способ восстановления соединения деталей типа "золотниковая пара"

Формула изобретения

Способ восстановления соединения деталей типа «золотниковая пара», включающий нанесение на поверхность отверстия корпуса золотниковой пары, выполненного из чугуна, слоя меди методом электроискровой обработки, отличающийся тем, что нанесенный на поверхность отверстия корпуса слой меди удаляют до термодиффузионной зоны, а на поверхность золотника наносят слой из низко- или среднеуглеродистой стали методом электроискровой обработки в механизированном режиме на установке с энергией разряда 0,81-1,66 Дж при подаче электрода, составляющей 0,2-0,4 мм/об, и вращении золотника с частотой 8-16 об/мин, после чего производят укатку и притирку поясков золотника и нанесение на них методом финишной антифрикционной безабразивной обработки пленки из латуни.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и ремонта деталей машин и может быть использовано на машиностроительных и ремонтно-технических предприятиях агропромышленного комплекса.

Известен способ ремонта узлов трения типа «золотниковая пара», который заключается в применении расточки, развертки с последующей притиркой или алмазном хонинговании для отверстий корпусов и хромировании или железнении золотников с последующим шлифованием (Нилов Н.И. Методические рекомендации по технологии ремонта гидравлической аппаратуры. - М.: Центр научно-технологической информации и рекламы, 1988. - 36 с.).

Недостатком указанного способа является то, что процесс хромирования протекает медленно; слой хрома вследствие его высокой твердости механически трудно обрабатывать. Кроме того, хромирование как способ восстановления изношенных поверхностей является сравнительно дорогостоящим из-за большого расхода электроэнергии, времени и дефицитности электролита, экологически небезопасен. Процесс железнения также имеет существенные недостатки: это многостадийность процесса, необходимость тщательной подготовки подложки перед железнением, образование дендритов на кромках золотника, низкая коррозионная стойкость, невысокая твердость покрытия. Сцепление металла с нанесенным слоем значительно ниже, чем при хромировании, так же экологически небезопасен.

Известен способ ремонта узлов трения типа «плунжерная пара», заключающийся в нанесении на изношенную поверхность отверстия детали из чугуна антифрикционного покрытия методом электроискровой обработки (RU № 2173731, МПК-7 С 23 С 4/12, 26/00, опубл. 20.09.2000).

Недостатком известного способа является высокая твердость антифрикционного покрытия, достигаемая только на термодиффузионном участке слоя и основы, что не позволяет использовать нанесенный слой для упрочнения восстановленной поверхности.

Технический результат заключается в снижении интенсивности изнашивания и повышении ресурса золотниковой пары за счет изменения физико-механических свойств рабочих поверхностей.

Технический результат достигается тем, что в способе восстановления соединения деталей типа «золотниковая пара», включающем нанесение на поверхность отверстия корпуса золотниковой пары, выполненного из чугуна, слоя меди методом электроискровой обработки, нанесенный на поверхность отверстия корпуса слой меди удаляют до термодиффузионной зоны, а на поверхность золотника наносят слой из низко- или среднеуглеродистой стали методом электроискровой обработки в механизированном режиме на установке с энергией разряда 0,81-1,66 Дж при подаче электрода, составляющей 0,2-0,4 мм/об и вращении золотника с частотой 8-16 об/мин, после чего производят укатку и притирку поясков золотника и нанесение на них методом финишной антифрикционной безабразивной обработки пленки из латуни.

Способ осуществляют следующим образом. На изношенные пояски отверстия корпуса методом электроискровой обработки наносят слой меди, затем нанесенный слой удаляют механообработкой до термодиффузионной зоны, а качество поверхности достигают обработкой чугунным притиром. На поверхность золотника наносят слой из низко- или среднеуглеродистой стали методом электроискровой обработки в механизированном режиме на установке «Элитрон-22БМ» с энергией разряда 0,81-1,66 Дж, подачей электрода 0,2-0,4 мм/об и частотой вращения золотника 8-16 об/мин. После нанесения слоя металлопокрытия на пояски золотника предварительно чугунным притиром снимают верхний слой, представляющий собой окислы и фрагменты застывшего металла, затем поверхности поясков укатывают при частоте вращения золотника 400-500 об/мин, подаче 0,2-0,4 мм/об и удельном давлении укатывающего шарика 50 кГс/см². После этого золотник чугунным притиром подгоняют под отверстие до обеспечения зазора в паре 8-10 мкм. На подготовленные пояски золотника наносят пленку из латуни Л63 толщиной 2-4 мкм на диаметр методом финишной антифрикционной безабразивной обработки при частоте вращения золотника 50-63 об/мин, продольной подаче 0,25-0,35 мм/об, удельном давлении инструмента 50-90 кГс/см² и частоте вращения стержня 90-100 об/мин. В зону обработки подается активирующая жидкость, состоящая из 8-10 частей кислоты соляной технической и глицерина.

Заявляемые пределы параметров операций обосновываются требованием по толщине и качеству наплавляемого слоя, который компенсирует величину износа рабочих поверхностей деталей. Увеличение энергии разряда выше 1,66 Дж ограничено возможностями электроискровых установок, работающих в механизированном режиме стержневыми электродами, снижении энергии разряда ниже 0,81 Дж не обеспечивает необходимую толщину слоя. При значении подачи менее 0,2 мм/об толщина слоя снижается, при увеличении подачи свыше 0,4 мм/об снижается сплошность нанесенного слоя. Снижение частоты вращения золотника менее 8 об/мин позволяет повысить сплошность покрытия, однако при этом снижается толщина, увеличение частоты вращения свыше 16 об/мин снижает сплошность слоя до 60%. Удаление с восстановленной поверхности отверстия слоя меди до термодиффузионной зоны позволяет значительно повысить твердость поверхности, а наличие тонкой пленки из латуни на восстановленной поверхности золотника увеличивает площадь фактического контакта, что приводит к резкому снижению интенсивности изнашивания и повышению ресурса золотниковой пары.

Исследование заявленных режимов электроискровой обработки поясков золотника осуществляли на установке «Элитрон-22Б» в механизированном режиме.

Результаты выбора наплавочных материалов для наплавки поясков золотников гидрораспределителей представлены в табл.1, из которой следует, что все наплавляемые материалы пригодны для восстановления изношенных поясков золотников.

Таблица 1
Материал электрода	Толщина наплавленного слоя на диаметр, мкм
Св08	270-305
Сталь 65Г	320-330

Металлографические исследования проводили на приборе ПМТ-3. Результаты исследований микротвердости покрытий, полученных электроискровой обработкой, представлены в табл.2, где для сравнения приведены справочные данные по микротвердости материалов электродов в исходном состоянии. Видно, что микротвердость покрытия вглубь зоны соединения снижается и затем поднимается на всей протяжённости вдоль зоны соединения.

Таблица 2
Соединяемые металлы	Микротвердость покрытия вдоль зоны соединения, МПа				Микротвердость покрытия, МПа	Микротвердость основного металла, МПа	Микротвердость электрода, МПа
	1	2	3	4
СЧ21+М1б	4500	448	515	502	1300-	2200-	740-780
15Х+65Г	8504	0	0	0	1600	2300	6900-7460
15Х+СВ08	7034	854	870	867	9200-	7300-	3000-3200
		9	0	0	5690	7400
		692	677	681	6215-	7300-
		6	9	2	5204	7400

Микротвердость покрытия из меди M1б составляет 1300-1600 МПа, что в два раза выше микротвердости меди M1б в исходном состоянии, и 4500...5150 МПа на границе раздела (термодиффузионная зона), что, приблизительно, соответствует микротвердости стали 45 после термообработки (HRC 45...50).

При обработке стали 15Х низко- и среднеуглеродистой сталью 65Г микротвердость покрытия вглубь зоны соединения снижается и затем поднимается на всей протяженности вдоль зоны соединения, что вполне приемлемо для восстановления золотников.

Микротвердость основных металлов СЧ21 и 15Х, независимо от материала электрода, практически не изменялась и была равна его микротвердости в исходном состоянии. Сплошность покрытий вдоль зоны соединения для всех исследуемых сочетаний материалов составила 87...95%. Влияние материала электрода на плотность покрытий показывает, что для всех исследуемых сочетаний соединений материалов она достаточно высока и составляет 90-98%.

Триботехнические испытания пары трения «золотник-отверстие корпуса» проведены по схеме «вал - сегмент втулки» на грани заедания на установке «СМТ-1» по ГОСТ 23.224-86. Для исследований были приняты следующие пары образцов:

1 «вал» - кольцо, изготовленное из стали 15Х с твердостью, полученной объемной закалкой 58 HRCэ; «сегмент втулки», изготовленный из серого чугуна СЧ21 с твердостью по НВ 220;

2 «вал» - кольцо, изготовленное из стали 15Х (твердость 58 HRCэ), с нанесенным слоем металлопокрытия из стали 65Г толщиной 300 мкм на диаметр и последующей механообработкой до удаления 60% слоя, «сегмент втулки», изготовленный из серого чугуна СЧ21, с нанесенным слоем металлопокрытия из меди толщиной 85 мкм на сторону и последующей механообработкой до удаления 50% слоя;

3 «вал» - кольцо, изготовленное из стали 15Х (твердость 58 HRCэ), с нанесенным слоем металлопокрытия из стали 65Г толщиной 270 мкм на диаметр и последующей механообработкой до удаления 60% слоя, подготовленная поверхность обработана латунью Л63 методом финишной антифрикционной безабразивной обработки. Толщина слоя составила 5 мкм на диаметр; «сегмент втулки», изготовленный из серого чугуна СЧ21, с нанесенным слоем металлопокрытия из меди толщиной 70 мкм на сторону и последующей механообработкой до удаления 90% слоя.

Результаты исследования триботехнических свойств приработанных пар при поступательном движении представлены в табл.3.

Таблица 3
№ пары образцов	Pм.п.	Роп	fmin	I c	Iк	I	ФI
	МПа
1	15,9	9,6	0,14	5,31·10-10	2,94·10 -10	8,25·10-10	8,59·10-11
2	21,1	12,7	0,118	7,12·10 -9	9,71·10-12	7,13·10-9	5,61·10-10
3	23,9	14,4	0,097	6,87·10 -11	4,94·10-11	11,81·10-11	8,2·10-12

Где Р_м.п - максимальная нагрузка, МПа, характеризующая предзадирное состояние; Р _оп - оптимальная нагрузка, МПа; f_min - минимальный коэффициент трения, соответствующий оптимальной нагрузке; I_c - интенсивность изнашивания сегмента; I_к - интенсивность изнашивания кольца; _I - суммарная интенсивность изнашивания сегмента и кольца; Ф_I - фактор износа, отношение суммарной интенсивности изнашивания сегмента и кольца к оптимальной нагрузке.

Лабораторные испытания показали, что время приработки пары трения №3 относительно базовой пары №1 сократилось в 2,7 раза, коэффициент трения в зоне максимальной скорости относительного скольжения снизился на 70% и составил 0,097 при коэффициенте вариации 0,13, при сравнении по фактору износа интенсивность изнашивания соединения снизилась в 10,5 раза.

Таким образом, совместное применение метода электроискровой обработки и финишной антифрикционной безобразивной обработки позволяет при восстановлении изношенных поверхностей снизить интенсивность изнашивания и повысить ресурс золотниковой пары за счет получения пары с высокими триботехническими свойствами.