Электрохимические и электрофизические

Рабораторная работа №3

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ

СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Цель работы:

1. Изучить восстановление деталей электрохимическими покрытиями.

2. Изучить электрохимическую обработку при восстановлении валов и

осей.

3. Электроискровая обработка деталей.

4. Восстановление деталей пайкой.

5. Восстановление деталей полимерными материалами и клеями.

1. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

Общие сведения. Нанесение гальванических покрытий перспективный способ восстановления изношенных деталей. Основа этого способа — электролиз металлов (рис. 37). При прохождении постоянного электрического тока через электролит (раствор солей, кислот или щелочей) в последнем образуются положительно заряженные ионы электролита (катионы) и отрицательно заряженные (анионы). Катионы водорода и металла движутся к катоду и образуют на нем металлический осадок (отложение) или выделяются в виде газа (водорода). Металлический осадок, выделяющийся на катоде, и называют электрическим (гальваническим) покрытием. Анионы движутся к аноду и растворяют его с выделением кислорода.

Количество осажденного на катоде вещества, согласно закону Фарадея, можно определить по формуле

G «= с I

где G — теоретически возможное количество осажденного металла, г; с — электрический эквивалент, г/(А*ч);1 — сила тока, A; С — продолжительность электролиза, ч.

где с — электрохимический эквивалент, г/(А • ч); D, — плотность тока. А/дм²; t — продолжительность электролиза, ч; ц | — выход металла по току, %; у — плотность осаждаемого металла, г/см\

При заданной толщине покрытия с помощью этой же формулы можно определить продолжительность процесса.

Рис. 37. Схема процесса электролитического наращивания металлов: 1 — источник тока; 2 — ванна; 3 — катод; 4 — анод.

Хромирование. Электролитические покрытия хромом обладают высокой твердостью и износостойкостью. Кроме того, они стойки к коррозии. Поэтому хромированием восстанавливают износостойкие поверхности с небольшими плюсами (плунжерные пары, поршневые пальцы, золотниковые пары и др.). Применяют его для декоративных целей и защиты от коррозии.

Аноды изготавливают из чистого свинца или сплава свинца и сурьмы (они не растворяются).

Концентрация хромового ангидрида в электролите изменяется в пределах от 150 до 350 г/л. Плотность тока от 15 до 100 А/дм², напряжение 6...9 В и температура процесса 40...65°С.

Хромирование выполняют в ваннах, облицованных с внутренней стороны рольным свинцом, винипластом, кислотостойкими плитами, полихлорвиниловым лаком, кислотостойкой эмалыо и т. д.

Электролитический хром — металл серебристо-белого цвета с голубым оттенком твердостью до 1200 НВ.

Очистка от грязи, масла и других загрязнений происходит в моечных растворах.

Механическая обработка проводится доя получения правильной геометрической формы детали, что обеспечивает равномерный слой осаждаемого хрома. Овальность, конусность и огранку изношенной детали устраняют шлифованием, полированием, притиркой, растачиванием и т. п.

Обезжиривание поверхностей возможно химическое, электролитическое и при помощи ультразвука. Обычно применяют электролитическое обезжиривание в ванне с щелочным раствором при плотности тока 5... 15 А /дм², температуре электролита 60...70°С в течение 2...3 мин на катоде и 1...2 мин на аноде.

Декапирование (травление) восстанавливаемой поверхности необходимо для улучшения прочности сцепления осаждаемого хрома.

Деталь завешивают на анод в хромовом электролите, процесс ведут в течение 30...90 с при плотности тока 25...40 А/дм². Хромирование деталей проводят в электролите состава: 150...350 г/л хромового ангидрида и 1,5...3,5 г/л серной кислоты.

Пористое хромирование. Из-за плохой смачиваемости гладкой поверхности осаждаемого хрома износостойкость ее снижается. Поэтому при восстановлении деталей, работающих в условиях повышенного удельного давления, высокой температуры и недостаточного смазывания (поршневые кольца, гильзы цилиндров двигателей и др.), применяют пористое хромирование. Пористость поверхности получают механическим, химическим или электролитическим способом.

При механическом способе на поверхность восстанавливаемой детали до хромирования наносят углубления в виде пор или каналов обработкой резцом, шлифованием, накаткой специальным роликом, пескоструйной или дробеструйной обработкой.

При химическом способе пористость на хромовом покрытии получают при травлении в соляной или серной кислоте.

При электролитическом, наиболее распространенном способе получения пористого хрома детали подвергают анодной обработке в электролите такого же состава, как при хромировании. Пористость создается сеткой микроскопических трещин, появляющихся вследствие различной скорости растворения хрома. Время получения пористой хромированной поверхности 8... 12 мин.

Хромирование в проточном электролите. Восстановление хроми­рованием крупногабаритных деталей сложной формы вызывает большие трудности, связанные с изоляцией мест, не подлежащих покрытию, сложностью конструкции подвесных устройств, необходимостью иметь ванны больших размеров и быстрым загрязнением ванны.

Недостатки хромовых покрытий — низкий выход по току, малая скорость осаждения хрома, большая трудоемкость процесса и высокая стоимость.

Железнеиие в ремонтной практике находит более широкое применение, чем хромирование. Железнемием восстанавливают стальные и чугунные детали (посадочные места под подшипники, шатуны и др.) с износами, достигающими 1 мм и более.

В отличие от хромирования при желсзнеиии применяют, растворимые аноды из малоуглеродной стали. Их площадь должна быть в 2 раза больше покрываемой поверхности.

Подготовка поверхности детали для железнения в основном такая же, как и для хромирования. Качество покрытия во многом зависит от состава электролита и режима процесса.

Из горячих электролитов наибольшее применение получил электролит состава: хлористое железо 200...500 г/л, хлористый натрий (поваренная соль) 100 г/л, кислотность (рН) 0,8... 1,2.

Режим железнения: плотность тока I0...50 А/дм², температура 70.

,80°С.

После железнения детали промывают горячей водой и нейтрали­зуют в течение 3...4 мин в горячем растворе (60...70°С) такого состава: едкого натра 20...30 г/л, жидкого стекла 10...20 г/л и кальцинированном соды 25...30 г/л. При местном железнении деталь нейтрализуют 10%- ным раствором едкого натра.

Преимущества железнения по сравнению с хромированием: более высокая скорость отложения электролитического слоя (до 0,4 мм/ч), высокий выход по току (80...95%), возможность регулирования твердости покрытия в широких пределах (от ИВ 150 до НВ 600), дешевизна и доступность применяемых исходных материалов.

Рис. 38. Приспособление для местного железнения: I — анод; Я резиновая прокладка; 3 — крышка; 4 — распорная гайка.

Недостатки процесса: нестабильность по кислотности электролита, необходимость подогрева при горячем осталивании, большая трудоемкость.

Электролитическое натирание — один из способов нанесения покрытий вневанным способом.

Деталь 7 (рис. 39), подключенную к катоду, закрепляют в шпинде­ле или центрах токарного станка. Анодом 3 служит угольный стержень, обернутый специальным адсорбирующим материалом и образующий тампон 4. Электролит поступает из резервуара У и в течение всего процесса подпитывает тампон 4. Расход электролита регулируют краном 2. Непрерывное поступление электролита на анодный тампон и перемещение анода по покрываемой поверхности детали дают возможность применять высокую плотность тока и обеспечивают повышенную производительность.

Рис. 39. Схема процесса электролитического натирания: 1 — резервуар для электролита; 2 —кран; 3 — анод; 4 — тампон; 5 — рукоятка;6 - штекер; 7 — деталь; 8 — ванна.

2. ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЕ НАПЕКАНИЕ И НАПЛАВКА

Электроконтактное напекание металлических порошков применяют для восстановления деталей типа валов и осей. Технология этого процесса разработана в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства. Сущность его заключается в следующем.

Рис. 40. Схема электроконтактного напекания металлических

порошков:

1 I силовой цилиндр; 2 — ролик; 3 — металлический порошок; 4 — деталь; 5 — напекаемый слой; 6 — трансформатор; Р — прижимное

усилие.

Между вращающейся деталью 4 (рис. 40), установленной в шпиндель токарного станка, и медным роликом-электродом Б подшот присадочный порошок 3. Ролик 2 при помощи пиевмо- или гидроцилиндра / прижимается к детали с усилием 0,75...1,2 кН. При прокатывании детали и ролика и в результате большого электрического сопротивления в месте их контакта порошок нагревается до температуры 1000...1300°С. Раскаленные частицы порошка, спекаются между собой и с поверхностью детали. Для напекания порошка применяют большую силу тока 2500...3500 А на сантиметр ширины ролика и низкое напряжение 0,7..Л,2 В от трансформатора б.

Качество слоя во многом зависит от размеров детали и ролика, от давления, создаваемого роликом, химического состава порошка и окружной скорости детали. При диаметрах восстанавливаемых деталей от 30 до 100 мм электроконтактным напеканием можно получить слой толщиной от 0,3 до 1,5 мм. С увеличением диаметра детали толщина наносимого слоя возрастает. Скорость напекания составляет 0,17...0,25 м/мин.

Преимущества процесса — высокая производительность, малая глубина теплового воздействия и высокая износостойкость напеченного слоя. К недостаткам можно отнести ограниченность толщины напекаемого слоя и сложность оборудования.

Электроконтактная наплавка отличается тем, что в зону контакта ролика и детали вместо порошка подают присадочную проволоку. Прочное сцепление наплавляемого слоя с поверхностью детали образуется за счет частичного плавления тончайших слоев металла в месте контакта, а также за счет диффузии. Этим способом можно наплавлять детали диаметром 10 мм и более.

Толщина наплавляемого слоя 0,2...1,5 мм, ток 4000... 12 000 А, напряжение 1,5...4,0 В. Скорость наплавки и давление, создаваемое роликом, находят опытным путем в процессе наплавки. Этим способом наплавляют цветные металлы на детали из стали и чугуна.

Способом электроимпульсного приваривания ленты восстанавливают изношенные поверхности деталей типа валов и посадочные места под подшипники в корпусных деталях. Недостатки этого способа — ограниченная толщина наносимого слоя и сложное устройство установки.

И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Электромеханическую обработку применяют для восстановления валов и осей с небольшими плюсами, а также как заключительную операцию при обработке деталей. Схема этого способа показана на рисунке 41.

Восстановление деталей электромеханической обработкой показано на рисунке 42. Изношенную поверхность вала или оси сначала обрабатывают высаживающим инструментом 2. Нагретый в зоне контакта металл выдавливается, образуя выступы, аналогичные резьбе. В результате диаметр детали D2 увеличивается до размера D|. Вторым проходом сглаживающего инструмента высаженную поверхность обрабатывают до необходимого размера. Режим обработки: ток 400...600 А, напряжение 2...6 В.

Этим способом восстанавливают преимущественно поверхности валов неподвижных соединений (посадочные места под подшипники, шестерни, шкивы и др.) с износами не более 0,25 мм. Восстановленная поверхность получается прерывистой, и площадь контакта уменьшается Если площадь контакта остается более 60% первоначальной сплошной, то прочность сопряжения с гладкой поверхностью втулки (кольца подшипника) оказывается вполне достаточной благодаря более высокой твердости, полученной при обработке, и «шпоночному эффекту», возникающему за счет упругих деформаций сопрягаемых поверхностей.

Введение дополнительного металла позволяет восстанавливать электромеханической обработкой детали с износом более 0,25 мм. В высаженную винтовую канавку роликовым инструментом навивают стальную проволоку, предварительно очистив се от грязи и оксидов шлифовальной шкуркой. Режим навивки проволоки: ток 1300... 1500 А, напряжение 4...6 В и окружная скорость детали 0,8... 1,9 м/мин. Проволока нагревается до температуры 1000... 1200°С, а под давлением ролика 400...500 М деформируется и плотно заполняет высаженную канавку. Прочность сцепления проволоки с основным металлом достигается вследствие частичной сварки, диффузионных и других связей. При использовании проволоки диаметром 1,4 мм изношенную поверхность можно увеличить на толщину до 1,2 мм. После навивки применяют обычную механическую обработку до необходимого размера детали.

о

Рис. 41. Схема электромеханической обработки:

1 — рубильник; 2 — реостат; 3 — провод вторичной обмотки; 4 — патрон станка; 5 — деталь; 6 — задняя бабка станка; 7 — инструмент.

Вводить дополнительный материал при электромеханической обработке можно и несколько иным способом. В высаженную канавку навивают тонкую проволоку диаметром около 0,5 мм и затем выполняют обычное сглаживание в несколько проходов (4.,.6) на таком режиме, ток 350...500 А, напряжение 3,5...4,0 В, давление инструмента 300..500 И при

подаче 0,2.-0,3 мм/об.

Вместо проволоки высаженные канавки можно заполнить клеями типа БФ или составами на основе эпоксидных смол. После отвердевания нанесенных составов поверхность доводят до необходимого размера обычной механической обработкой.

Преимущества электромеханической обработки — высокая про­изводительность, возможность увеличения диаметра малоизношенных деталей без дополнительного материала, отсутствие коробления деталей, низкая себестоимость восстановления.

Основные недостатки — трудность получения в процессе обработки сплошного контакта инструмента с поверхностью, недостаточная стойкость высаживающих и сглаживающих пластин, быстрая утомляемость оператора.

Рис. 42. Схема восстановления детали электромеханической обработкой: 1 — деталь; 2 — высаживающий инструмент; 3 —

сглаживающий инструмент В большой степени все эти недостатки можно устранить инстру­ментом усовершенствованной конструкции, предложенным И. Н. Чср-

4. ЭЛЕКТРОИСКРОВАЯ ОБРАБОТКА

Электроискровой способ обработки деталей основан на явлении электрической эрозии (разрушение материала электродов) при искровом разряде. Во время проскакивания искры между электродами поток электронов, движущийся с огромной скоростью, мгновенно нагревает часть поверхности анода до высокой температуры (10 ООО... 15 000° С); металл плавится и даже переходит в газообразное состояние, в результате чего происходит взрыв. При наращивании металла деталь подключают к катоду, а при снятии (обработке) — к аноду. Инструменту (одному из электродов) придают колебательное движение от вибратора для замыкания и размыкания цепи и получения искрового разряда.

Режимы электроискровой обработки определяются п основном силой тока и ориентировочно делятся на три группы: грубые — ток

более 10 А (на этих режимах получается наибольшая производительность — съем или наращивание металла, но шероховатость поверхности

большая — 1-го и 2-го классов); средние — ток от 1 до 10 А

(шероховатость 2...4-го классов); чистые — ток менее 1 А (шероховатость до 10-го класса, но низкая производительность).

Рис. 43. Схема установки для электроискровой обработки: 1 — вибратор; 2 — инструмент (анод); 3 — деталь; 4— конденсатор.

При ремонте машин электроискровую обработку применяют для обдирки деталей после наплавки твердыми сплавами, наращивания и упрочнения изношенных поверхностей, а также для удаления сломанных сверл, метчиков, шпилек, болтов и других деталей, вырезания канавок и прошивки отверстий любой конфигурации в металле любой твердости.

Наращивание и упрочнение деталей — наиболее перспективные приемы использования электроискровой обработки при ремонте машин Эти процессы ведут на установках, изготовленных по схеме, показанной на рисунке 43, с использованием конденсатора 4 Деталь 5. подключенная

к катоду, наращивается инструментом (анодом) 2, изготовленным из материала, предназначенного для нанесения на поверхность детали. Колебание анод получае! oi магнитного вибратора У подключенного к сети переменного тока обычной частоты. 'Этим способом получают покрытия толщиной до 0,5 мм.

Дата добавления: 2015-08-27