UA11798U

UA11798U - Method of forming the wear-resistant surface of metalware

Info

Publication number: UA11798U
Application number: UAU200505864U
Authority: UA
Inventors: Viktor Hryhorovych Honcharov; Olena Petrivna Klimova
Original assignee: Viktor Hryhorovych Honcharov
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-01-16

Abstract

The method of forming the wear-resistant surface of metalware includes discrete application by electric spark method on the external surface of the article of coating in the form of bulges or rollers located at a distance between them made of alloying materials, and subsequent machining of the article. Then the maximum growth of the discrete coating above the surface of article and the maximum depth of cavities on bulges and rollers of alloying materials or around them on the external surface of the article that is not treated by alloying are determined. Machining of the article is carried out by method of its grinding by abrasive wheel for the amount of allowance, which is determined from the relationship.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Дана корисна модель відноситься до машинобудування і торкається-безпосередньо, удосконалення способу 2 формування зносостійкої поверхні металевих виробів шляхом нанесення на неї покриття з легуючих матеріалів електроіскровим методом.This useful model refers to mechanical engineering and directly affects the improvement of method 2 of forming a wear-resistant surface of metal products by applying a coating of alloying materials to it by the electrospark method.

Відомий спосіб формування зносостійкої поверхні металевих виробів шляхом електроіскрового легування зазначеної поверхні і наступної механічної обробки її |(Профимов В.М. Улучшение качества покрьштий, получаемьїх злектроискровь!м легированием, журн. "Злектронная обработка материалов", изд. ШТИНЦА, 1978, 70 Мо, с.861|. Згідно даного способу формування на поверхню виробу наноситься суцільне покриття з легуючих матеріалів у вигляді великої кількості поруч розташованих один біля одного пагорбків, що значно пошкоджує зовнішню поверхню виробу і знижує продуктивність виготовлення виробів. Шорсткість зовнішньої поверхні виробів при цьому значно висока і складає не менш Ка-1,25мкм, що не дозволяє використовувати даний спосіб формування зносостійкої поверхні при виготовленні високоточних виробів. 12 Найбільш близьким по суті і досягаємому результату до технічного рішення, що пропонується, є спосіб формування зносостійкої поверхні металевих виробів, заснований на дискретному нанесенні електроіскровим методом на зовнішню поверхню виробу покриття у вигляді розташованих на відстані між собою пагорбків або валиків з легуючих матеріалів і наступній механічній обробці виробу (ас. СРСР Мо1798070, В2З3НО/О0, 19931.A known method of forming a wear-resistant surface of metal products by electrospark alloying of the specified surface and its subsequent mechanical processing , p.861|. According to this method of forming, a solid coating of alloying materials is applied to the surface of the product in the form of a large number of hills located next to each other, which significantly damages the outer surface of the product and reduces the productivity of the product. The roughness of the outer surface of the products is also significantly high and is at least Ka-1.25μm, which does not allow using this method of forming a wear-resistant surface in the manufacture of high-precision products. 12 The closest in essence and achievable result to the proposed technical solution is the method of forming a wear-resistant surface of metal products based on discrete electric spark application method of coating the outer surface of the product in the form of hillocks or rollers made of alloying materials located at a distance from each other and subsequent mechanical processing of the product (as. USSR Mo1798070, В2З3НО/О0, 19931.

Дискретне електроіскрове легування поверхні виробу створює на ній значно меншу кількість пагорбків або валиків, що менш пошкоджує дану поверхню і значно прискорює процес формування зносостійкої поверхні виробу. Механічну обробку виробу виконують тут вигладжуванням його алмазним вигладжувачем при попередньому нанесенні на покриття з легуючих матеріалів більш м'якого матеріалу, на приклад міді або бронзи, що дозволяє знизити шорсткість поверхні до Ка-0,32мкм.Discrete electrospark alloying of the surface of the product creates a significantly smaller number of hills or ridges on it, which damages this surface less and significantly speeds up the process of forming a wear-resistant surface of the product. The mechanical processing of the product is carried out here by smoothing it with a diamond polisher after previously applying a softer material, for example copper or bronze, to the coating of alloying materials, which allows to reduce the surface roughness to Ka-0.32μm.

Електроіскрове легування супроводжується утворенням на зовнішній поверхні виробу високої температури, 22 перегрівом металу і викидом його до зовні, що сприяє утворенню каверн як на пагорбках або валиках з легуючих -о матеріалів, так і навколо їх на зовнішній поверхні виробу. Верхня кромка пагорбків та валиків має розвинуту поверхню і складається із напливів, загострених виступів та западин великої твердості, які сприяють інтенсивному зносу контртіла, що працює в парі з виробом. Ці дефекти є також причиною виникнення концентраторів напруги на поверхні виробу, що негативно позначається на експлуатаційній надійності виробу. соElectrospark alloying is accompanied by the formation of a high temperature on the outer surface of the product, overheating of the metal and its ejection to the outside, which contributes to the formation of cavities both on the hills or ridges of alloying materials and around them on the outer surface of the product. The upper edge of the hills and ridges has a developed surface and consists of inflows, pointed protrusions and depressions of great hardness, which contribute to intensive wear of the counterbody working in tandem with the product. These defects are also the reason for the appearance of voltage concentrators on the surface of the product, which negatively affects the operational reliability of the product. co

Механічна обробка легуючого покриття на поверхні виробів методом вигладжування його алмазним Ге») вигладжувачем сприяє тільки роздробленню окремих пагорбків та валиків легуючих матеріалів і утворенню таким чином додаткових макро і мікротріщин. Крім того, така обробка покриття не усуває загостреність кромок - пагорбків та валків, а тому не сприяє зниженню зносу контртіла і не усуває виникнення на поверхні виробів «-- концентраторів напруги. Крім того, зносостійкість контртіла, як правило, прямо зав'язана із шорсткістю зовнішньої поверхні виробу. Попереднє нанесення на легуюче покриття м'якого матеріалу і наступне -- вигладжування його за допомогою алмазного вигладжувача сприяє зниженню шорсткості зовнішньої поверхні виробу, а, отже, зменшенню зносу контртіла, але тільки на короткий час роботи виробу, що визначений прискореним зносом м'якого металу, після чого знову оголюються загострені виступи пагорбків і валиків, які « мають високу твердість і знос контртіла прискорюється. З 50 Завдання даної корисної моделі полягає у створенні способу формування зносостійкої поверхні металевих с виробів, який усуває дефектну частину шару поверхні виробу у вигляді напливів загострених виступів та западин з» і попереджує, таким чином утворенню умов виникнення концентраторів напруги чим сприяє, збереженню максимальної міцності виробів від утомленості, зменшенню шорсткості їх зовнішньої поверхні і підвищенню їх зносостійкості, а також контртіла.Mechanical treatment of the alloying coating on the surface of the products by smoothing it with a diamond Ge») smoothing machine contributes only to the fragmentation of individual hills and ridges of alloying materials and thus the formation of additional macro and microcracks. In addition, this treatment of the coating does not eliminate the sharpening of the edges - hills and rolls, and therefore does not contribute to the reduction of wear of the counterbody and does not eliminate the appearance of stress concentrators on the surface of the products. In addition, the wear resistance of the counterbody is, as a rule, directly related to the roughness of the outer surface of the product. The preliminary application of a soft material on the alloy coating and subsequent smoothing of it with the help of a diamond polisher helps to reduce the roughness of the outer surface of the product, and, therefore, to reduce the wear of the counterbody, but only for a short time of the product's operation, which is determined by the accelerated wear of the soft metal , after which the pointed protrusions of hills and ridges are again exposed, which "have high hardness and the wear of the counterbody accelerates. C 50 The task of this useful model is to create a method of forming a wear-resistant surface of metal c products, which eliminates the defective part of the surface layer of the product in the form of inflows of pointed protrusions and depressions c" and prevents, thus, the formation of conditions for the emergence of stress concentrators, which contributes to the preservation of the maximum strength of the products from fatigue, reducing the roughness of their outer surface and increasing their wear resistance, as well as counterbodies.

Поставлене завдання вирішується тим, що в способі формування зносостійкої поверхні металевих виробів, - заснованому на дискретному нанесенні електроїскровим методом на зовнішню поверхню виробу покриття у - вигляді розташованих на відстані між собою пагорбків або валиків з легуючих матеріалів і наступній механічній обробці виробу, згідно з корисною моделлю визначають максимальний приріст дискретного покриття на поверхні 7 виробу і максимальну глибину каверн на пагорбках і валиках, а також навколо останніх на зовнішній поверхніThe task is solved by the fact that in the method of forming a wear-resistant surface of metal products, which is based on the discrete application of a coating on the outer surface of the product by the electric spark method in the form of hills or rollers of alloying materials located at a distance from each other, and the subsequent mechanical processing of the product, according to a useful model determine the maximum increase in discrete coverage on the surface 7 of the product and the maximum depth of caverns on hills and ridges, as well as around the latter on the outer surface

Те) 20 виробу, а механічну обробку виробу виконують методом шліфування його абразивним кругом на величину припуску, що встановлюють за наступним співвідношенням: со Апш ЯН Спщ де: п - величина припуску під шліфування; во тах 7 максимальний приріст дискретного покриття над поверхнею виробу;Te) 20 products, and the mechanical processing of the product is carried out by grinding it with an abrasive wheel to the size of the allowance, which is set according to the following ratio: со Apsh YAN Spsch where: n - the size of the allowance for grinding; in tach 7, the maximum increase of the discrete coating over the surface of the product;

Стах - максимальна глибина каверн на пагорбках і валиках легуючих матеріалів, або навколо них на с зовнішній поверхні виробу, що необроблена легуванням.Stach - the maximum depth of caverns on hills and ridges of alloying materials, or around them on the outer surface of the product, which is not treated with alloying.

Попереднє визначення перед механічною обробкою приросту дискретного покриття над поверхнею виробу, який утворюється за рахунок пагорбків або валиків, а також максимальної глибини каверн і здійснення бо механічної обробки виробу шліфуванням абразивним кругом на величину припуску що встановлюють за співвідношенням:Preliminary determination before mechanical processing of the increment of a discrete coating over the surface of the product, which is formed due to hills or ridges, as well as the maximum depth of caverns and the implementation of mechanical processing of the product by grinding with an abrasive wheel for the amount of the allowance established according to the ratio:

Атяах 5 5 С тах дозволяє усунути дефектний шар поверхні виробу, який є джерелом утворення концентраторів напруги, або знівелювати розвинуту поверхню пагорбків і валиків з легуючих матеріалів, попередивши умови виникнення бо зазначених концентраторів напруги, що буде сприяти збереженню за рахунок цього максимальної міцності виробу від утомленості і зменшенню його шорсткості, що сприяє підвищенню його зносостійкості а також зменшенню зносу контртіла, що працює в парі з виробом.Atyaakh 5 5 C tah allows to eliminate the defective layer of the surface of the product, which is the source of the formation of stress concentrators, or to level the developed surface of hills and rollers made of alloying materials, preventing the conditions for the occurrence of these stress concentrators, which will contribute to preserving the maximum strength of the product from fatigue due to this and reducing its roughness, which helps to increase its wear resistance, as well as to reduce the wear of the counterbody working in tandem with the product.

Аналогічних технічних рішень зі схожими ознаками при проведенні патентно-інформаційного пошуку не виявлено. Це свідчить про те, що технічне рішення, яке пропонується, є новим і промислове придатним.Analogous technical solutions with similar features were not found during the patent information search. This indicates that the proposed technical solution is new and industrially applicable.

Корисна модель пояснюється кресленням, де на фіг.ї, 2 схематично зображені фрагменти зовнішньої поверхні виробу після дискретного нанесення на неї електроіскровим методом покриття із легуючих матеріалів:The useful model is explained by the drawing, where in Fig. 2, fragments of the outer surface of the product are schematically depicted after the discrete application of a coating of alloying materials on it by the electrospark method:

Фіг.1 - у вигляді пагорбків; Фіг.2 - у вигляді валиків; на Фіг.3 - подовжений переріз зовнішньої поверхні виробу після легування, збільшено; на Фіг.4 - теж саме, по завершенню механічної обробки виробу.Fig. 1 - in the form of hills; Fig. 2 - in the form of rollers; in Fig. 3 - elongated section of the outer surface of the product after alloying, enlarged; in Fig. 4 - the same, after the completion of mechanical processing of the product.

Спосіб формування зносостійкої поверхні металевих виробів здійснюють наступним чином. 70 На зовнішню поверхню 1 виробу одним із відомих способів наносять дискретне покриття, наприклад, електроіїскровим методом у вигляді розташованих на відстані між собою пагорбків 2 або валиків 3, з легуючих матеріалів (хрому, нікелю та ін.) або сплавів. За рахунок високої температури і енергії легування виникає перегрів металу і викид його до зовні як на пагорбках і валиках, так і на поверхні 1 виробу, що сприяє утворенню на них каверн (поглиблень) 4 і 5 відповідно. Верхня кромка зазначених пагорбків і валиків має /5 розвинену поверхню із загострених виступів 6 і западин 7.The method of forming a wear-resistant surface of metal products is carried out as follows. 70 A discrete coating is applied to the outer surface 1 of the product in one of the known ways, for example, by the electrospark method in the form of hills 2 or rollers 3 located at a distance from each other, made of alloying materials (chromium, nickel, etc.) or alloys. Due to the high temperature and energy of alloying, overheating of the metal occurs and its ejection to the outside both on the hills and ridges, and on the surface 1 of the product, which contributes to the formation of caverns (indentations) 4 and 5, respectively. The upper edge of the indicated hills and ridges has /5 a developed surface with pointed protrusions 6 and depressions 7.

Загальний шар електроіскрового зносостійкого покриття має дві частини; верхній у вигляді пагорбків 2 або валиків 3, розташованих над зовнішньою поверхнею 1, і нижню 8 (дифузійну) частину, яка виникає за рахунок легуючих матеріалів і впроваджується на визначену глибину в матрицю (основу) виробу.The general layer of the electrospark wear-resistant coating has two parts; the upper in the form of hills 2 or ridges 3, located above the outer surface 1, and the lower 8 (diffusion) part, which arises due to alloying materials and is introduced to a certain depth into the matrix (base) of the product.

По завершенню легування поверхні виробу визначають максимальний приріст дискретного покриття Атах над поверхнею 1 виробу, а також максимальну глибину Стах каверн 4 і 5 на пагорбках і валиках легуючого матеріалу або навколо них на зовнішній поверхні, що не оброблена легуванням.Upon completion of alloying of the surface of the product, the maximum growth of the discrete coating Atah over the surface 1 of the product, as well as the maximum depth of Stach caverns 4 and 5 on the hills and ridges of the alloying material or around them on the outer surface, which is not processed by alloying, are determined.

Механічну обробку виробу виконують методом шліфування абразивним кругом 9 на величину припуску, що встановлюється за наступним співвідношенням: в Атах 5 Ах С тах де: п - величина припуску під шліфування; -Mechanical processing of the product is carried out by the method of grinding with an abrasive wheel 9 to the amount of the allowance, which is set according to the following ratio: in Atah 5 Ah C tah where: n - the amount of the allowance for grinding; -

Атіях 7 максимальний приріст дискретного покриття над поверхнею виробу;Atiyah 7 maximum growth of discrete coating over the surface of the product;

Стах - максимальна глибина каверн на пагорбках і валиках легуючих матеріалів, або навколо них на зовнішній поверхні виробу, що необроблена легуванням. г о)Stach - the maximum depth of caverns on hills and ridges of alloying materials, or around them on the outer surface of the product, which is not treated with alloying. d o)

При шліфуванні виробу здійснюється зрізання пагорбів або валиків з розвинутою поверхнею, за рахунок чого їх зовнішня поверхня нівелюється згідно до зовнішньої поверхні 1, або зрізається зовнішній шар виробу, це Ф значно зменшує можливість утворення умов для виникнення концентраторів напруги і зменшує шорсткість - поверхні виробу. Зрізання зовнішнього шару виробу на величину що лежить в межах максимальної глибини каверн 4 або 5 призводить до усунення макро і мікротріщін на зовнішній поверхні виробу які були утворені в -- процесі електроіскрового легування. По завершенні шліфування виробу на величину зазначеного припуску п на -- поверхні виробу можуть залишаться маленькі каверни які при експлуатації виробу слугують ємностями для мастила і сприяють, таким чином зменшенню коефіцієнту тертя і зносу як виробу, так і контртіла.When grinding the product, hills or ridges with a developed surface are cut, due to which their outer surface is leveled according to the outer surface 1, or the outer layer of the product is cut, this significantly reduces the possibility of creating conditions for the emergence of stress concentrators and reduces the roughness of the surface of the product. Cutting the outer layer of the product to a value that lies within the maximum depth of caverns 4 or 5 leads to the elimination of macro and microcracks on the outer surface of the product that were formed in the process of electrospark alloying. Upon completion of grinding the product to the value of the specified allowance n, small caverns may remain on the surface of the product, which during operation of the product serve as containers for lubrication and thus contribute to reducing the coefficient of friction and wear of both the product and the counterbody.

Шліфування виробу на величину припуску Й, що складає менш ніж Атах не виключає усунення усіх « загострених виступів, що знаходяться на пагорбках 2 і валиках З і мікротріщин на їх зовнішній поверхні, що - 70 негативно позначається на експлуатаційній надійності виробу. В той же час, шліфування виробу з припуском п, с що перевищує Стах, зменшує загальну площу легованого покриття і товщину зміцненого шару на його зовнішній з» поверхні, що також негативно позначається на працездатність і зносостійкість виробу і трибосистеми в цілому.Grinding the product to an allowance value of Х, which is less than Atah, does not exclude the elimination of all "pointed protrusions located on the hills 2 and rollers З and microcracks on their outer surface, which - 70 negatively affects the operational reliability of the product. At the same time, grinding the product with an allowance n, c that exceeds Stakh reduces the total area of the alloy coating and the thickness of the strengthened layer on its outer surface, which also negatively affects the performance and wear resistance of the product and the tribosystem as a whole.

Спосіб формування зносостійкої поверхні металевих виробів придатний при виробництві як сталевих так і чавунних виробів, а також виробів із кольорових сплавів (міді, алюмінію тощо).The method of forming a wear-resistant surface of metal products is suitable for the production of both steel and cast iron products, as well as products made of non-ferrous alloys (copper, aluminum, etc.).

Спосіб формування зносостійкої поверхні, що пропонується, досліджувався на зразках із високоміцного - чавуну з кулястим графітом і сталі 4А2ХМФА які використовуються при виготовленні колінчастих валів двигунів - внутрішнього згоряння транспортних засобів. На зовнішню поверхню зразків виконувалось нанесення електроіїскровим методом дискретного покриття із легуючих металів що містять хрому - 2095 і нікелю - 1095 у 7 вигляді пагорбків або валиків, що чергуються між собою з величиною приросту 45-90мкм над поверхнею виробу. (се) 20 Глибина каверн на поверхні зразків складала 42-13О0мкм.The proposed method of forming a wear-resistant surface was studied on samples of high-strength cast iron with spheroidal graphite and 4A2KhMFA steel, which are used in the manufacture of crankshafts of engines of internal combustion vehicles. On the outer surface of the samples, a discrete coating of alloying metals containing chromium - 2095 and nickel - 1095 was applied to the outer surface of the samples in the form of 7 alternating hills or ridges with an increment of 45-90 microns over the surface of the product. (se) 20 The depth of the caverns on the surface of the samples was 42-13O0μm.

Механічну обробку зразків виконували методом шліфування на величину припуску що знаходився у межах со ЗОмкм«ейе150МкмМ.The mechanical processing of the samples was carried out by the method of grinding to the amount of the allowance, which was within the limits of 300 µm and 150 µm.

Дослідні роботи показують, що пропонуємий спосіб формування зносостійкої поверхні виробів забезпечує їх шорсткість в межах від Ка-0,32мкм і нижче, підвищує їх зносостійкість на 35-4595 для сталевих і на 37-6595 для 59 чавунних виробів. Одночасно підвищується в 1,4-1,65 рази зносостійкість контртіла і забезпечується збереження с міцності виробів від утомленості.Research works show that the proposed method of forming the wear-resistant surface of products ensures their roughness in the range of Ka-0.32μm and below, increases their wear resistance by 35-4595 for steel and by 37-6595 for 59 cast-iron products. At the same time, the wear resistance of the counterbody increases by 1.4-1.65 times and the fatigue strength of the products is ensured.

Claims

The formula of the invention

The method of forming a wear-resistant surface of metal products, which includes the discrete application of a coating on the outer surface of the product by the electrospark method in the form of hills or rollers of alloying materials located at a distance from each other and the subsequent mechanical processing of the product, which is characterized by the fact that the maximum growth of the discrete coating over the surface of the product is determined and the maximum depth of caverns on the hills and ridges of alloying materials or around them on the outer surface of the product that is not treated with alloying, and the mechanical processing of the product is carried out by grinding it with an abrasive wheel to the amount of the allowance, which is set according to the following ratio: n - amount of allowance for grinding; Atakh 7 is the maximum growth of a discrete coating over the surface of the product; Stakh - the maximum depth of caverns on hills and ridges of alloying materials or around them on the outer surface of the product, which is not processed by alloying. that 2 (ee) (o) і- "- є -

with . and? - - -I se) IR e) c 60 b5