
, 5. Обезжиривание. 1-й переход — обезжиривание поверхностей деталей венской известью или карбидным илом. 2-й переход — промывка деталей с подвесками в холодной воде.
Анодная подготовка. Травление деталей по одной подвеске на аноде в 30%-ном растворе серной кислоты.
Моечная. 1-й переход — промывка подвески с деталями в холодной воде. 2-й переход — промывка подвески с деталями в горячей воде (55—75°С).
Осталивание. 1-й переход — выдержать подвеску с деталями в ванне без тока (10—15 секу 2-й переход — разогнать ванну до рабочей плотности тока (3—5 мин ). 3-й переход — рабочий режим.
Моечная. Промывка деталей с подвесками в холодной воде.
Слесарная. 1-й переход — демонтаж деталей с подвесок. 2-й переход—снятие защитной изоляции с поверхностей деталей.
Сушильная. Сушка деталей в сушильном шкафу (Z=120°C, т=10 мин.), допускается осушение деталей сухими опилками, или обдувка сжатым воздухом.
Второй вариант состоит из таких операции:
Моечная. Промывка деталей в моечной ванне.
Предварительная обработка. 1-й переход — правка центровых отверстий. 2-й переход— механическая обработка восстанавливаемых поверхностей «на верность» с целью получения исходной геометрии.,.
Слесарная. Зачистка заусенцев и восстанавливаемых по верхностей у деталей.
Монтажная. 1-й переход—-изоляция мест, не подлежащих осталиванию. 2-й п е р е х о д — монтаж деталей в подвески.
Обезжиривание. 1-й переход — обезжиривание поверхностей деталей венской известью или карбидным илом. 2-й переход —• промывка деталей с подвесками в холод-<:
* ной воде.
Анодная подготовка. Травление деталей по одной подвеске на аноде в 30%-ном растворе серной кислоты.
Моечная. 1-й переход — промывка деталей по одног подвеске в холодной воде. 2-й переход—промывка деталей по одной подвеске в горячей воде.
Осталивание. 1-й переход — выдержать подвеску <
, деталями в ванне без тока (10—15- сек). 2-й переход— разогнать ванну до рабочей плотности тока (3—5 мин) 3-й переход — рабочий режим.
Моечная. Промывка деталей с подвесками в холодно! воде.
Слесарная. 1-й переход — демонтаж деталей с под весок. 2-й переход — снятие защитной изоляции с поверх ностей деталей.
*11. Сушильная. Сушка деталей в сушильном шкаф;
(!=120°С, т= 10 мин ), допускается осушение деталей сухим! опилками.
Третий вариант состоит из операций:-
Моечная. 1-й переход — промывка деталей в мо ечной машине. 2-й переход — выпаривание и очистка сма зочных каналов и глубоких сверлений.
Дефектоскопия. Частичная или полная электромагнит ная дефектоскопия деталей.
Предварительная обработка. Механическая обработк: восстанавливаемых поверхностей «на верность» с целью по лучения исходной геометрии.> .
Слесарная. Зачистка заусенцев и восстанавливаемы’ поверхностей у деталей.j
Монтажная. 1-й переход — изоляция мест, не подлежащих осталиванию, глушение смазочных каналов. 2-й п е- р е х о д — монтаж токонесущих крючков.
Обезжиривание. 1-й переход — обезжиривание поверхностей деталей венской известью или карбидным илом. 2-й переход — промывка деталей в холодной воде.
Травление. Травление по одной детали или одной подвески с деталями в ванне осталивания. (Да —60—80 а!дмг,- £=75°С, т=2 мину
Моечная. Промывка деталей в холодной воде.
Анодная подготовка. Травление деталей на аноде в 30%-ном растворе серной кислоты.
Моечная. 1-й переход — промывка деталей в холод-, ной воде. 2-й переход — промывка деталей в горячей воде;
Осталивание. 1-й переход — выдержать деталь или подвеску с деталями в ванне без тока (10—15 секу 2-й переход— разогнать ванну до рабочей плотности тока (3— 5 мин ). 3-й переход — рабочий режим.
Моечная. Промывка деталей в холодной воде.
Слесарная. 1-й переход — демонтаж деталей от. тонконесущих крючков. 2-й переход — снятие защитной изоляции с поверхностей деталей.
Сушильная. Сушка деталей в сушильном шкафу (f=120°C, т=10 мин ), допускается осушение деталей сухими опилками.
Четвертый вариант состоит из операций:
Моечная. Промывка деталей в моечной машине.
Контрольная. Проверяется положение осей у восстанавливаемых поверхностей относительно привалочных плоскостей.
Предварительная обработка. Частичная или полная обработка восстанавливаемых поверхностей с целью исправления положения осей.
*4. Слесарная. Зачистка заусенцев и восстанавливаемых поверхностей у деталей и глушение масляных каналов.
Обезжиривание. 1-й переход — обезжиривание поверхностей венской известью или карбидным илом. 2-й переход — промывка холодной водой.
Монтажная. Монтаж деталей на установку для вневан- ного осталивания.
Анодная подготовка. Травление поверхностей анодным током в 30%-ном растворе серной кислоты.,
Моечная. Промывка поверхностей пропусканием 20 л холодной воды через каждую ячейку.
Осталивание. 1-й переход — выдержать восстанавливаемые поверхности без тока (электролит через ячейки в это время проходит) т=5 сек. 2-й переход — довести! плотность тока, поступающего на каждую ячейку, до рабочей] (т=5 мин ). 3-й переход — рабочий режим.
Моечная. Промывка поверхностей пропусканием 20 л холодной воды через каждую ячейку.
Слесарная. 1-й переход — демонтаж деталей с вне- ванной установки. 2-й переход — обдувка деталей сухим воздухом.|
Применяемые технологические базыI
В качестве базы используется сама обрабатываемая по-1 верхность.-|
Базирование в центровых отверстиях.I
Базирование в трех-четырехкулачковом патроне с до-1 полнительной базирующей поверхностью — центровым отвер! стием (т. е. поджим задним центром).I
Базирование по привалочной плоскости и двум.отвер! стиям, используются отверстия под штифты (см. рис. на стр. 97).-■1
Применяемые методы механической обработки поверхностен
Бесцентровое шлифование с продольной или радиальной подачами.I
Круглое шлифование.I
Тонкое точение или круглое Шлифование.I
Растачивание или внутреннее шлифование. -I
Состояние восстанавливаемых поверхностейI
Равномерные относительно невысокие величины износом Простая конфигурация деталей с малыми поверхностями изо] ляции.I
Неравномерные износы с нарушением исходной геомет] рии. Конфигурация деталей средней сложности. Поверхности под изоляцию составляет 20—40% поверхности деталей. I
Схемы ФазированияКласс точностиКласс чистоты поЬерх- ностиRz, мкм._За32а21Беси бане иле4ент je с / у ра пороЬо< троЭс Зиа/ Эача? шли льнос 1бной хмиузо-V7-T06.3-0.80У1ХосиКруг лифелое эбан•иеV7-96,3-1.6Схемы ФазированияКласс точностиКласс чистоты поЬерх- ностиRz, мкм._За32а21Беси бане иле4ент je с / у ра пороЬо< троЭс Зиа/ Эача? шли льнос 1бной хмиузо-V7-T06.3-0.80У1ХосиКруг лифелое эбан•иеV7-96,3-1.6Тонкое точение
Схемы Фазирования
Класс точности
Класс чистоты поЬерх- ности
Rz, мкм._
За
3
2а
2
1
Беси бане иле
4ент je с / у ра по
роЬо< троЭс Зиа/ Эача
? шли льнос 1бной хми
узо-
V7-T0
6.3-0.80
У1
Хо
си
Круг лифе
лое эбан
•ие
V7-9
6,3-1.6
Схемы Фазирования
Класс точности
Класс чистоты поЬерх- ности
Rz, мкм._
За
3
2а
2
1
Беси бане иле
4ент je с / у ра по
роЬо< троЭс Зиа/ Эача
? шли льнос 1бной хми
узо-
V7-T0
6.3-0.80
У1
Хо
си
Круг лифе
лое эбан
•ие
V7-9
6,3-1.6
круглоесила до овамие
Ра ста чибакиевнутреннееиглифобание
va-w 3.2-0,заva-w 3.2-0,за63-1,663-1,6Скрытые трещины усталостного характера, неравномерные износы. Сложные поверхности изоляции, которые составляют в некоторых случаях до 70% поверхности деталей.
va-w 3.2-0,за
va-w 3.2-0,за
63-1,6
63-1,6
Отклонение координатных осей у восстанавливаемых поверхностей, неравномерные износы. Поверхности, не подлежащие восстановлению, не изолируются.
Анализируя приведенные технологические особенности, используемые при восстановлении поверхностей деталей, представляется возможным, на основе принципа тяготения и подчиненности, их совокупить.
Дополнительно при разработке эталонов, определяющих каждую группу деталей, использовался метод приближений, разработанный проф. С. П. Митрофановым [13].
Первая группа признаков: первый вариант технологического процесса восстановления; в качестве базы при механической обработке используется сама обрабатываемая? поверхность;
механическая обработка поверхностей бесцентровым шлифованием с продольной или радиальной подачами; состояние- восстанавливаемых поверхностей — равномерные относитель- нб невысокие износы, конфигурация деталей простая с малы- . ми поверхностями изоляции.
Вторая группа признаков: второй вариант технологического процесса восстановления; базирование в центровых отверстиях; механическая обработка поверхностей ' круглым шлифованием; состояние восстанавливаемых поверхностей — неравномерные износы с нарушением исходной гео- ■ метрии, конфигурация деталей средней сложности, поверхнос- : ти под изоляцию составляют 20—40% поверхности деталей.
Третья группа признаков: третий вариант технологического процесса восстановления; базирование в трехчетырехкулачковом патроне с дополнительной базирующей , поверхностью; механическая обработка поверхностей, тонкое точение или круглое шлифование; состояние восстанавливаемых поверхностей — скрытые трещины усталостного характера, неравномерные износы; сложные поверхности изоляции» которые в некоторых случаях до 70% поверхности деталей.
Четвертая группа признаков: четвертый вариант технологического процесса восстановления; базирование по привалочной плоскости и двум отверстиям (под штифты); механическая обработка поверхностей — растачивание или внутреннее шлифование; состояние восстанавливаемых поверхностей — отклонение координатных осей, неравномерные износы. Поверхности, не подлежащие восстановлению, не изолируются.
На основе полученных обобщений представляется целесообразным номенклатуру деталей, описанную подмножеством Mj_2множества М, разбить на четыре группы. Для разбиения подмножества М ^необходимо задать четыре отношения-эталона Аь А2, Аз, А4. Составим четыре матрицы:
AiA2a3a4
А^зАзА^
IIM1-
10 0 0 0 10 0
0 0 10
0 0 0 .1
= 1; (3-50)||М2 =
10 0 0
0 10 0
0 0 10
0 0 0 1
= 1 (3—51
ХЛ2ХзХ4
Х,Х2Х3Х4
8// [1g —
10 0 0
0 10 0
0 0 10
0 0 0 1
= 1 (3—52); ||Ы4 =
10 0 0
0 10 0
0 0 10
0 0 0 1
= 1 (3—53).
Здесь
II St/||1,2,з,4 — матрицы, составленные на основании групповых признаков;
Хь х2, х3, х4 —номера признаков каждой группы. ■
Матрицы (3—50) — (3—53) имеют однозначное решение:
(8v)i = l; (М2 = 1; (<)3=1; (8,7)4 = 1,(3-54)
т. е. выполняется условие (3—17).х
Во всех случаях (3—42), (3—43), (3—44), (3—45) i=j= = 1, 2, 3, 4, а замена ац = ац(3—55)
значения матриц не меняет, т. е.< **
A.U A2UAJJA4 = (AYpU(A2)-^A3y'U^^(3-56)
Матрицам соответствуют диагональные отношения Е.
На основании (3—16), (3—20), (3—21а) имеем во всех четырех случаях отношения эквивалентности (рефлексивность, транзитивность, симметричность). Следовательно, подмножество Mi-г разбивается, согласно разработанным эталонам на ряд групп:
.. Mi_2 = (Mi_2)A-[7(Mi_2)A^(M1._2)A=U(Mi_2)A‘. (3-57)
По выдвинутым признакам и составленным эталонам имеем четыре группы деталей, поверхности, которых восстанавливаются осталиванием.
Детали, вошедшие в первую группу (АН-г)41’ Толкатель клапана, вал водяного насоса, толкатель коромысел, впускные и выпускные клапаны, клапан масляного насоса, вал сошки руля, ось ведомой шестерни масляного насоса, ось блока шестерен заднего хода, шкворень, вал насоса гидроусилителя руля, вал привода распределителя зажигания, шаровой палец, ось педали сцепления, ось колодок тормозов, ■ ось ролика рулевого управления, палец поршня, ось коромысел, промежуточный вал. привода насоса, подъемного механизма.,'
Детали, вош едшие во вторую гр у п пу (М^г )Аа, Труба полуоси заднего моста, промежуточный вал коробки передач, ведомый вал коробки передач, ведущий вал коробки передач, ведущая коническая шестерня, разжимной кулак тормозов, балансирный вал, шток поршня подъемного ме-. ханизма, распределительный вал.ч
Детали, вошедшие в третью группу (Л1. .;;)л-.. • Поворотная цапфа, коленчатый вал двигателя, чашка короб-^ ки дифференциала, рычаг поворотной цапфы, крестовина диф- . ференциала, карданный шарнир, ведущая шестерня заднего моста, вал рулевого сектора, коленчатый вал компрессора, 'Поршень.
Детали, вошедшие в четвертую группу (Mi-^y* Картер коробки передач, картер редуктора заднего моста, блок цилиндров, гильза цилиндра, корпус шестеренча- toro насоса, ротор воздушного нагнетателя, шатун.
При наличии на производстве ЭВМ определение принадлежности восстанавливаемых деталей к той или иной группе значительно упрощается. По эталонам (М_2)Л1,(М,_2)Ла,
(М;_2)Лз, (М,_2)л«, пользуясь методикой проф. С. П. Митрофанова [13], следует составить программу на ЭВМ и произвести расчеты. В этом случае отсутствует субъективный фактор и не требуется высокая специализация технологов, занимающихся подготовкой производства по восстановлению деталей.
Сочетание способов восстановления деталейпри групповой технологии
Общеизвестен факт, что деталь любой машины имеет разные по форме и назначению рабочие поверхности. Покажем это на примере валов трансмиссии, которые имеют наружную цилиндрическую поверхность (шейки под подшипники качения), наружную шлицевую поверхность, наружную резьбовую поверхность (концы для крепежа), шпоночные канавки и т. д.
В силу разных назначений поверхностей деталей и различных условий работы их в сопряжениях машины в каждом конкретном случае требуются специфичные физико-механические свойства этих поверхностей. Следовательно, и изношенные поверхности деталей могут иметь разнообразные сочетания сложности профилей и форм (цилиндрические,
конические охватывающие и охватываемые поверхности, шлицевые, зубчатые, сферические, резьбовые и другие поверхности сложной формы).
С точки зрения долговечности, экономичности [8], цилиндрические, конические охватываемые и охватывающие изношенные поверхности деталей целесообразно восстанавливать осталиванием. Изношенные поверхности сложных форм восстанавливать одним из способов наплавки или металлизации (табл. 25).
Таблица 25
Возможные сочетания способов^ восстановления изношенных поверхностей деталей
Способ восстановления
Профиль-восстанавливаемой поверхности детали
Осталиванне
Охватывающие и охватываемые цилнндричес-
кие, конические поверхности.
Один из способов на- * Шлицы, шпоночные пазы, резьбы, зубья, кулач- плавки или металлизациики и другие сложные поверхности.
Таким образом, как следует из табл. 25, изношенные поверхности деталей возможно восстанавливать сочетанием нескольких способов восстановления. На основании номенклатуры восстанавливаемых деталей (приложение 1) были проведены подсчеты удельного веса площадей сложных поверхностей деталей, восстанавливаемых наплавкой, металлизацией и т. д. Полученные данные приведены в табл. 26.
Таблица 26
Удельный вес сложных изношенных поверхностен
Марка автомобиля
Удельный вес сложных изношенных поверхностей деталей от поверхностей, восстанавливаемых осталиванием, %
ЗИЛ-164
»22,0
ЗИЛ-130
‘22,0
ГАЗ-51
19,2
МАЗ-200 и МАЗ-205
21,2
«Волга»-ГАЗ-21
21,6
Восстанавливаемые поверхности деталей сложной формы в среднем составляют 22% от площади деталей, восстанавливаемых осталиванием.
Для полноты отражения доминирующего способа при восстановлении деталей, представленных номенклатурой прило^ жения 1, целесообразно ввести понятия об основном и сопутствующих .способах восстановления. В конкретном случае основным способом восстановления будет осталивание^ я сопутствующими различные способы наплавки, металли-1 зации.
С целью планирования объема работ сопутствующих способов восстановления по группам деталей были выполнены] ■соответствующие расчеты (табл. 27).
Таблица 27
Удельный вес сопутствующих способоввосстановления
(
Усредненные показатели удельного веса сопутствующих способов, %Усредненные показатели удельного веса сопутствующих способов, %Номера групп восстанавливав- -мых деталей
Усредненные показатели удельного веса сопутствующих способов, %
Усредненные показатели удельного веса сопутствующих способов, %
I II III IVI II III IV1,6
I II III IV
I II III IV
8,5
6,6
5,3
Из таблицы 27 следует, что наименьший удельный вес сопутствующих способов восстановления наблюдается у деталей 1 группы (1,6%) и наибольший удельный вес у деталей II группы (8,5%).
Итак, из определенной номенклатуры деталей, восстанавливаемых способом осталивания, большая часть их восстанавливается без сопутствующих способов и меньшая часть с сопутствующими способами. Из сказанного следует: у всех четырех групп деталей возможно существование двух марш- •рутов восстановления. $
Маршрут 1. Восстановление изношенных поверхнос- тей деталей без сопутствующих способов. |
Маршрут 2. Восстановление изношенных поверхностей деталей с использованием сопутствующих способов восстановления.
Номер маршрута восстановления деталей оказывает влияние на количество и чередование операций технологического процесса. При маршруте 1 выполняются (в случае необходимости) операции предварительной механической обработки изношенных поверхностей, восстанавливаемых осталиванием, и далее идут операции подготовки и гальванического наращи-
вания. При маршруте 2 первоначально выполняются операции восстановления изношенных поверхностей сопутствующими способами, затем операции предварительной механи-. ческой обработки этих поверхностей. Далее выполняются операции предварительной обработки «на верность» поверхностей, восстанавливаемых осталиванием, и следом выполняются гальванические операции по наращиванию на эти поверхности электролитического железа. Финишными являются операции окончательной механической обработки всех восстанавливаемых поверхностей детали.
Распределение толщины электролитическогожелеза по поверхности катода
Для расчета величины припуска под механическую обработку необходимо знать величину погрешности в отклонении толщины покрытий.
Отклонение толщины покрытия от исходной геометрической формы восстанавливаемой поверхности описывается объемным вектором в цилиндрических координатах: радиусом — г, центральным углом—0°, длиной образующей — L.
Сформулируем реализацию трехмерного случайного вектора с нормальным распределением при помощи корреляционной матрицы.
(3—58)(3—58)(3—59)(3—59)Математическое ожидание:
(3—58)
(3—58)
(3—59)
(3—59)
A4(r) = fli; Ms»—^2» ^(Т) — °з-
Корреляционная матрицам
К11 К12 К13
К21 К22 К23
Кз1 К32 /<33 ,
где:-
Кп> Км, Кзз— дисперсии случайных величин (г, 0°, L).
К12=Км; Км=Км; К1з=Кз1 — корреляционные моменты г и 0° и г, L и 0о, L:(3—60)
Предположим, что существуют случайные числа vi, которые имеют одномерное нормальное распределение х: математическим ожиданием и дисперсией о2.
Приравниваем r=X, ®°=у, L=z.(3 61)
Возьмем из Счетного множества возможных значений vt v2, v3 и преобразуем по (3—58) и (3—59).'
Искомые составляющие случайного вектора будут:^=^11(^1—w) + «i,■ - У=^2Ьт—т)+с22(ч2—т)+а2, '
" 2=<b(^-^)+M^w)+c3363-/«)+a3, (3—62) где: -
. Су неизвестные коэффициенты уравнений. Из (3—59) имеем:
Кп=Л1[г-Л1(г>р, но из (3—58)
*А4 ^^ = 61-^,
M[(v1-zn)]2 = a2,(3—63)
откуда:
Kn = a2Cu.(3—64)
Случайные величины г, ©°, L не зависимы между собой, поэтому:
,z=^/. Af^-zreXvi—/п)] = 0,(3—65)
по аналогии (3—63) имеем:'.
K12 = c\\"c\2,al'>
К-22 =С?2-а2+с|2-СГ2, Ки = с11-сг3'а2)
К^з^С^'С^з'^^Сй-а2,
Км = С?з • а2+Сгз • а2+<?з3о2.(3—66)
Решая систему уравнений (3—65) и (3—66) относительно Су ", получим:
Сн=^-.(3-67)
/ c"Jtr (3'68)
С22 = Е_Ае^Г^£_,'(3-69)
°Кк1Х
- ' С13=—.(3-70)
оу Ан
г V"кц-k33 к^* к\3/о
7'77—’- !*
гкц-кзз—кгз—кп-к^г У-г ки
L33 —777=' ' vd
аУ kn
Подставив (3—67)— (3—72) в (3—62), получим статистическую модель случайных векторов:
г =5—^уг-тНаг,(3—73)
О
. 6° = —^U(Vl- ^till^^ll^(3-74)
°У кпа]/ кп
=У кпоУ кп
^и • кззг-кУкик23+(3-75)
«У ки .
После моделирования параметров, характеризующих распределение покрытия, исследования были проведены на образцах 010 и 0 18 длиной /=10d. Выбор длины образцов^, принят по данным сопротивления материалов о критических геометрических соотношениях в реальных деталях. Исходная чистота поверхности образцов была V 7 .
На равномерность распределения толщины покрытий по* поверхности катода оказывают влияние как условия, так и режимы электролиза (рис. 42). Во всех случаях наблюдается: неравномерность толщины покрытий по диаметру катода. Наибольшая величина толщины покрытий наблюдается по оси, направленной в сторону анодов, а наименьшая толщина покрытий — на оси, перпендикулярной к оси расположения анодов. Это явление объясняется тем, что наибольшая концентрация силовых линий имеется в первом случае и наименьшая их концентрация — во втором случае. Общеизвестен факт, чтр с увеличением концентрации силовых, линий увеличивается скорость отложения металла.
С увеличением времени электролиза (т) увеличивается толщина покрытия (/i) и наблюдается рост( отклонения rmax—rmin = M как результат воздействия различного количества силовых линий по диаметральной поверхности катода. Погрешность, в зависимости от толщины покрытия, с
большой достоверностью описывается найденной эмпирической формулой:
Дг=0,0269 А1,22, мкм,
где
^r — погрешности на толщину покрытий, мкм;
h — толщина покрытия, мкм.
Равномерность распределения покрытий по длине катода1. (L) находится в прямой зависимости от плотности тока (Дк), т. е. с повышением Дк возрастает величина отношения Z/z и соответственно уменьшается отношение 2Z‘/2.
Чистота поверхности образцов после нанесения покрытий- уменьшалась на 1—2 класса по сравнению с исходным. В этом- случае прослеживается влияние чистоты электролита на изменение величины шероховатости покрытий. Так, при постоянной фильтрации электролита шероховатость поверхности; покрытий изменяется с Rz = 5 мкм до /?^ = 10 мкм, а при периодической фильтрации (1—2 раза в неделю) шероховатость изменяется с Rz=5 мкм до Rz ==15—20 мкм.
Класс точности у восстановленных поверхностей деталей после их наращивания железом уменьшается (так, с исходного 2-го уменьшался до 3-го класса точности). В случае, когда восстанавливаемые поверхности деталей не имели перед, осталиванием предварительной механической обработки «на «верность», точность этих поверхностей после наращивания: имела класс точности За.
Анализ равномерности распределения электролитического- железа по поверхности катода (в условиях лаборатории и производства) показал, что его неравномерность составляет 7— 10% по объему. Полученные данные согласуются с лабораторными результатами М. П. Мелкова [8].
С целью компенсации геометрических отклонений формы,, возникающих при электролизе, в эмпирическую формулу [9J длительности процесса следует ввести коэффициент неравно-
100 h t—Ka, час,DKПосле подстановки значений K„, имеем:100 h t—Ka, час,DKПосле подстановки значений K„, имеем:100 h100 hВ окончательном виде тВ окончательном виде т1НI, час.100 /ПОЛЕ , час,DK1НI, час.100 /ПОЛЕ , час,DK(3—77)(3-78)(3—77)(3-78)(3—76)
100 h t—Ka, час,
DK
После подстановки значений K„, имеем:
100 h t—Ka, час,
DK
После подстановки значений K„, имеем:
100 h
100 h
В окончательном виде т
В окончательном виде т
1НI, час.
100 /
ПОЛЕ , час,
DK
1НI, час.
100 /
ПОЛЕ , час,
DK
(3—77)
(3-78)
(3—77)
(3-78)
где
т —время электролиза, час, h —толщина покрытия, мм,
Дк — плотность тока, а!дм2,
Кн — коэффициент неравномерности покрытий (10%).
С целью улучшения равномерности покрытий рекомендуется острые кромки анодов скруглять радиусами (R 10— 20 мм).
На основе изложенного, покрытия электролитического железа, нанесенные на восстанавливаемые поверхности деталей, имеют следующую характеристику:
величина шероховатости Rz =20-мкм,
класс чистоты поверхности V 5;
класс точности для поверхностей с предварительной механической обработкой — 3, для поверхностей без предварительной механической обработки — За,
дефектная величина поверхностного слоя незначитель- на (около 3—5 мкм).
Расчет величины припуска покрытий подмеханическую обработку
Необходимость механической обработки обусловливается тем, что топология, размеры и формы восстанавливаемых поверхностей деталей только приближены к необходимым размерам и технологическим условиям на их восстановление.
К настоящему времени в условиях практики сложились -четыре схемы базирования и механической обработки деталей, в зависимости от группы их восстановления. По этим основным технологическим схемам обработки ведутся дальнейшие расчеты величин припусков у покрытий под механическую обработку.
Припуском под механическую обработку следует называть слой металла, который удаляется с поверхности покрытий в процессе получения необходимых параметров детали. Припуск должен: а) компенсировать погрешности, полученные в результате наращивания изношенной поверхности детали железом; б) компенсировать погрешности, получаемые в результате выполнения рассматриваемых операций.
• Устанавливать величину припуска следует для каждой операции в отдельности с учетом всех предъявляемых требований к восстанавливаемой поверхности.
Погрешности, возникающие при механической обработке поверхностей, носят сложный характер взаимодействия и зависят от многих причин. Погрешности от неточностей износа и упругих деформаций оборудования, инструмента, приспо-
соблений, а также получаемые искажения'формы должны учи-' тываться операционным допуском. Операционный допуск по своей величине должен соответствовать суммарной погрешности от указанных причин.
Погрешности, полученные при выполнении предыдущей операции, шероховатость поверхности, глубина дефектного слоя, остаточные напряжения, допуск отклонения размера «допуск в металл» и погрешности, полученные на данной операции, неточность базирования, от усилий зажатия должны быть компенсированы величиной припуска.
Расчет величины припуска ведем по методике, предложенной и разработанной И. Б. Плоткиным [15].
Погрешности величины остаточных деформаций (С)- определяются:*
С=0,01-т-1,(3—79)
где:
т — коэффициент, зависящий от характера поверхности (выбирается по табл. 29);
I — длина поверхности, см.
. Таблица 29
Значения m от характера поверхности
Характер операций
m
Получистовые
0,20—0,40
Чистовые
0,10—0,20
После осталивания
0,25—0,35
В процессе обработки поверхностей одни погрешности взаимодействуют с другими и их значимость уменьшается. Это взаимодействие учитывается коэффициентом перекрытия одних погрешностей другими (К),
пределы изменения ^=0,8—1,
при чистовых операциях /(=1,
при предварительных операциях К=0,9.
Погрешности базирования:
в плоскости поперечного сечения
Ей = а/~сЦ(3—80)
в осевой плоскости сечения:
£г = 0,01 b-Ц
где:
а и b— коэффициенты точности (выбирается по табл. 30);
d — диаметр обрабатываемой поверхности, мм;
I —длина обрабатываемой поверхности, см.
Таблица 30
Значения коэффициентов а н b
Характер операцийХарактер операцийЗначения коэффициентова * Ib
Характер операций
Характер операций
ПолучистовыеЧистовыеДля осталиванияПолучистовыеЧистовыеДля осталивания0,05—0,10 0,01—0,030,06—0,090,05—0,10 0,01—0,030,06—0,090,3—0,60,1—0,3" 0,2—0,40,3—0,60,1—0,3" 0,2—0,4
Получистовые
Чистовые
Для осталивания
Получистовые
Чистовые
Для осталивания
0,05—0,10 0,01—0,03
0,06—0,09
0,05—0,10 0,01—0,03
0,06—0,09
0,3—0,6
0,1—0,3
" 0,2—0,4
0,3—0,6
0,1—0,3
" 0,2—0,4
Общая расчетная формула величины припуска будет ; представлять собой суммарную величину указанных погреш- j ностей, т. е.
(3—81) -(3—81) -где:Д • К ■гими;*тгде:Д • К ■гими;*т2^ = K[2(Rz+T)^Ea+E^C^], мм.
(3—81) -
(3—81) -
где:
Д • К ■гими;
*т
где:
Д • К ■гими;
*т
— величина припуска на сторону, мм;
**— коэффициент перекрытия одних погрешностей дру-
*
*
— шероховатость покрытия после осталивания, мм; - — величина дефектного слоя покрытия после осталива
ния, мм;I
Ed— погрешности базирования в поперечном сечении;
Е1 — погрешности базирования в осевой плоскости се-*: чения;, j
С —погрешности от величины остаточных деформаций;
6 — допуск на размер при осталивании, мм.
Припуск для валов есть величина положительная и направлен на увеличение размера вала.
Припуск для отверстий есть величина отрицательная и направлен на уменьшение размера отверстия.
Допуск «в металл» задается для валов по системе отверстия Д3, а для отверстий по системе вала В 3. В том случае, когда восстанавливаемые поверхности перед остали- ванием не обрабатываются «на верность», допуск для валов задается системой отверстия Д3а , а для отверстий — системой вала S3a. .
Общая толщина покрытия электролитического железа, наращиваемого на изношенные поверхности деталей, определяется:
= Д^Кф +А^ТСи+Д> .(3 82)
где:
АйКф — слой покрытия, компенсирующий нарушение геометрической формы. Определяемся величиной металла, снятого с восстанавливаемой поверхности детали, при предварительной механической обработке «на верность»;
АйКи — слой покрытия, компенсирующий износ восстанавливаемой поверхности детали;
А — припуск на механическую обработку:
Если при механической обработке имеется совмещение измерительных и установочных баз, то погрешности базирования равны 0. При обработке в центрах E=a^/^ =0. В случае обработки в патронах токарных станков без поддержки задним центром коэффициент точности выбирается на основе норм точности токарных патронов общего назначения, а=0,2. Длину (/) в данном случае задают равной двойному расстоянию от удаленного торца.
Подставив в формулу (3—81) данные величин погрешностей, получим ряд расчетных формул по определению величины припуска.
При бесцентровом шлифовании с продольной или радиальной подачами:
2Д = 0,072+0,9 8.(3—83)
При круглом шлифовании в центрах:
2Д = 0,099+0,9 8.(3—84)
При обработке в патронах токарных станков:
2Д = 0,099+0,18^Т +0,98."(3—85)
При расточке или внутреннем шлифовании отверстий:
2Д=0,099+ОДбЗу^-^-+0,98.(3—86)
Расчеты, проведенные по формулам (3—81), (3—83), (3— 84), (3—85), (3 86), при длине восстанавливаемой поверхности деталей до 100 мм, позволили найти ориентировоч-
н ы е величины припуска для каждой технологическойjсхемы обработки (табл. 31).1
Технологический процесс восстановления деталей имеет существенные отличия от технологического процесса их изготовления.
Таблица 31
Припуски на механическую обработку поверхностей,восстановленных электролитическим железом
Чистовое растачивание
или внутреннее шлифование отверстий
- —- —
0,32
0,35
0,40
0,45
0,48
0,55
Чистовое обтачивание
или шлифование в токарных патронах без
поджатии задним центром.
— 0,56
0,66
0,75
0,87
0,99
—
—
Бесцентровое шлифование
Круглое чистовое шлифо
0,13 0,15
0,15
0,16
0,19
0,18
0,20
0,19
0,22
0,25
—'
вание в центрах Тонкое точение в цент
0,15 0,17
0,17
0,2(У
0,15
0,16
0,16
0,17
рах
0,12 0,13
0,15
Характер операций
Диаметры поверхностей, мм
6!0 | '^ | 18-30 | 30-50 | 50-80 | 80-120,120-18o| *260
Припуск 2Л на обработку покрытий, мм
Если заготовкой детали на машиностроительном заводе является литье, поковка или прокат, то на авторемонтном заводе при восстановлении заготовкой является реально работавшая деталь с изношенными поверхностями контакта, имею- _щая высокую остаточную долговечность.
В начале изготовления деталей на предварительных операциях подготавливают основные или вспомогательные базы для последующей обработки. При восстановлении деталей первоначально производят выбор поверхностей для базирования. Для этой цели или принимают чистовые базы, оставшиеся при изготовлении деталей, или выбирают ремонтные базы. Ремонтными базами чаще всего служат поверхности деталей, которые не имеют больших износов и с допустимой точностью координируют детали относительно рабочих органов станков. Далее выполняются операции сопутствующих способов восстановления, а затем операции предварительной
механической обработки «на верность», с целью ликвидации погрешностей геометрических форм. .•
При изготовлении деталей последующим этапом является формирование требуемых геометрических форм поверхностей и их взаимного положения относительно друг Друга.
При восстановлении деталей последующим этапом является наращивание слоя электролитического железа на изношенные поверхности. Толщина слоя рассчитывается по формуле (3—82).
Завершающим этапом обработки при изготовлении деталей является выполнение получистовых и чистовых операций, назначение которых— получить необходимую точность и чистоту поверхности. Операции аналогичного характера выполняются и при восстановлении деталей, но с учетом специфики свойств электролитического железа (температура в зоне резания не должна превышать 200°С).
Таким образом, полный технологический процесс восстановления деталей электролитическим железом (осталиванием) состоит из трех этапов.
1-й этап включает цикл операций предварительной подготовки деталей к восстановлению. На этом этапе выполняются операции: мойки и обезжиривания деталей, правка центровых отверстий и подготовка поверхностей в качестве ремонтных баз, восстановление поверхностей деталей сопутствующими способами и их предварительная обработка, восстановление геометрических форм у изношенных поверхностей перед осталиванием.
2-й этап состоит из гальванических операций по наращиванию электролитического железа (см. главу III, § 4).
3-й этап включает цикл операций по получистовой и чистовой механической обработке всех восстанавливаемых поверхностей данной детали.
Особенностью построения технологического процесса окончательной механической обработки восстанавливаемых поверхностей деталей с нанесенным слоем электролитического железа является выполнение окончательных (завершающих) операций. Величина припуска под механическую обработку в этом случае должна быть небольшой, но достаточной для получения требуемой точности размеров поверхностей. На величину припуска оказывает влияние не только состояние оборудования и оснастки, но и общая технологическая культура организации производства."
6 \
При мелкосерийной организации производства восстановления деталей величину припуска следует увеличить, для чего необходимо умножить величину припуска, взятого из таблицы, на коэффициент серийности /Сс = 1,2.
Оснастка и ванны осталивания при групповойтехнологии восстановления деталей
Для восстановления деталей машин, кроме гальванической установки, необходимы подвесные приспособления (технологическая оснастка),
К подвесным приспособлениям предъявляются следующие требования:•,’
обеспечение контакта с малым переходным сопротивлением,
_ б) получение равномерных по толщине покрытий,,
безопасность и удобство в работе,I
„ г) надежное крепление деталей и транспортабельндсты при технологических перемещениях,I
возможность полной загрузки ванн по рабочему объ-1 ему,I
унифицированность в пределах групп.I
От конструкции подвесных приспособлений зависит произ-1 водительность труда, качество получаемых покрытий и коэф! фициент загрузки гальванического оборудования. ,I
На рис. 43 приведены основные схемы групповой оснастки! Для 1 группы деталей применяются групповые переналажи! ваемые приспособления, вмещающие, в зависимости от раз! меров, по 4—12 деталей на одной подвеске. Подвески собирая ются из унифицированных деталей, и за счет паза в основания (дет. 5) легко регулируются на любой размер. Повышенны! требования предъявляются только к прижимам (дет. 2), кото! рые должны быть жесткими и упругими. Поэтому прижимЛ изготавливаются из Ст. 65Г с последующей термообработкой. При изготовлении прижимов из Ст. 45 без термической обработки (по опыту завода АРЕМЗ, г. Москва) они быстро в процессе эксплуатации теряют исходную жесткость, и наблюдается частое выпадание деталей из подвесок цри технологических перемещениях. Изоляция подвесок, за исключением кднтактных пяток, производится полихлорвиниловой пленкой в два слоя. Для лучшего прилегания к поверхности подвесного приспособления пленку перед обмоткой подогревают в
Рис. 43. Схемы групповой гальванической оснастки.
воде при 40—60°С. Срок службы этих подвесок, по наблюде- йию автора, до ремонта равен 3—4 месяцам беспрерывной работы.
Подвесные приспособления II группы индивидуальные, состоящие из контактных колец (дет. 1) и токонесущих крючков. Для восстановления деталей с различными диаметрами на контактных кольцах равномерно по окружности имеются контактные фиксирующие болты (три или два). Приспособления II группы просты по конструкции и надежны в эксплуатации.
Подвесные приспособления III группы отражают специфику деталей этой группы — большие габариты и вес. Поэтому у подвесных приспособлений в верхней части имеются захваты под размер крюка грузоподъемного механизма. Токонесущий крюк имеет за счет пазов и болтовых соединений возможность регулировки по высоте относительно грузовой скобы.
Детали IV группы в ванну не завешиваются, а восстанавливаются в проточном электролите с помощью электроли-; тических ячеек. Электролитическая ячейка, как видно из рис. 43, разъемна и состоит из двух половин. Материалом для изготовления электролитических ячеек может служить оргстекло, второпласт, эбонит, листовая сталь, гуммированная с рабочей стороны, пентопласт, фаолит. Объем каждой ячейки составляет 1,5 объема восстанавливаемой поверхности, т. е. —, где db —диаметр восстанавливаемой поверхности, мм; I— ширина восстанавливаемой поверхности, мм. Поверхности прилегания ячеек к детали оклеиваются кислотостойкой пористой резиной. Закрепляются обе ячейки при сборке через анод и резьбовые соединения. Аноды изготавливаются из Ст. 10. Диаметр анодов (d^ выбирается из соотношения <1й=0,8 db. Защитные чехлы для анодов не применяются.
Особенностью технологического процесса осталивания является высокая окислительная способность и испаряемость горячего хлористого электролита, уменьшение кислотности электролита в процессе электролиза и загрязнение его шламом — нерастворяющимися составляющими _ материала анодов.
Исходя из изложенного, к гальваническим установкам предъявляют жесткие требования. Внутренние стенки ванн осталивания должны быть химически стойкими к агрессивной среде электролита при температурах до 90°С. Установки долж-
ны быть снабжены автоматическими устройствами по поддержанию уровня, температуры и кислотности электролита, автоматической установкой для фильтрации электролита и приточно-вытяжной вентиляцией. Указанные особенности способствуют постоянству условий электролиза и безопасной ра- .боте.
Технико-экономическими показателями эффективной работы ванн осталивания служат коэффициент загрузки ванн по рабочему объему и равномерность покрытий по толщине. Эти показатели во многом зависят от размеров и типов ванн. . Как показали наши исследования, каждой I, II и III группам восстанавливаемых деталей соответствуют свои ванны осталивания.
Ванны для I группы восстанавливаемых деталей имеют общий объем не более 1500 л. Электролит, находясь в ванне указанного объема, качественно и быстро прогревается. Под качеством прогрева электролита подразумевается постоянное значение температуры по всему объему.
При объемах ванн свыше 1500 л начинают наблюдаться слои электролита с различным перепадом температур. С увеличением объемов ванн неравномерность температурных полей растет.
Завешивание подвесных приспособлений с восстанавливаемыми деталями лучше двухрядное, в шахматном порядке, по длине ванны. Аноды располагаются по боковым поверхностям, вдоль ванны. Количество ярусов восстанавливаемых деталей на одном подвесном приспособлении колеблется от двух до шести и зависит от длины монтируемых деталей.
Исходя из планировки расположения деталей 1 группы в ванне осталивания и прогрева электролита, целесообразно иметь ванну габаритом 700X2000X800. Ширину ванны вверху следует задать на 30 сж больше для лучшей ее промывки при технологических осмотрах.
Для уменьшения испаряемости воды зеркало ванны закрывается полиэтиленовой крошкой из расчета толщины защитного слоя 0,7—1,0 сж. Перед употреблением крошка вываривается в подкисленной воде (10% НС1) при температуре кипения воды т=30 мин. Операцию выварки производят с целью предупреждения занесения в электролит органических примесей. При потемнении защитного слоя до ярко-коричневого цвета его снимают с поверхности ванны и вываривают до просветления аналогичным образом.
Ванны для второй группы восстанавливаемых деталей предназначены для индивидуального их за вешивания. Расположение деталей в ванне двухрядное, количество ярусов в подвесном приспособлении— 1. Габаритные" размеры* ванны 750X1200X1000 мм. Для уменьшения ис- . паряемости зеркало ванны засыпается полиэтиленовой крош- . кой.
Ванны для третьей группы восстанавливаемых деталей изготавливаются секционными. Детали III группы имеют сложную форму, большие .размеры и площади нанесения покрытий, усложненную схему завешивания анодов. При восстановлении этих деталей в обычных, ваннах наблюдается при электролизе взаимное влияние их друг на друга, что приводит к перераспределению силовые . полей. В свою очередь перераспределение полей приводит к получению покрытий разной толщины.'
Конструктивное решение устройства секционных ванн по- $ хоже на, переналаживаемые групповые 'Приспособления для металлорежущих станков.■ '
Секционная ванна имеет общий нагревательный блок, в который устанавливаются ванны-секции. Нагревательный блок оснащен автоматическим устройством для поддержания температуры теплоносителя. Конструктивно секции ванн друг от друга отличаются габаритными размерами, а технологически— по количеству деталей в одном завесе — они делятся на индивидуальные и групповые. В индивидуальную секцию для восстановления завешивается одна деталь, а в групповую секцию 4—6 деталей. Подогрев секций производится через стенки..;
Индивидуальные секционные ванны в основном рекомендуется применять для восстановления коленчатых валов, а. групповые секционные ванны следует применять для осталь- ‘ ных деталей III группы.';
Секционные ванны позволяют: конструктивно упростить подвесные приспособления; точно задать и выдержать объемную плотность тока, значительно сократить время на монтаж и демонтаж подвесных приспособлений; непрерывно вести электролиз по отдельным секциям; упростить обслуживание установок; плавно регулировать параметры электролиза; иметь высокий коэффициент загрузки ванн; независимо друг' от друга восстанавливать несколько наименований деталей
одновременно; проводить корректировки электролита без остановки всего блока ванн.
Расчет секции ванны состоит из определения размеров ее внутренней части (ВХВхВ) с последующим уточнением.
Определяется глубина секции (В) ванны: .
*Н = ЮО-К^+^+Лз), мм,(3-85)
где:
hi — размер погруженной части или всей детали в электролит, мм;
hi — расстояние от верхней восстанавливаемой кромки поверхности детали до зеркала ванны (принимается 50—70 мм);
кз— расстояние от зеркала до борта ванны (принимается 100 мм).
Определяется ширина секции ванны (В): ,
При двухрядном завешивании в секции:
B = (b1+^)+250, мм,(3-86)
’ где:
bi — размер выступающей части (фланца) восстанавливаемой детали, находящейся над электролитом, мм;
о2— зазор между фланцами деталей (принимается 50— 100 мм).
При двухрядном завешивании деталей без выступающих частей:
В=^di-\-b2-\-2 Ьз), мм,(3-87)
где: '
d\ — диаметр или-ширина восстанавливаемой детали, мм;
Ьг — расстояние между деталями (принимается 100 мм);
Ьз — расстояние от восстанавливаемой поверхности до анода (принимается 100—150 мм). Аноды располагаются с 2-х сторон по длине секции.
В индивидуальной секции:
В = (6j-(-2 63), мм.(3-88)
Определяется длина (L) секции ванны:
При двухрядном завешивании деталей с фланцами" в групповой секции:
- z = 2/1+«/2+^2+(/z— 1Уз, мм; (3-89) где:
lx — размер между стенкой ванны и краем фланца детали
(принимается 50—100 мм);/
/2— длина фланца детали, мм;
/3— зазор между фланцами (принимается 30—80 мм);
п— число деталей в ряду.
При двухрядном завешивании деталей без выступающих частей в групповой секции:
z=2 IvVnd-V^n—1)/3, ММ;(3-90)
где:'"
-d— диаметр или ширина восстанавливаемой детали, мм;
1а—зазор .между деталями (принимается 100 мм),
При восстановлении деталей в индивидуальной -сек- 5
ции:■ ‘
z=2f1+d, мм;(3-91) j
- где:*
d — диаметр или ширина поверхности детали, расположен- ;
пая вдоль ванны;_^
/1 — расстояние между стенкой ванны и краем восставав-;
ливаемой детали (принимается 100—150 лл/).J
После, определения габаритов секции ванны находится об-] щий ее объем V0=BxLxH, м3.|
Далее определяется рабочий объем (Ур) секции ванны | или количество электролита:I
V „ =^, м3;-(3-92) :
Р 1000[Л)0|
где:.. _ ।
/max — максимальная сила тока, поданная на штанги ван-j ны, а;?
До — допустимая объемная плотность тока, а/л; . s 1000 — переводной коэффициент.
Максимальная сила тока (/так) определяется:
<7
/тМ=Д«5/,а;(3-93)
1
где:
Дк— технологически необходимая плотность тока, а!дм2; f — площадь восстанавливаемой поверхности детали, дм2; q— количество деталей в завесе.
У секции ванны следует различать четыре объема: общий объем (Уо), рабочий-объем (Ур), объем загружаемых дета- •лей (Ув)—объем вытеснения, объем безопасности (Уб)- Эти .объемы после технологических расчетов уточняются. Они находятся в соотношении:
У0-(Ур+Ув)-К, мЧ(3-94)
где: К — коэффициент, характеризующий объем безопасности. (В расчетах принимается К=1,1).
После уточнения общего объема секции приводятся в соответствие габаритные размеры и данные объемов.
Эта методика расчета применима и для уточнения размеров ванн I и II групп восстанавливаемых деталей. ">
Секционные ванны требуют разделения общей электрической схемы подвода постоянного тока на число цепей, равных количеству секций. Цепь каждой секции должна, иметь автономное регулирование силы тока.
Гальванические установки для IV группы восстанавливаемых деталей имеют в настоящее время две конструктивные схемы исполнения подачи электролита к электролитическим ячейкам.
Первая схема, разработанная П. И. Мирзоянцем. Электролит постоянно прорабатывается при малых плотностях тока (Дк = 7. а/дл<2) в уравнительной ванне, расположенной на высоте 1,5—2,0 м от уровня электролитических ячеек. В этой ванне электролит подогревается до 90° С и самотеком по трубопроводу подается к электролитическим ячейкам. Из . ячеек электролит сливается в приемную ванну, из которой насосом из кислотостойкого материала перекачивается в уравнительную ванну.
Вторая схема (предложена автором совместно со старшим мастером гальванического цеха завода АРЕМЗ Н. В. Галдобенковым). Электролит из ванны, используемой для восстановления I группы деталей, во время ее работы подается специальным насосом с производительностью 20 л!мин в коллектор, из которого электролит поступает к ячейкам, и далее самотеком сливается в ванну осталива- . НИЯ.
Вторая схема более проста в исполнении, экономична- и не требует дополнительных ванн. При технологическом исполнении второй схемы необходимо иметь резерв электролита в ванне осталивания (около 10%) за счет неполной загрузки ванны по рабочему объему.
9. Планирование объема работ гальванических установок
Обеспечение полной загрузки гальванического оборудования восстанавливаемыми деталями немыслимо без четкого внутрицехового планирования.
Расчет загрузки ванн или вневанных установок осталива- ния следует производить посменно, пр каждой группе восстанавливаемых деталей. Основным, наиболее характерным расчетным показателем, является завес. Завесой называется количество одноименных деталей, одновременно загружаемых в ванну осталивания для восстановления. Величина завеса устанавливается в зависимости от рабочего объема ванны (Vp) и площади восстанавливаемой поверхности детали.
Восстанавливаемые детали в завесе, кроме одноименности, должны иметь одинаковую величину износа, что обеспечивает идентичность времени электролиза.
Продолжительность времени наращивания электролитического железа на восстанавливаемые детали, находящиеся в одном завесе, определяется циклом работы ванны или вне- ванной установки осталивания. Цикл представляет собой сумму основного времени (То) и операционного неперекрываемо- го времени (тОп.н.).
Детали первой, второй и третьей групп восстанавливаются в соответствующих ваннах, детали четвертой группы восстанавливаются проточным осталиванием, и загрузка, вневанных установок рассчитывается подетально.
Каждая гальваническая установка должна быть снабжена всей необходимой оснасткой для восстановления деталей данной группы.
При переходе с восстановления одного наименования деталей на следующий переналадка гальванического оборудования осуществляется рабочим-гальваником, за которым оборудование закреплено.
С целью сокращения времени на переналадку, повышения производительности труда следует в течение смены на каждой ванне и вневанной установке восстанавливать детали только одного наименования, и переналадку оборудования на восстановление следующих деталей данных групп осуществлять в начале каждой смены.
Особенностью всех промышленных гальванических установок твердого осталивания является подогрев электролита и поддержание температуры на уровне 75±1°С. Разогрев электролита ванны требует 2—3 часа рабочего времени. Для
* 122
ликвидации таких непроизводительных затрат рабочего времени следует планировать трехсменную работу гальванического цеха или оборудовать электролизные установки автоматом пазогрева с часовым механизмом при двухсменной работе.
Величина партии восстанавливаемых деталей определяется характером производства и годовой программой выпускаемой продукции. Годовую программу по восстановлению деталей при известном выпуске машин можно подсчитать как по приведенным площадям покрытий на автомобиль, так и по количеству восстанавливаемых деталей.
Расчет по приведенным площадям- поары- т и й на автомобиль чаще всего рекомендуется проводить при укрупненном планировании. Первоначально определяется общая годовая программа цеха по формуле:
^=^ИЗд-Л д^,(3-95)
где:
F — суммарная годовая площадь покрытия, дм2;
Л^изд —годовая программа ремонта машин, шт.;
f— удельная площадь покрытия на автомобиль, дм2 (выбирается по табл. 23). *
Далее определяется годовой объем работ по каждой группе восстанавливаемых деталей, для чего общий годовой объем работ (F") расчленяется согласно удельному весу группы (табл. 32).
Таблица 32
Удельный вес групп йрн восстановлении деталей~
автомобилей
Номер группыНомер группыУдельный вес, %Удельный вес, %
Номер группы
Номер группы
Удельный вес, %
Удельный вес, %
где:
Кв — количество ванн или вневанных установок осталива- ния, шт.;
Qr—средняя годовая производительность гальванических установок, дм2 (выбирается но табл. 33).
.Таблица 33
Средняя годовая производительность гальванических установок
Номер групп
Характеристика гальванического оборудований
Средняя годовая производительность гальванических установок при 2- сменной работе, дм?
I
Ванна, рабочим объемом 1000- л
70000
II
Ванна, рабочим объемом 700 л
56000
Одна секция ванны
18000
III
Блок секционных ванн
72000
Вневанная установка на восстановление одной детали6050
IV Вневанная установка иа восстановление четырех деталей25100
Расчет по количеству восстанавливаемы)] деталей рекомендуется проводить при текущем планиро-1 вании, Общая годовая программа "цеха в этом случае опреде-1 ляется
«дет^^зд-?-7!, шт,(3-97)
где:
«дет —годовая программа восстанавливаемых деталей, шт.;
Мизд —годовая программа ремонта машин, шт.;
q— количество одноименных деталей в машине;
1] — коэффициент восстановления деталей (выбирается по приложению 1)..
Общепринятой методики определения величины месячной производственной программы по восстановлению деталей пока не существует,' но, пользуясь практикой работой авторемонтных заводов, можно рекомендовать соотношение:
«мес = 0,083- /гдет, ШТ,(3-98)
где пмес —количество деталей данного наименования, восста- навливаем'ых в течение месяца, шт.
Месячная производственная программа цеха, определенная в „номенклатуре восстанавливаемых деталей, расчленяется, согласно критериальным групповым признакам, техноло-
гом цеха или на ЭВМ, составляется сводная характеристика по каждому наименованию восстанавливаемых деталей (приложение 2).
Далее плановым отделом совместно с начальником гальванического цеха составляется номенклатурный план-график работы цеха (приложение 3). На основании месячного производственного задания планируется: ,
количество деталей в одном завесе (ид.3. ) ванны:
Яд.з.Яд.з.VA шт: 1000/док,VA шт: 1000/док,(3-99)(3-99)
Яд.з.
Яд.з.
VA шт: 1000/док,
VA шт: 1000/док,
(3-99)
(3-99)
где:
Ир — рабочий объем электролита в ванне, м3;
Do — объемная плотность тока, а/л;
1000 — переводной коэффициент;
/ д — восстанавливаемая площадь детали, дм2;
DK — катодная плотность тока, а1дм2.
длительность цикла работы вднны осталивания Щу
Ц = Т0-У'£топ.н., мин;Ц = Т0-У'£топ.н., мин;(3-100)(3-100)
Ц = Т0-У'£топ.н., мин;
Ц = Т0-У'£топ.н., мин;
(3-100)
(3-100)
где: То — основное время или время электролиза, мин;
2т0п.н. —операционное время, не перекрываемое основным временем. (Время загрузки и выгрузки восстанавливаемых деталей, разгона ванн, выдержки деталей без тока: выбирается по табл. 34).
Таблица 34
Значения топ.н. и топ. п. по группам восстанавливаемых деталей
Номера групп
Среднее время на одну деталь, мин 1В % от -р0 на завес
т on. Н.| Т оп. П. 1Т ОП. Н. -|т оп. п.
I II III IV
' 0,84' 2,20,44 .0,74
4,209,00,972,10
9,408,71,542,05
1,80‘4,8 ‘0,100,10
Где Топ.п. —операционное" время, перекрываемое основным временем.
количество завесов в смену*:
Кзав. —Кзав. —ФрФрцц(3-101)(3-101)
Кзав. —
Кзав. —
Фр
Фр
ц
ц
(3-101)
(3-101)
где:
Фр — сменный фонд времени оборудования, мин;
ц— длительность цикла, мин;
р) число смен, необходимое для выполнения плана восстановления деталей данного наименования:
С =—2^;х (3*102)
^-д.з. * Азав
где:
«мес —количество деталей, восстанавливаемых в месяц по программе, шт.;
' «д.з. —количество восстанавливаемых деталей в одном завесе, шт.;
Кзав- —количество завесов в одну смену.
Конечным этапом планирования месячного производственного плана гальванического цеха является составление графика запуска деталей для восстановления на каждую гальваническую установку.
Расчет сопутствующих способов восстановления следует .производить по методике Ф. П. Верещака и Л. А. Абелевича. (Справочник инженера-механика. Том «Проектирование авторемонтных предприятий», «Транспорт», М., 1966).
Годовая или месячная программа по сопутствующим способам восстановления деталей рассчитывается, согласно табл. 27, от соответствующей программы покрытий электролитического железа по каждой группе деталей в отдельности. Для проведения укрупненных расчетов следует пользоваться данными табл. 23.
Расчет коэффициентов загрузки ваиии виеваииых установок
После расчета программы гальванического цеха и проработки схем групповых технологических процессов восстановления изношенных деталей автомобилей следует произвести общий расчет технико-экономической эффективности. Основой расчета является полнота использования возможностей ванн или вневанных установок осталивания.
Любую электролитическую ванну следует характеризовать четырьмя объемами. 1) Общий объем ванны (Vo) показывает максимальную ее вместимость. 2) Р а б о ч и й- о'бъ-
ем. ванны (Vo) характеризует количество имеющегося электролита. 3) Объем вытеснения (V,) указывает на максимальный объем загружаемых деталей при восстановлении. 4) Объем безопасности (Уб) фиксирует объем ванны, не заполненный электролитом, для предохранения ют выплескивания последнего. Объем безопасности ванны следует определять из соотношения:
V6 = VO-(VP+VB), Xs.(3-103)
Для экономической работы гальванических ванн необходимо, чтобы полнее работал электролит по рабочему объему, т. к. от величины объема электролита зависит максимальная величина пропускаемой через ванну силы тока. Соответствие'4' по Vp характеризуется коэффициентом использования объема ванны (т]0):
(3-Ю4)
гае:.. t
I^p'— объем электролита в ванне при восстановлении деталей данного наименования, м3;
Vр — расчетный^объем электролита ванны, который определяется из соотношения Ур = 70~(Ув+^б), -и3.
Величина коэффициента использования объема ванны (т]0) меньше единицы, и чем ближе значение этой величины к единице, тем полнее используется объем электролита ванны. В основном убыль объема электролита в ванне связана с испарением воды через зеркало ванны, а также с выносом его оснасткой и поверхностями-восстанавливаемых деталей.
Исследования, проведенные И. Д. Шинковским, под руководством автора, показали, что при длительности электролиза до 60 мин экономически выгодно, иметь объемную плотность тока До —3 а!л, и при длительности электролиза свыше 60мин принимать До = 2 а!л. Полноту использования объема электролита по величине пропускаемой силы тока целесообразно - характеризовать коэффициентом загрузки ванны по объемной плотности тока (т]/):
Vp-D0.10001000-Vp-D0 ’
где Дк — плотность тока, а!дм?-, \•127
3fB —общая площадь восстанавливаемых поверхностей деталей в завесе, дм2;/
Ур — расчетный объем электролита в ванне, м ; /
Do — объемная плотность тока, а/л; , '
/ — сила тока, подаваемая на штанги ванны, а; ■
1000 — переводной коэффициент.
Коэффициент загрузки ванны по объемной плотности тока показывает, как. используется ванна по количеству пропускаемого электричества. Однако этот коэффициент (ц/) не дает представления о том, в какой мере используется ванна непосредственно по основному времени (Го). Это положение можно характеризовать коэффициентом использования ванны по •"‘оперативному времени (цОп):
• '(3-106)
2 г.,.
1
где 2Гш.к. —штучно-калькуляционное время одного завеса, мин.
Для секционных гальванических ванн коэффициенты загрузки первоначально находятся по каждой секции отдельно, а потом определяются средние их значения на весь блок,. Аналогичным образом рассчитываются коэффициенты загрузки вневанных установок осталивания.
Экономическая эффективность групповой технологиивосстановления деталей
В докладе Л. И. Брежнева на совместном торжественном заседании ЦК КПСС, Верховного Совета СССР, Верховного Совета РСФСР, посвященном 100-летию со дня рождения В. И. Ленина, говорилось: «Наша страна станет еще сильнее и богаче, наше движение к коммунизму ускорится, если мы научимся беречь каждую минуту рабочего времени, каждый грамм сырья и топлива, каждую деталь.машины, каждую трудовую копейку». Эти слова имеют прямое отношение к технологии восстановления изношенных деталей машин.
Групповая технология восстановления деталей позволила увеличить производительность гальванического оборудования, унифицировать подвесные приспособления, значительно сократить время технологической подготовки производства.
Эффективность унификации ' подвесных приспособлений при груповой технологии восстановления деталей выражается в снижении их стоимости, в конструктивном упрощении отдельных узлов и уменьшении числа элементов, в снижении вспомогательного времени на монтаж и демонтаж восстанавливаемых деталей (табл. 35).
Таблица 35
Унификация подвесных приспособлений
Характеристика показателей ■
Метод восстановления деталей
подетальный j
групповой
Средняя стоимость подвесного приспособ-.
ления (руб.) .
18,0
8,5
Количество видов подвесных приспособлений (шт)
29,0
10,0
наладок (шт.)
4,0
19,0
Количество конструктивных элементов (усредненное) в приспособлении (шт.)
18,0
5,0
Вспомогательное (усредненное) время на монтаж и демонтаж деталей в одно под- .
весное приспособление (мин )
0,52
-—- о,22
Эффективность технологической подготовки производства при групповой технологии выражается в сокращении времени разработки технологических процессов на восстановление деталей, в сокращении сроков конструкторской разработки гальванического оборудования, в уменьшении сроков отработки режимов электролиза (табл. 36).
Таблица 36
Усредненные показатели по технологической подготовке производства
Метод восстановления деталей
Характеристика показателей
подетальный |
групповой
Отладка технологического процесса восста-
новлеиия детали (нормо-часы) Определение условий электролиза и обосно-
130
16
вание режимов (нормо-часы) Проектирование гальванического оборудова-
200
4 -
ния (нормо-часы)
Проектирование подвесных приспособлений
310
180
(нормо-часы)
42
8
Групповая технология восстановления деталей позволила увеличить производительность ванн осталивания и сократить
величины неперекрываемого и перекрываемого оперативного- времени (табл. 37).
Характеристика показателей
Метод восстановления деталей
подетальный |
групповой
Коэффициент загрузки ванны по объемной плотности тока (т|Г )'
Годовая призводительность одного литра
’ рабочего объема ванны ( vp), дм2
Таблица 37
- Усредненные показатели производительности гальванического оборудования!
Оперативное неперекрываемое время (топ.н) на одну деталь, мин..
Оперативное перекрываемое время (топ.п.)
на одну деталь, мин.• ■1
60
92
50
70
5,40
3,93
10,1
65
На рис. 44 показана загрузка рабочего объема ванн при групповой и подетальной технологии восстановления. При подетальной технологии восстановления вся указанная номенклатура деталей загружается в одну ванну (Vp=1100 л). Вполне естественно, что детали разных форм, размеров невозможно рационально разместить в одном и том же объеме, ванны. Дополнительно к этому, у большинства подвесных приспособлений отсутствует ярусность. Указанные причины и от- . ражаются на значениях коэффициентов загрузки ванн по объемной плотности тока.
Эффективность испбльзования электролита осталивания с псевдостационарными свойствами. По данным завода АРЕМЗ (г. Москва) и АРЗ-2 (г. Омск), после внедрения в технологический процесс электролита с псевдостационарными свойствами число корректировок сократилось от двух в смену до одной в три месяца.
Общая продолжительность корректировок электролита в одной ванне, по данным автора, в среднем составляла 14%-
от действительного годового фонда времени работы оборудования (при двухсменной работе). После внедрения электролита с псевдостационарными свойствами время продолжительности корректировок уменьшилось до 0,2%.
Годовой экономический эффект на одну ванну осталива- ния от сокращения числа корректировок электролита определится:
130
Наименовакие Ьосстакавлибае- мых деталей
' Шквореньповоротногокулака
Кулак , поворотный
Вал балансирный
Оськоромысел
В алt
распределительный
Палеи, ииаровой
Клапан впускной ’ Вал "э — первичный КП
Толкатель
Коэффициент загрузкиванн, %
20 30 АО
50 6 0 70
90
100
саз- Загрузка ванн при подетальнойтехнологии.
Загрузка банк при групповой , технологии.
Р и с. 44. Влияние на коэффициент загрузки ванн организационной струк-туры при восстановлении деталей.
ФкТх-Т^ р ем (Tx-T2yF-Cq - 3100 V ф /100
где:.-
Э— годовой экономический эффект, руб.\ 131''
РУб; .
Ф— годовой действительный фонд времени работы оборудования при двухсменной работе, час.;
Тх, Т%— продолжительность корректировок электролита до внедрения электролита с псевдостационарными свойствами и после внедрения, % ;
F— общая годовая производительность ванны осталива-. ния, дм2;
Cq—стоимость одного дм2 покрытия, руб. (по Данным АРЕМЗ 0,2 руб.);
при групповой технологии' восстановления деталей (по- 1 группе) 1^=1100 л:-_
_(14-0,2) Х72000Х0,2 ’_.
Э = ——————- = 1957 руб.;
100 •
при подетальной технологии восстановления (^=1100 л): а(14-0,2) X 55000X0,2,
Э = 1518 руб.
100-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время в условиях авторемонтного производства все большее количество изношенных деталей восстанавливается осталивапием.
Видимые простота й доступность технологического процесса осталивания для рабочего персонала невысокой квалификации способствуют появлению большого количества различных рекомендаций, порой противоречивых, -а часто необоснованных.
Прежде всего, следует помнить, что электролитическое железо не является по своим физико-механическим свойствам аналогом среднеуглеродистой закаленной стали, а представляет собой специфичный материал с характерными и присущими только ему свойствами.
При восстановлении изношенных поверхностей деталей не следует стремиться к получению высокой твердости покрытий электролитического железа, т. к. величина твердости покрытий электролитического железа не находится в прямой зависимости с их долговечностью. Повышению долговечности покрытий электролитического железа способствует только оптимальная величина их твердости, которая зависит от марки сопряженного материала и параметров электролиза.
В силу особенностей физико-механических свойств, присущих электролитическому железу, оптимальная чистота восстановленных поверхностей не совпадает с чистотой, заданной рабочими чертежами на изготовление этих деталей.
Температура простых хлористых электролитов осталивания не должна быть при восстановлении деталей ниже 70° С. В случае снижения температуры электролита за указанные пределы покрытия электролитического железа получают раз-
рушенную слоистую структуру, которая значительно сокращает их долговечность.
При механической обработке покрытий электролитического железа для понижения температуры в зоне резания необходимо применять смазочно-охлаждающие жидкости. Темпера^ тура в зоне резания не должна превышать 200° С.
С целью повышения экономичности технологического процесса восстановления деталей осталиванием нужно постоянно стремиться к уменьшению припуска под механическую обработку, для чего следует уделять повседневное внимание состоянию оборудования и оснастки, а также выбору поверхностей, дающих минимальные погрешности при использовании их в качестве установочных баз.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Номенклатура и коэффициенты восстановления деталей
Наименование деталей
Модели автомобилей ,
го
ГО < •
гого
<<
§2
^го
Коэффициенты восстановления
1
2|3 |4 [' 5
6|7
Двигатель
Блок цилиндров . .... ^0,01-0,42—0,10——
Шатун 0,070,320,180,330,030,18
Гильза .........——0,97———
Распределительный вал....0,14 - 0,140,130,420,140,13
Впускной клапан 0,100,04—0,060,100,10
Выпускной клапан .0,100,040,040,060,100,10
Коленчатый вал0,270,160,160,180,170,09
Толкатель0,160,30—0,150,280,56
Вал масляного насоса....0,08—-————
Вал водяного насоса ... ;.0,400,20—0,320,220,20
Ось педали сцепления....——0,08———
Вал балансирный 0,800,70—0,90—0,71
Ось коромысел ——0,050,10——
Поршневой палец 0,200,900,200,900,530,90
Толкатель коромысел ....——0,10———
Вал шестерен привода нагие- тателя ——0,02■ — •——
Кронштейн-ось промежуточного привода шестерен маслнного насоса ——0,36 " ———
Клапан (редукционный) масляного насоса . . ... . .——0,05—
Вал включения сцепления . . .——•0,47——-—
Ротор воздушного нагнетателя.——0,65———
11
2 1
3
4 1
5
7
Короб
к а передач
Картер
0,36
0,10
0,53
0,20
0,19
0,20
Вал ведущий
0,05
—
0,30
0,05'
- —'
0,20
Ось шестерни заднего хода . .
0,50
0,50
—-
- —
—
—
Вал ведомый
Ось блока шестерен промежу-
0,27
0,05
0,52
—
—
0,50
точного вала
—
0,30
—
0,60
——
0,50
Вал промежуточный . . . . . Вал (ведущий) раздаточной ко--
—
0,20
0,02
—
—
—
робки Вал (промежуточный) раздаточ-
—
—
—
—
—
0,10
ной коробки
—
—
—
—
0,10
Вал ведомый .......
Ось блока шестерен заднего
—
—
—
—
0,10
—
хода-
—
—
0,67
0,75
■ .—
•—
Задний
м о ст
Труба полуоси,.
■0,12
—
0,11
—
Картер редуктора
0,16
- —
0,14
—
0,12
Ось колодок тормоза
0,36
—
—
—
—
—
Разжимной кулак . . . . .
0,23
—
042
—
—
Крестовина дифференциала . .
0,07
—
—
—
—
—
Вал ведущий
—
0,06—
—
—
Крышка картера
—
—
—
—
—
0,80
Картер .'..
"1 ■
—
—
—
—
0,80
Ось сателлитов дифференциала.
—
—
0,20
0,20
Шестерня полуоси
—
—
——
0,08
—
Крестовина карданного вала. .
0,20
0,95
—
" 0,36
0,95
Чашка дифференциала . . .
—
—
0,14
—
—
—
Передняя ось
Поворотная цапфа . . . . .
0,55
0,08
- 0,47
—
оде
0,24
Шкворень
0,25
:о,з2
0,57
—
0,25
—
Ось колодок переднего тормоза. Кулак разжимной тормозов пе-
0,36
0,23
0,42
—
—
—
редиего колеса ......
——
—
—
—
Шаровой палец
0,08
0,07—
—
——
Рычаг рулевой трапеции . . .
—
0,10—
—
—
—
Рычаг поворотной цапфы, .. .
— .
—
0,08
—
—
Цапфа ..
—
—
—
.. —
—
0,68
0,28
Шаровая опора переднего веду щего моста - . . . . _•„....
Стойка подвески . . ... .
Палец стойки передней под вески
0,95
Вал сошки руля . Ось ролика руля .
Рулевое у п р . . . . 0,20 . . . . 0,70
явление
0,24
0,05
0,30 0,25
1. I 2 I 34567
Компрессор Коленчатый вал0,12—0,12—
Опрокидывающий механизм Шток поршня ——0,09—
Карданный вал привода насоса опрокидывающего механизма в сборе •— .—0,15—
Приложение 2
Расчетные режимы на восстанавливаемые детали
Приложение 3
Номенклатурный план-график на восстановление деталей
ММ групп
Наименование деталей
Индекс или номер детали по каталогу
Месячная программа выпуска деталей, шт.
’ Количество деталей в одном завесе, шт.
Цикл работы ванны или вне- ваннон установки (Ц), час.
Количество завесов в смену
*
Число смен или завесов, потребных для выполнения месячной программы
1
'2
,3
4
51 ,6,
7
8 •
II
IVIVIII
IV
IV
/
ЛИТЕРАТУРА
Балакшин Б. С. Основы технологии машиностроения. М„ «Машиностроение», 1969.,■-
Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М., «Наука», 1969.
Гнеденко Б. В. Курс теории вероятностей. М., «Наука», 1969.
Г н у с и и Н. П., Коваре к ий Н. Я. Шероховатость электроосаж- денных поверхностей. М., «Наука», 1970.
К о р н Г. и К о р н Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., «Наука», 1968.
Куратовркий К-, Мостовский А. Теория множеств. М„ «Мир», 1970.
^Кудрявцев Н. Т„ К р~у гликов С. С., Воробьева Г. 3< ЖВХО им. Менделеева, 8, № 5, 483, 1963.'^ -
. Мелков М. П. Твердое осталивание. Докторская диссертация, С ратов, 1960.>■
Мелков М. П. Гальваническое наращивание деталей мащин жел зом. М., 1971.
М е л к о в М. П., Н а м а^к о н о в БВ- Авторское свидетельств № 238981.j
Мищенко К- П., Рав да ль А. А. Практические работы по зической химии. Л., «Химия», 1967.
Me л ков а И. М. Исследование условий повышения долговечност электролитических железных покрытий. Кандидатская диссертаций
М„ МАДИ, 1970..■|
3. М и т р о ф а н о в С. П. Научные основы технологической подгото! ки группового производства. М.—Л., «Машиностроение», 1965.
П е н з о в Ю. Е. Элементы математической логики и теории мнУ жеств. Саратовский университет, 1968."
П л о т к и н И. Б. Операционные припуски и допуски на механическую обработку. М., Машгиз, 1947.
Соколовский А. П. Научные основы технологии машиностроения. М.—Л. Машгнз, 1955.
Шве ц о в А. Н. Выбор деталей для осталиваиия. «Автомобильный транспорт», № 3, 1971.
Шве ц о в А. Н. Исследование антифрикционных свойств покрытий, полученных способом твердого осталиваиия. Кандидатская днс- ' сертация. М., МАДИ, 1969.
Швецов А. Н. Приработка покрытий электролитического .железа. «Автомобильный транспорт», № 4, 1972.
Н е i п h о 1 g, J., G а е g е К. W., Ingenieur — Slatistik, Miinchen Wien, 1964..-'
Duncan A. J., Quality Control and Industrial Statistics, Home Wood, 1959,.■_..
Weber E. Griindrifi der biologischen Statistik, 4rAuff. Jena, 1961.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Глава!
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ покрытий электролитического железа
Антифрикционность покрытий электролитического железа ..6
Взаимосвязь между параметрами трения и усредненной температурой на поверхности контакта*15
Особенности прирабатываемости электролитического железа ..19
Изнашиваемость электролитического железа .... . ..25
Взаимодействие поверхностных пленок у сопряжений «покрытие— подшипниковый материал»ч. .30
Работоспособность покрытий оптимальной микротвердости, подученных из электролитов различной концентрации37
Глава II
ОСНОВЫ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЛИЗАПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ
Физико-химические свойства электролитов осталивания...46
Условия псевдостационарности электролитов осталивания..54
Выбор пределов кислотности62
Выбор рациональной начальной плотности тока63
Взаимосвязь между параметрами электролиза и величиной микротвердости покрытий66
Определение наивыгоднейшей объемной плотности тока.. ^ .73
Сущность выбора рациональных режимов Электролиза...77
Глава III
ОСНОВЫ ГРУППОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ■ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Теоретическое обоснование номенклатуры восстанавливаемых де
талей 80
Определение номенклатуры восстанавливаемых деталей..86
Особенности износа восстанавливаемых поверхностей ... 89
44. Обоснование групп восстанавливаемых деталей .92
Сочетание способов восстановления деталей при групповой техно-
5логии100
Распределение толщины электролитического железа по поверхнос-
-ти катода ЮЗ
Расчет величины припуска покрытий под механическую обработку. 108 ;8. Оснастка и ванны осталивания при групповой технологии восста
новления деталей.• .^^
У. Планирование объема работ гальванических установок- ... 122
10. Расчет коэффициентов загрузки ванн н вневанных установок /. 126
1 11. Экономическая эффективность групповой технологии восстановле
ния деталей ...... _128
Заключение -• 133
Приложения135
Литература* ..... 140
* Допускается 2—3-кратное повторение операций 7, 8, 9, 10 с целью Полного удаления дефектных слоев.
I27
- МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО' И СРЕДНЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ■РСФСР■_
СИБИРСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В. В. КУЙБЫШЕВА .:
. А. Н. ШВЕЦОВ
ОСНОВЫ .
ВОССТАНОВЛЕНИЯ
' ДЕТАЛЕЙОСТАЛИВАНИЕМ
ЗАПАДНО-СИБИРСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВООМСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1973
щее время получило широкое распространение в ремонтной практике. •
Переход от мелкосерийной организации восстановления деталей к серийной означает не простое количественное наращивание объема выполняемых работ, а является новым качественным скачком в технологии восстановления деталей и организации ремонтного производства в целом.
-Существующая в настоящее время на авторемонтных заводах система разработки и подготовки деталей к восстановлению базируется на разработке индивидуальных технологических процессов и не способствует повышению качества восстанавливаемых деталей, экономичности и росту технологического прогресса.
Проблема износостойкости и долговечности деталей машин, восстановленных электролитическим железом, еще не решена полностью. До настоящего времени нет обобщенных рекомендаций по использованию простых хлористых, горячих электролитов осталивания. Частные рекомендации по малоконцентрированным электролитам нуждаются в уточнениях. Отсутствуют рекомендации по выбору параметров, условий и расчету режимов электролиза. Большинство исследователей и практиков считают, что покрытия электролитического железа по твердости и чистоте поверхности должны соответствовать требованиям чертежа на новую деталь, не учитывая при этом специфику свойств электролитического железа.
.Отсутствие обоснованных рекомендаций по обработке электролитического железа и по величине припуска покрытий под механическую обработку значительно усложняет построение всего комплекса операций по восстановительной технологии.
Вышеизложенные задачи и послужили поводом для проведения научно-исследовательских работ автора, который проводил их первоначально в МАДИ под руководством проф. М. П. Мелкова, а затем — на кафедре «Эксплуатация и ремонт автомобилей» СибАДИ. В книге сделана попытка обобщить материал о влиянии технологических основ процесса осталивания на износостойкость восстановленных деталей машин и показать особенности "й специфику электролитического железа.
Надеясь, что читатель имеет основные понятия по вопросам механизма осаждения железа и знаком с технологическим процессом осталивания, автор не претендует на всесторонний охват и полноту освещения всех затронутых вопросов.
Возникшие у читателя замечания, дополнения или пожелания— с благодарностью будут автором приняты, изучены и учтены в дальнейшей работе.
В заключение автор считает приятным долгом поблагодарить за ряд ценных замечаний й советов доктора технических наук, профессора М. П. Мелкова; за помощь в методических вопросах исследования физико-химических свойств электролитов осталивания — доктора химических наук, профессора В. Б. Ратинова; за обсуждение и критические замечания по ряДу излагаемых вопросов исследования — коллектив кафедры «Производство и ремонт автомобилей» МАДИ; а также с признательностью упоминает консультации по вопросам групповой технологии восстановления деталей, которые дал автору ныне покойный доктор технических наук, профессор I К. Т. Кошкин. j
Г л а в а ,1