Устройство для восстановления деталей машин проточным способом плазменно-электролитического оксидирования

Введение. Вследствие резкого удорожания сельскохозяйственной техники (особенно импортной), частичного или полного отсутствия и дороговизны запасных частей, усложнения условий экспорта и импорта для агропромышленного комплекса стала критичной задача обеспечения работоспособности имеющейся сельскохозяйственной техники и продления ее срока эксплуатации. Так, согласно данным ряда изданий, доля импортной техники в общероссийской агропромышленной сфере составляет порядка 15 процентов. В первую очередь импортная техника представлена уборочными машинами, посевными комплексами и запчастями [1]. Одним из путей решения данной задачи является использование передовых методов обработки деталей.

Основная часть. Рассматриваемое устройство направлено на устранение локальных износов деталей техники проточным способом плазменноэлектролитического оксидирования. Использование данного способа позволит создавать защитные высоко износостойкие композиционные наноструктурированные покрытия на поверхности изношенных деталей, повышая их срок службы в 2-3 раза [2]. Обслуживание техники при помощи данного устройства позволит существенно снизить затраты на ремонт, а также частично решить проблему дефицита и дороговизны импортных деталей для техники.

Сам по себе процесс плазменно-электролитического оксидирования – это метод создания оксидно-керамических слоев на металлах. Процесс имитирует анодирование, т.е. создает оксидную пленку на поверхности некоторых металлов и сплавов путем их анодной популяризации в проводящей среде. Одной из главных особенностей данного метода является погружение металлической детали в раствор электролита. В результате химических процессов под воздействием напряжения в растворе возникают искры и разряды, которые меняют структуру обрабатываемого покрытия. Внешний слой металла превращается в его оксид, который растет внутрь и наружу от поверхности. Полученные вновь поверхности придают металлам ряд новых характеристик:

• -    делают их более устойчивыми к износу, нагреву и коррозии;

• -    обеспечивают химическую стабильность, тем самым позволяя дольше сохранять свои полезные свойства в обычных условиях;

• -    значительно улучшают электроизоляционные свойства металлов, благодаря чему они могут служить новым изнашиваемым целям [3].

Также немаловажным является тот факт, что метод плазменноэлектролитического оксидирования является экологически чистым и никак не влияет на окружающую среду, тем самым являясь наиболее безопасным для экологии.

Одним из основных аналогов плазменно-электролитического оксидирования являются устройства, использующие газотермический метод напыления для устранения износов локальных рабочих поверхностей деталей. Однако одним из главных минусов данного метода является большая направленность на устранение коррозии и упрочнение детали без устранения локальных повреждений. В сравнении с этим способом проточный способ плазменно-электролитического оксидирования имеет ряд преимуществ, основным из которых является то, что качество ремонта деталей повышается именно за счет упора на устранение локальных износов.

Одним из ответвлений классического метода плазменно-электролитического оксидирования стал проточный способ. Исследователи выделяют следующие признаки проточного плазменно-электролитического оксидирования [4]:

• 1)    По типу используемого рабочего тела - в этом случае в качестве раствора может быть применен раствор щелочи и жидкого стекла. Отдельно при этом выделяется электролит с добавками мелкодисперсных порошков;

• 2)    По способу подачи рабочего тела – в этом случае электролит подается через специальное сопло, которое в то же время является и электродом и может влиять на его рабочую форму и активность процесса. При подаче электролита через электрически нейтральное сопло рекомендуется размещать электрод внутри сопла по его оси. В таком случае движение электролита в зону обработки можно будет локализовать, что значительно упрощает управление установкой.

• 3)    По способу перемещения рабочего органа - этот способ предусматривает обеспечение движения рабочего органа относительно обрабатываемой поверхности на минимально возможном расстоянии «электрод-соплоупрочняемого изделия»;

• 4)    По способу перемещения изделия – в этом случае должно быть обеспечено движение обрабатываемого изделия относительно рабочего органа как зависимое, так и независимое от него для обеспечения постоянного расстояния «электрод-соплоупрочняемое изделие».

Рассмотрим технические аспекты проточного плазменно-электролитического оксидирования. В качестве рабочего тела выступает непосредственно электролит. Для реализации проточного способа МДО могут быть использованы стандартные электролиты, зарекомендовавшие себя в массовом производстве, а также электролиты с добавками порошковых материалов. Электролит на поверхность оксидируемой детали можно подавать через сопло. При этом материал сопла может выступать как катод. В этом случае геометрическая форма катода может иметь ключевое значение в процессе МДО. Если сопло электрически нейтрально, то катод можно установить отдельно, например, по оси сопла; в таком случае зона обработки детали приобретает более локальный характер. При этом важно обеспечить непрерывную подачу электролита. Классификационный признак по способу перемещения рабочего органа обосновывается тем, что движение катода должно осуществляться на минимальном расстоянии от положительно заряженной обрабатываемой поверхности. Если перемещается анод, имеющий сложную геометрию, то каждая точка оксидируемой детали должна претерпевать наименьшее отклонение от катода по ходу движения для формирования равномерного керамического покрытия. Ремонтируемые детали размещаются внутри металлического электрода-1, зафиксированного на изоляционной (фторопластовой) пластине. В свою очередь, электрод крепится над специальным сборником электролита. Внутри втулок устанавливается электрод-2. Циркуляция электролита создается щелочестойким насосом, при этом скорость подачи можно регулировать вентилем. В процессе движения электролит начинает выливаться через боковые отверстия электрода-1, и в этот момент происходит включение электрического тока. Далее возникают микродуговые разряды, обеспечивающие образование износостойкого керамического слоя [5].

Сама эффективность вышеописанного способа определяется следующими факторами:

• -    воздействием низкотемпературных микроплазменных разрядов;

• -    типом и химическим составом используемых химических растворов;

• -    выбранной плотностью тока;

• -    подачей электролита;

• -    продолжительностью плазменно-электролитической обработки.

В рамках этих стандартов была разработана схема проточного плазменноэлектролитического оксидирования для упрочнения алюминиевых ремонтных втулок, которые используются при ремонте клапанных коробок насосных установок, служащих для перекачивания пищевых технологичных сред [6].

Разработанная схема включает в себя следующие элементы: приспособление для закрепления и оксидирования втулок, сборник электролита с рубашкой водяного охлаждения, система патрубков, кран, электродвигатель, муфта и шелочестойкий насос. Сам процесс выглядит следующим образом: обрабатываемые втулки устанавливаются во внутреннею полость цилиндрического электрода, который крепится болтами к фторопластовой пластине и навешивается на подвеске над сборником электролита. Внутрь втулок устанавливается второй электрод.

Электролит под воздействием щелочестойкого насоса начинает подаваться во внутреннюю полость цилиндрического электрода, где закреплены ремонтные втулки. Сама подача электролита при этом регулируется с помощью вентиля. Как только электролит начнет выливаться через боковые отверстия цилиндрического электрода, включится источник питания установки, в результате чего между внутренней поверхностью упрочняемых элементов и электродом станут возникать микродуговые разряды, в результате которых будет образовываться износостойкий керамический слой [7].

Сама установка при этом состоит из следующих элементов:

• -    блока питания и управления;

• -    конденсаторы постоянной емкости типа К75;

• -    магнитный пускатель типа ПМЕ;

• -    два вольтметра постоянного тока;

• -    амперметр постоянного тока на 5А;

• -    автоматический выключатель на 25А;

• -    электролитическая ванна;

• -    микрокомпрессор с керамическим распылителем;

• -    подвесное приспособление для закрепления оксидируемых образцов;

• -    электроды с фторопластовыми вставками;

• -    щелочестойкий насос с электродвигателем и системой капроновых шлангов [8].

Заключение. Описанное устройство позволит частично решить проблему дефицита и дороговизну новых деталей для техники за счет продления службы ремонтопригодных деталей. Помимо этого, применение данного способа и устройства позволит реализовать сравнительно более качественную обработку локальных износов, продляя срок службы деталей в 2-3 раза, тем самым существенно снижая затраты на обслуживание техники.

Основным сегментом потребителей данного устройства станут:

• 1.    Сельскохозяйственные предприятия, которым разработка позволит

• 2.    Ремонтно-технические станции и сервисы технического обслуживания, где

• 3.    Промышленные предприятия, где есть потребность в ремонтах втулок,

частично решить проблемы дороговизны обслуживания техники и продление срока ее эксплуатации;

будет наиболее эффективно задействован метод устранения локальных износов, который значительно повысит качество обработки деталей.

валов и прочих технических элементов.