Способ восстановления изношенных поверхностей деталей

Способ восстановления изношенных поверхностей деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование1 ремонтные работы поверхностей , подверженных касательным нагрузкам. Сущность изобретения: перед нанесением на изношенную поверхность покрытий предварительно на ней выполняют канавки прямоугольной формы на расстоянии одна от другой, равном: , где а - расстояние между канавками; b - ширина канавки; TI - предел прочности на сдвиг материала покрытия; тг предел прочности на сдвиг восстанавливаемой детали, а глубину канавок определяют из соотношения b 7сж1 h b2 7pi/3a га, где h- глубина канавки; 7Р1 - предел прочности на разрыв материала покрытия; Осж1 - предел прочности на сжатие материала покрытия 2 табл., 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

P ЕСПУБЛИК (я)5 В 23 Р 6/ОО

ГОСУДАР СТ ВЕННОЕ ПАТЕ НТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ц а=Ь

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21)4932157/27 (22) 29,04.91 (46) 15,12,92. Бюл, ¹ 46 (71) Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им, Н. Э. Баумана (72) И; К. Соколов, В. M. Зурабов и А. Н, Еремичев (56) Борисов Ю. С, и др. Гэзотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник, Киев, Наукова думка", 1987, с, 544. (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ (57) Использование: ремонтные работы поверхностей, подверженных касательным

Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей, преимуществечно подверженных касательным нагрузкам, Известен способ восстановления изношенных деталей. включающих нанесение покрытий. Перед нанесением покрытий на восстанавливаемой поверхности наносят рваную резьбу. Недостатком способа является низкая прочность покрытия на срез.

Известен также способ. при котором на восстанавливаемой поверхности эыполйяют канавки типа "ласточкин хвост". а затем наносят покрытие. Недостатком этого способа является высокая трудоемкость, а также низкая прочность восстанавливаемой детали на срез.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ восстановления изношенных поверхностей нанесением покрытий, при котором подго,, Ы,, 1780974 А1

2 нагрузкам. Сущность изобретения: перед нанесением на изношенную поверхность покрытий предварительно нэ ней выполняют канавки прямоугольной формы на расстоянии одна от другой, равном: а=Ь . t>/х2, где а — расстояние между канавками; Ь— ширина канавки; т1 — предел прочности на сдвиг матерйала покрытия; т2 — предел прочности на сдвиг восстанавливаемой детали, а глубину канавок определяют йз соотношения b r1/+2 (т,ж1 < h < b сгр1/За т2, где иглубина канавки; о 1 — предел прочности на

РаЗРЫВ МатЕРИапа ПОКРЫТИЯ; <Т к1 — ПРЕДЕЛ прочности на сжатие материала покрытия, 2 табл.. 2 ил; товку изношеннйх поверхностей осуществляют нарезкой канавок. Недостатком данного способа является низкая прочность восстанавливаемой детали на срез.

Целью изобретения является повышение прочности восстановленной детали на срез, Для достижения этой цели в способе восстановления изношенных поверхностей, включающем выполнение канавок и последующее нанесение покрытий, канавки выполняют прямоугольной формы на расстоянии

) друг от друга, где а — расстояние между канавками; Ь— ширина канавки; z1 — предел прочности на сдвиг материала покрытия; т2 — предел прочности на сдвиг восстанавливаемой детали.

1780974

При ширине канавок меньшей, чем это следует из соотношения (3), будет срезаться покрытие по линии 1, фиг. 2, Если a

Разрушающая нагрузка на срез, при выполнении канавок, типа "ласточкин хвост", 10 будет также меньше, чем для прямоугольных канавок. Дело в том, что у канавок, типа

"ласточкин хвост", площадь, по которой происходит когезионное разрушение покрытий,(площадь канавок у верхней повер15 хности восстанавливаемой детали) меньше, чем у прямоугольных. У канавок, типа "ласточкин хвост", меньше площадь и у основания выступов, разделяющих канавки.

Поэтому, максимальная прочность на срез у . 20 восстанавливаемой детали будет для канавок прямоугольной формы при выполнении условия (1).

Выделим двумя плоскостями. параллельными направлению. приложения на25 грузки и отстоящими друг от друга на единичном расстоянии, участок в детали и рассмотрим одну канавку, заполненную покрытием. Ее можно рассматривать как консольную балку единичной ширины, длиной

30 h и толщиной Ь, нагруженную по одной из поверхностей распределенной нагрузкой

o „„1. Максимальные напряжения, возникающие в балке, можно определить по известным формулам сопротивления материалов

Следбвательно, заявляемый способ соответствует критерию "существенное отличие".

На фиг. 1 представлена подготовка поверхности восстанавливаемой детали под .нанесение покрытий; на фиг. 2 — варианты возможного разрушения покрытия и основы. Форма канавок, а также соотношение размеров устанавливаются из следующих соображений.

Предложенный способ восстановления изношенных поверхностей, включающий нанесение покрытия, предназначен для деталей, у которых покрытия работают на сдвиг. Если на восстанавливаемой поверхности выполнить канавки треугольной фор. мы, то на этой поверхности появляются участки наклонные к направлению приложения усилий. B результате появляется составляющая усилия, направленная по нормали к границе раздела "основа — покрытие", что приводит к резкому снижению адгезионной прочности покрытия, кроме того, если покрытие выполнено в виде кольцевого слоя, то в нем появляются растягивающие усилия, В результате снижается прочность покрытия на срез, Выполнение на восстанавливаемой детали канавок прямоугольной формы, не приводит к такому неблагоприятному перераспределению усилий и, следовательно, повышает прочность покрытия.

Соотношение между шириной канавок и расстоянием между ними вытекает из условия равнопрочности на срез материала детали и покрытия

@max

0max ——

W (4) 3h

7Jmax — тн

Ьг (5) д 72=о 71 (3) Глубину канавок определяют из соотношения

Ьго 1 h — — Š— (2) (тсж1 3 а 72 где h —. глубина канавки; F1 — предел прочности на разрыв материала покрытия, Осж1 — ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ На СжатИЕ МатЕРИала покрытия, Как показали результаты патентного поиска, не известно способа восстановления ,изношенных поверхностей, в котором выполняли бы канавки прямоугольного сечения и при этом ширина, глубина канавок и расстояние между ними связывалось бы соотношениями а=Ь вЂ” и

r> ЬГ1 Ь Î1

< 1< Р

<2 осх1 3 а 72 где M ax — максимальный момент; W — мо40 мент сопротивления сечения балки.

g„ 1 h2 1 b2

В нашем случае Мвах " 2 W =

После подготовки получим

Максимальные напряжения возникают на

50 верхней и нижней плоскостях балки, На верхней плоскости — усилия растяжения. На нижней — усилия сжатия, Учитывая, что прочность покрытия на растяжение меньше чем на сжатие получим

55 о 3п

Напряжение, прикладываемое к покрытию, передается и на выступ основы. Под дейст1780974

gaza 3h

Р 2 (8)

Ь сг»

3 айаг (9) Ь Т1 „Ьг Î 1

72 ос®1 3 а гг

45 (11) Максимальная глубина

50 вием этого усилия в основе возникают усилия среза, Максимальные o „Oïðåäåëèì из максимальных усилий, которые может выдержать выступ основы на срез.

О, =тг а/h (7) Подставляя значения о, в выражение (6), получим

Отсюда вытекает максимальное значение глубины канавки

При большей глубине канавки будет наблюдаться разрушение покрытия под действием изгибающих напряжений по линии 1, фиг, 2, При малой глубине канавок под дей ствием нагрузки покрытие разрушается по линии 2, фиг, 2, под углом 45 к направлению приложения нагрузки и по образовавшейся поверхности наезжает на гребни канавок, что приводит к его разрушению вдоль образующей. Срез покрытия по линии

1, фиг. 2, будет наблюдаться при условии

Ь|1oh /2 гт 1 (10) Ь xi — представляет усилие для среза покрытия по верхней кромке канавки: h V2 п,ж1— усилие для поднятия покрытия на вершины канавок; h V2 — площадь, по которой разрушается покрытие при подъеме на вершины канавок, Коэффициент V2 учитывает. что покрытие разрушается под углом 45 по отношению к усилию среза, Объединяя выражения (9) и (10) получим

Ь71

При h< -г2 — = — покрытие поднимается на тсж1 гребни канавок и разрушается при сравнительно низких нагрузках. При h> р nob 0 i

3 а 72 крытие также разрушается при сравнительно низких нагрузках. Здесь следует учитывать, что oði уменьшается с увеличением толщины покрытия из-эа возникающих в нем внутренних напряжениях, Наибольшие касательные усилия, которые выдерж11вает восстановленное изделие, будут при значениях h, вытекающих иэ соотношения (11).

Пример конкретного выполнения способа осуществлен при нанесении покрытий

5 плазменным методом на установке УПУ—

ЗД. Покрытие из порошка Пà — 19М вЂ” 01 наносилось на боковую поверхность цилиндрического образца из латуни. Затем образец устанавливался в штамп и с по10 мощью пресса к покрытию прикладывалось усилие на срез. По усилию разрушения P u площади F определялся предел прочности сцепления покрытия на срез где P — усилие разрушения покрытия; F— площадь покрытия.

При испытании образцов. с нанесением

20 резьбы в качестве подготовки напыляемой поверхности, предел прочности на срез составил 1,7 кг/мм, Предварительно были измерены пределы прочности на сдвиг материала покры25 тия и основы. Они составили для материала покрытия т1=4,9 4-0,6 кгl мм . Для материала

2 подложки на порядок больше юг=45 кг/мм .

Значения о 1 составили 20+. 4 кг/мм, покрытий из порошка. Пà — 19М вЂ” 01 составляет

30 5": 1,5 кг/мм, Результаты испытания образцов с покрытиями, подготовка напыляемых поверх- ностей которых осуществлялась нанесением канавок свезены в табл. 1 с усреднени35 ем по 4-м испытаниям.

В первых двух примерах наблюдался срез покрытия. В третьем — смешанное разрушение. В четвертом примере срезался материал основы. Так иэ сопоставления г1 и тг

40 следует, что максимальное усилие на срез действительно достигается при отношении

Ь/а = 10. Минимальная глубина канавки (при а=0,2 мм и b=2 мм) определяется как

Ьг1 2 49

- — --- — 72 — — — = 0,35 м . — — — = =074мм.

b o1 4 5

Затг Об 45

При испытаниях глубина канавки лежала в

55 указанных пределах и составляла.0,4 мм.

Данные экспериментальной проверки условия (2) представлены в табл, 2.

В первом примере происходит разрушение покрытия по линии 2, фиг. 2. Во 2 — 4 примерах наблюдается смешанное разрушение, 1780974 прямоугольной формы на расстоянии одна от другой, равном по линиям 1 и 3, фиг. 2, В примере 5 разрушенйе происХодит по покрытию, т.е. по линии 1, фиг. 2, Результаты испытаний подтверждают, что выполнение на восстанавливаемой де- 5 тали канавок прямоугольной формы при выполнении соотношений (I) и (2) повышает прочность сцепления покрытия на срез.

Использование изобретения позволит повысить работоспособность восстанов- 10 ленных поверхностей за счет увеличения йрочности на срез.

Формула изобретения

Способ восстановления изношенных поверхностей деталей, включающий выпол- 15 нение канавок и последующее нанесение покрытий, отличающийся тем, что,.с целью повышения прочности восстановленных деталей на срез. канавки выполняют

20 т .а=Ь ти где а — расстояние между канавками; Ь— ширина канавки, t< — предел прочности на сдвиг материала покрытия; т — предел прочности на сдвиг восстанавливаемой детали, и глубиной, определяемой из соотношения

<Ь< 2

ЬТ1 Ь О1

72 о ы 3 атг где h — глубина канавки; сгр — предел прочности на разрыв материала покрытия, о ы — предел прочности на сжатие материала покрытия.

Таблица 1

Таблица 2

Фиг. 7.

Составитель И.Соколов

Редактор В.Фельдман Техред М,Моргентал Корректор Н,Милюкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4240 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская нэб., 4/5