Способ нанесения металлических покрытий на наружные поверхности полых деталей

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА НАРУЖНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ(71) Заявитель Институт надежности машин Академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт надежности машин Академии наук Беларуси(57) 1. Способ нанесения металлических покрытий на наружные поверхности полых деталей, заключающийся в том, что в детали выполняют, по меньшей мере, один сквозной радиальный канал, устанавливают деталь в матрицу с зазором, помещают в полость детали материал покрытия, который используют в дисперсном или/и монолитном виде, после чего матрицу с деталью приводят в осевое вращение, одновременно нагревая до температуры плавления материала покрытия, и охлаждают, отличающийся тем, что перед установкой в матрицу в детали параллельно ее оси выполняют, по меньшей мере, одну дополнительную полость, пересекающую радиальный канал, в которую помещают материал покрытия. 1705 1 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что помещают в зазор между матрицей и деталью материал покрытия, а количество выполняемых дополнительных полостейвыбирают из условия 2( 23 )21 2 1 где - радиус окружности, на которой располагают дополнительные полости, мм П - диаметр дополнительной полости- длина покрытия, мм р - относительная плотность покрытия, 1, 2 - коэффициенты усадки материала покрытия, помещаемого соответственно в зазор между матрицей и деталью, в полость детали и в дополнительную полость- внутренний диаметр матрицы, мм 3 - диаметр детали, мм- диаметр полости детали, мм- длина полости детали, мм П - длина дополнительной полости, мм.(56) 1. Дорожкин Н.Н. Упрочнение и восстановление деталей машин металлическими порошками. - Минск,1975. - С. 152. 2. А.с. СССР 1260119, МКИ 227/04, 1986 (прототип). Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу нанесения покрытий на наружные поверхности деталей, и может быть использовано для восстановления, изготовления и упрочнения деталей (зубчатых колес, ходовых гаек, червячных колес и т. д.). Известен способ нанесения покрытий на внутренние поверхности деталей методом индукционной центробежной наплавки металлических порошков 1. В полость изношенной детали помещают металлический порошок, осуществляют ее осевое вращение с одновременным нагревом порошка токами высокой частоты до его расплавления. После формирования расплава на внутренней поверхности детали нагрев и вращение прекращают и производят последующую механическую обработку наплавленного покрытия. Существенным недостатком известного способа являются его ограниченные возможности, обусловленные невозможностью нанесения покрытий на наружные поверхности деталей. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ нанесения покрытий из металлических порошков на цилиндрические детали 2. Способ заключается в следующем. Предварительно в стенке детали выполняют, по крайней мере, один сквозной радиальный канал, металл покрытия помещают во внутреннюю полость детали, установленной коаксиально полости керамической матрицы, затем матрицу и деталь приводят во вращение, одновременно нагревая в индукторе Т.В.Ч. до расплавления материала покрытия. Под действием центробежных сил расплав металла проникает через сквозной радиальный канал и занимает объем между деталью и матрицей, далее нагрев прекращают, затем отключают вращение, и деталь извлекают из матрицы. Недостатком известного способа является ограниченная толщина получаемого покрытия на наружной поверхности детали при неизменной пористости покрытия. Задачей настоящего изобретения является увеличение толщин наносимых покрытий на наружные поверхности деталей при неизменной пористости получаемых покрытий. Для решения поставленной задачи в известном способе нанесения металлических покрытий на наружные поверхности полых деталей, включающем выполнение в детали, по меньшей мере, одного сквозного радиального канала, установку детали в матрице с зазором, помещение в полость детали материала покрытия, который используют в дисперсном или/и монолитном виде, после чего матрицу с деталью приводят в осевое вращение, одновременно нагревая до температуры плавления материала покрытия, и охлаждают, согласно изобретению, перед установкой в матрицу в детали параллельно ее оси выполняют, по меньшей мере, одну дополнительную полость, пересекающую радиальный канал, в которую помещают материал покрытия, или дополнительно, согласно изобретению, в зазор между матрицей и деталью помещают материал покрытия, а количество выполняемых дополнительных полостейвыбирают из условия где- радиус окружности, на которой располагают дополнительные полости, мм П - диаметр дополнительной полости, мм- длина покрытия, мм р - относительная плотность покрытия, 1, 2 - коэффициенты усадки материала покрытия, помещаемого соответственно в зазор между матрицей и деталью, в полость детали и в дополнительную полость- внутренний диаметр матрицы, мм 3 - диаметр детали, мм- диаметр полости детали, мм- длина полости детали, мм П - длина дополнительной полости, мм. Материал покрытия, помещенный во внутреннюю полость детали и дополнительно выполненные полости, при нагреве расплавляется и через радиальные каналы под действием центробежных сил заполняет зазор между матрицей и деталью, образуя тем самым покрытие на наружной поверхности детали. При дополнительном увеличении толщины покрытия материал, помещенный в пространство между матрицей и деталью,при нагреве претерпевает усадку , которая компенсируется материалом покрытия, помещенным в полость детали и в дополнительно выполненные полости. Количество дополнительно выполняемых полостей ограничено размерами детали, в случае, когда в теле детали невозможно выполнить нужное количество полостей, рассчитанное по выражению (1) , необходимо взять материал покрытия с меньшим коэффициентом усадки и сделать перерасчет. Таким образом, в предлагаемом способе увеличение толщины наносимых металлических покрытий на наружные поверхности полых деталей при неизменной пористости получаемых покрытий достигают путем выполнения в детали параллельно ее оси, по меньшей мере, одной дополнительной полости, пересекающей радиальный канал, в которую помещают материал покрытия или по второму пункту изобретения достигают помещением в зазор между матрицей и деталью дополнительного материала покрытий. На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа. В теле детали 1 выполняют дополнительные полости 2, связанные радиальными каналами 3 с полостью детали 4 и пространством, ограниченным внешней поверхностью детали 1 и внутренней поверхностью матрицы 5. Деталь 1 устанавливают коаксиально полости керамической матрицы 5, а в выполненные дополнительные полости 2 и полость детали 4 помещают материал покрытия 6. Матрицу 5 приводят в осевое вращение,одновременно нагревая в индукторе Т.В.Ч. 7. Расплав металла под действием центробежных сил протекает из полости детали 4, дополнительных полостей 2 через радиальные каналы 3, образуя тем самым покрытие на наружной поверхности детали. При дополнительном размещении материала покрытия в зазоре между матрицей и деталью расплав металла под действием центробежных сил протекает из полости детали 4, дополнительных полостей 2 через радиальные каналы 3 и компенсирует усадку порошкового материала в объеме, ограниченном внешней поверхностью детали 1 и внутренней поверхностью матрицы 5, образуя тем самым покрытие на наружной поверхности детали. В качестве дополнительного материала покрытия может использоваться стружка, гранулы, отливки, а также прутки. Пример 1. На центробежной установке ДЯФ 3.015 при помощи машинного генератора ТВЧ ВПЧ 100/8 кГц наносили покрытие из прутковой бронзы БрОФ 10-1 на наружную поверхность стальной заготовки диаметром 220 мм для получения зубчатого колеса с размерами делительный диаметр 240 мм, ширина венца - 50 мм, ширина ступицы - 70 мм, наружный диаметр ступицы - 80 мм, диаметр внутренней полости колеса -50 мм. Заготовки устанавливали коаксиально в матрице с внутренним диаметром 251 мм. Причем предварительно в теле заготовки на радиусе 70 мм выполняли равноудаленно дополнительные полости диаметром 50 мм. В свою очередь, дополнительные полости связывали с наружной поверхностью заготовки и ее внутренней полостью посредством радиальных каналов диаметром 3 мм. В выполненные 5 полостей помещали прутки диаметром 50 мм и длиной 50 мм, а во внутреннюю полость заготовки длиной 70 мм. Затем с торцов закрывали крышками матрицу с заготовкой. Устанавливали, закрепляли и вращали сборку с одновременным нагревом ТВЧ. Частота вращения составляла 500 об/мин, температуры нагрева 1000, время нагрева 12 мин. Под действием центробежных сил расплав материала покрытия протекал через радиальные каналы из полости детали, дополнительных полостей и заполнял пространство, ограниченное внутренней поверхностью матрицы и 3 1705 1 внешней поверхностью детали, образуя тем самым покрытие. После чего прекращают процесс формирования покрытия. Предлагаемый способ позволяет увеличить толщину наносимых покрытий на наружные поверхности деталей за счет выполнения дополнительных полостей и размещения в них дополнительного материала покрытия. Пример 2. Наносили покрытие из материала порошковой и прутковой бронзы Б.А 9 ЖЗЛ ГО 493-79 на наружную поверхность червячного колеса малого диаметра с крупным модулем зуба с размерамимодуль 2, число зубьев 28, делительный диаметр 56 мм, межосевое расстояние 34,92 мм , ширина ступицы 22 мм, ширина венца колеса 10,5 мм, диаметр полости детали 12,7 мм, наружный диаметр ступицы 24 мм, диаметр заготовки червячного колеса 50 мм, внутренний диаметр матрицы 63 мм. Количество дополнительно выполняемых полостей определяли из выражения, 7 18 18210,5 В заготовке выполняли 7 полостей диаметром 8 мм, оси которых располагали на окружности диаметром 36 мм, связанные семью радиальными каналами диаметром 3 мм с полостью детали и объемом, ограниченным внешней поверхностью заготовки и внутренней поверхностью матрицы. Заготовку устанавливали коаксиально матрице в выполненные полости и в полость детали помещали прутки бронзы Бр.А 9 ЖЗЛ, а порошковый материал бронзы Бр.А 9 ЖЗЛ в пространство, ограниченное внешней поверхностью детали и внутренней поверхностью матрицы, затем с торцов закрывали крышками, закрепляли на установке биметаллизирующей Э.099. Матрицу приводили в осевое вращение и нагревали индуктором Т.В.Ч., температура нагрева 1080, время нагрева 10 минут, частота вращения детали 1500 об/мин. При этом под действием центробежных сил расплав материала покрытия протекал через радиальные каналы из полости детали,дополнительных полостей и компенсировал усадку порошкового материала в объеме, ограниченном внутренней поверхностью матрицы и внешней поверхностью детали. Затем выключали нагрев, продолжали вращать матрицу в течение 3 минут. По истечении этого времени вращение прекращали, снимали матрицу с установки, осуществляя последующее охлаждение до комнатной температуры в статическом состоянии, затем извлекали деталь и проводили механическую обработку покрытия, нарезали профиль зуба. Предлагаемый способ позволяет увеличить толщину наносимого покрытия при неизменной пористости получаемого покрытия. оставитель Н.Б. Суханова Редактор В.Н. Позняк Корректоры А.М. Бычко, С.А. Тикач Заказ 2071 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.