Технологическое повышение износостойкости и контактной прочности установочных элементов технологической оснастки методом лазерного борохромирования

• Автор: Говоров, Игорь Витальевич
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 185 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследований
1.1. Характер износа и основные факторы, влияющие на износостойкость установочных элементов
1.1.1. Влияние условий эксплуатации на износостойкость установочных элементов приспособлений
1.1.2. Влияние изнашивающей способности заготовок на износостойкость установочных элементов
1.1.3. Влияние состояния поверхностного слоя установочных элементов на их износостойкость
1.1.4. Применение теории подобия для прогнозирования износостойкости установочных элементов
1.2. Технологические способы повышения поверхностной прочности элементов технологической оснастки
1.3. Технологические возможности поверхностного лазерного легирования элементов технологической оснастки бором и хромом
Основные выводы по главе
1.4. Цель работы и задачи исследований
2. Теоретические аспекты повышения износостойкости функциональных поверхностей установочных элементов на основе расчета глубины лазерного легирования и теории подобия
2.1. Определение положения линии максимальных касательных напряжений и критической глубины лазерного легирования
2.2. Применение критериев подобия для оценки износостойкости функциональных поверхностей установочных элементов, упрочненных лазером
2.3. Автоматизация расчета на ПЭВМ критической глубины лазерного упрочнения и критериев подобия
Основные выводы по главе
3. Методика проведения экспериментальных исследований
3.1. Выбор образцов и предварительная подготовка их функциональных поверхностей
3.2. Технологические особенности получения износостойких покрытий с использованием лазерного излучения
3.2.1. Технология лазерной поверхностной обработки диффузионных покрытий
3.2.2. Технологические особенности лазерного борохромирования из обмазок
3.3. Выбор критериев оценки износостойкости и контактной
прочности исследуемых поверхностей
3.4. Методы экспериментального определения критериев износостойкости и контактной прочности упрочненных поверхностей
Основные выводы по главе
4. Разработка износостойких покрытий на основе соединений бора
и хрома, получаемых методом лазерного легирования
4.1. Лазерное упрочнение диффузионных борохромированных покрытий
4.2. Разработка двухкомпонентных обмазок для лазерного борохромирования
4.3. Имитационное моделирование формирования параметров покрытий при лазерном легировании
4.4. Надежность обеспечения параметров покрытий при лазерном легировании из двухкомпонентных обмазок
4.5. Получение комплексных покрытий на основе соединений бора
и хрома с использованием лазера
4.6. Особенности окончательной механической обработки поверхностей после лазерного борохромирования
4.7. Обобщение результатов изнашивания упрочненных поверхностей опорных призм с помощью теории подобия
Основные выводы по главе
5. Экономическая эффективность методов поверхностной упрочняющей обработки
Основные выводы по главе
Основные выводы
Список используемой литературы
Приложение 1. Исходный текст программы расчета критической глубины упрочнения и критериев износостойкости установочных
элементов технологической оснастки
Приложение 2. Исходные данные и результаты имитационного моделирования показателей поверхностной микротвердости, диаметра
остаточного отпечатка и глубины упрочнения для стали
Приложение 3. Результаты расчета надежности обеспечения параметров микротвердости и диаметра остаточного отпечатка для стали

ВВЕДЕНИЕ
Современная достаточно сложная ситуация, сложившаяся в национальном хозяйстве нашей страны, заставляет вновь обратить внимание на машиностроение как приоритетную отрасль и ставит перед ним достаточно конкретные задачи по обеспечению своевременного выпуска качественной и конкурентоспособной продукции. Эти задачи могут быть решены лишь при условии целенаправленного совершенствования технологической системы производства машин, неотъемлемой частью которой является многообразная оснастка. Степень совершенства технологической оснастки, в свою очередь, непосредственно влияет на оперативность подготовки производства и освоения новых видов продукции, обеспечение точности обработки и качества изделий, повышение культуры производства.
Наиболее трудоемкой в изготовлении и дорогостоящей частью технологической оснастки являются станочные и контрольные приспособления [52, 53], однако их рациональное использование позволяет значительно повысить производительность труда при улучшении эргономических условий и безопасности работ. При этом необходимость постоянного совершенствования выпускаемых изделий вызывает частые изменения конструкции обрабатываемых деталей, что, как правило, приводит к дополнительным производственным затратам.
Особенности современного производства предъявляют к технологической оснастке достаточно строгие требования [52]. Одним из важнейших эксплуатационных показателей качества приспособлений является надежность, причиной потери которой в большинстве случаев оказывается износ их базовых деталей и сопряжений. При этом наиболее интенсивному изнашиванию подвергаются установочные элементы (опорные штыри, пластины, призмы), которые с целью повышения долговечности традиционно изготавливают из сталей 20, 20Х, Х12М, У10А, а во многих случаях еще дополнительно подвергают хромированию или наплавке твердым сплавом [97]. Однако указанные мероприятия далеко не исчерпывают современные технологические возможности повышения износостойкости и, к тому же, не всегда оказываются достаточно эффективными.
В настоящее время в мировой практике промышленного производства достаточно эффективным и перспективным методом упрочнения признано лазерное легирование, позволяющее существенно изменять физико-механические свойства обрабатываемой поверхности, оставляя неизменными свойства основного материала. Особое внимание специалистов к этой упрочняющей технологии легко объясняется набором уникальных достоинств, которыми обладает луч лазера [26,

том отмечается, что физико-механические свойства хромированных сталей ока-ываются несколько выше, чем у легированных с соответствующим содержанием фома. Использование же энергии лазерного луча для осуществления процесса [егирования способствует кроме того увеличению сжимающих структурных на-фяжений в поверхностном слое, уменьшающих растягивающие термические на-фяжения и повышающих трещиностойкость упрочненных поверхностей инст->уменга и элементов оснастки [9].
Широкие технологические возможности лазерного хромирования связаны фежде всего с многообразием методов предварительного нанесения хрома (или то соединений) на обрабатываемую поверхность. При этом наиболее распространенным является лазерное оплавление гальванических или плазменных хро-ювых покрытий. В работах [189, 190] исследовалась возможность легирования фомом образцов из армко-железа непрерывным газовым лазером (1,2 кВт) на юздухе и в гелиевой защите. Слой хрома толщиной 5 - 120 мкм наносился элек-роосаждением. Глубина проплавления составляла 250 - 1000 мкм при концен-рации хрома 40 - 5 % соответственно. Немаловажной является возможность оп-имизации режимов лазерной обработки покрытий, получаемых таким способом, : целью формирования легированного слоя заданной толщины с заданной кон-щнтрацией легирующего элемента [181]. Лазерная обработка слоя хромового по-фытия (8 мкм), нанесенного ионным распылением на поверхность малоуглеро-дастой стали, при плотности мощности 10 11 Вт/м2 позволяет получать легиро-инный слой глубиной 50 - 70 мкм с содержанием хрома до 12 % [172]. Авторы >аботы считают, что такая обработка обладает потенциальными возможностями ювышения трещиностойкости сталей и высокопрочных сплавов. Аналогичные гсследования успешно выполняются и отечественными учеными [27, 89, 94, 115].
Особый интерес, как уже указывалось, ввиду высокой технологичности федставляет возможность лазерного легирования непосредственно из составов, »носимых на обрабатываемую поверхность. В работе [115] для приготовления )бмазки использовался прокаленный при 200 °С порошок &2О3. Обработку обманов из стали 12Х18Н9 с нанесенным слоем обмазки осуществляли на лазерной