Конструктивные, технологические, эксплуатационные, ремонтные мероприятия повышения надежности машин

Электролитическое наращивание металлов. Физика процесса формирования покрытий. Два закона Фарадея. Приемы улучшения равномерности покрытий. Преимущества электролитических покрытий.

В ремонтном производстве из гальванических покрытий чаще всего применяют железнение и хромирование, реже — цинкование и никелирование.

Сущность электролитического осаждения металлов. В основе электролитического осаждения металлов лежит явление электролиза. Электролизом называют химические процессы, совершающиеся на электродах при прохождении через электролит электрического тока.

Электролиты — это растворы солей, кислот и щелочей, проводящие электрический ток. При растворении вещества в воде его молекулы диссоциируют (растворяются) на отрицательно и положительно заряженные ионы, находящиеся в хаотическом движении. При погружении в электролит проводников (электродов), подключенных к источнику постоянного тока, в электролите возникает направленное движение ионов и начинает идти ток. При этом положительно заряженные ионы (ионы металлов и водорода) перемещаются к отрицательному электроду — катоду и их называют катионами, а отрицательно заряженные ионы (ионы металлоидов и кислотных остатков) движутся к положительному электроду — аноду и их называют анионами.

Достигнув поверхности электродов, ионы разряжаются, превращаясь в нейтральные атомы или группы атомов. На катоде осаждаются металлы и выделяется водород. Анод, как правило, растворяется, и на его поверхности выделяется кислород, ионы металла при этом переходят в раствор.

При гальваническом покрытии деталей в качестве электролита обычно применяют раствор соли осаждаемого металла (в электролит вводят также некоторые компоненты, улучшающие свойства покрытий, увеличивающие электропроводность электролита и т. д.). Катодом служат предварительно очищенные и подготовленные детали, подлежащие покрытию, а анодом — пластины из осаждаемого металла. Иногда используют аноды из металла или сплава, которые в данном электролите не растворяются (свинец), а также нерастворимые аноды из графита. На таких анодах при электролизе обычно выделяется кислород.

Электролиз сводится главным образом к тому, что находящиеся в электролите ионы металла разражаются на катоде, переходя в атомарное состояние, и осаждаются на нем. Атомы образуют кристаллическую решетку, покрывая поверхность детали слоем металла. Анод растворяется (в случае электролиза с растворимым анодом), образуя новые ионы металла взамен выделившихся на катоде, тем самым поддерживая концентрацию электролита при электролизе.

Количественно процесс электролиза подчиняется двум законам, открытым Фарадеем в 1833 г., названным впоследствии законами Фарадея:

первый — масса вещества, выделившегося на катоде или растворившегося на аноде, прямо пропорциональна силе тока и времени его прохождения, т. е. прямо пропорциональна количеству прошедшего через электролит электричества;

второй — при прохождении одного и того же количества электричества через разные электролиты масса выделившихся или растворившихся веществ пропорциональна их химическим эквивалентам.

Оба закона Фарадея в общем виде выражают формулой М_Т = CIt,

где М_Т — масса выделившегося на катоде (растворившегося на аноде) вещества, г; С— электрохимический эквивалент вещества, г/(А • ч); / — сила тока, проходящего через электролит, A; t — продолжительность электролиза, ч.

Для улучшения равномерности используют следующие приемы:

устанавливают дополнительные и фигурные аноды (рис. 1, а и д), повторяющие форму покрываемых изделий так, чтобы расстояния между всеми участками катода и анода были примерно равными;

используют дополнительные катоды (рис. 1, б и г), забирающие на себя часть тока, что предохраняет выступающие участки и кромки изделий от образования наростов (пригаров) и дендритов. Они должны иметь электрическую связь с покрываемой деталью

Рисунок 1.Возможные варианты улучшения равномерности гальванических покрытий с установкой:

а — дополнительных анодов; б иг —дополнительных катодов; в — неметаллических экранов; д — фигурных анодов;

1 и 2 — дополнительные аноды и катоды; 3 — экраны; 4 — фигурный анод

применяют неметаллические (неэлектропроводные) экраны (рис. 1, в), которые выполняют ту же функцию, что и дополнительные катоды, но в отличие от них не требуют затрат энергии;

увеличивают расстояние между покрываемыми деталями и анодами, в результате чего уменьшается относительная разность расстояний между выступающими и углубленными участками деталей и анодами.

Преимущества гальванических покрытий перед другими способами восстановления: отсутствие коробления детали, небольшие припуски на механическую обработку, получение покрытий с заданными непостоянными по толщине физико-механическими свойствами, одновременное восстановление большого числа деталей, получение покрытий высокого качества из недефицитных и дешевых материалов.

Основные направления повышения надежности сельскохозяйственной техники при ее конструировании следующие:

Выбор долговечных материалов деталей и рациональных их сочетаний в парах трения; обеспечение нормальных условий работы деталей при наименьших потерях на трение; снижение концентрации напряжений при выборе формы и размеров деталей; создание оптимальных темпера-турных режимов работы сопряжений деталей, сборочных единиц и агрегатов; обеспечение хороших условий смазывания трущихся поверхностей деталей; создание эффективных устройств для очистки воздуха, топлива, смазки; улучшение конструкции и материалов уплотнительных устройств и герметизация сборочных единиц и агрегатов для сельскохозяйственной техники; обеспечение достаточной жесткости базовых деталей машин и устойчивости их к вибрациям.

Один из методов повышения надежности сложных технических систем - резервирование, т. е. применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов. В резервных системах при отказе одного элемента найдется другой элемент, способный выполнять его функции. Можно с некоторым приближением отнести к системам с постоянным резервированием: раздельную систему тормозов, когда приводы на передние и задние колеса действуют независимо; многокатковые ходовые системы гусеничных машин; скребковые и грабельные рабочие органы сельскохозяйственных машин; установку двух клапанных пружин и двух вентиляторных ремней на двигатель.

Технологические методы повышения надежности: обеспечение необходимой точности изготовления деталей; обеспечение оптимального качества рабочих поверхностей; повышение износостойкости, статической и циклической прочности деталей термической обработкой; упрочнение деталей химико-термической обработкой; упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием; нанесение на рабочие поверхности деталей машин износостойких покрытий. Другие методы повышения долговечности деталей: термомеханическое упрочнение; применение кованых заготовок и профилей; изготовление зубчатых колес и шлицевых валов методом обкатывания; установка втулок, колец и вставок из износостойких материалов; проведение искусственного старения чугунных деталей (блоки цилиндров, головки цилиндров, корпуса задних мостов и коробок передач); статическая и динамическая балансировка деталей и сборочных единиц; повышение точности сборки и качества окраски агрегатов и машин в целом; контроль качества.

Эксплуатационные мероприятия повышения надежности: качественная обкатка новых и отремонтированных машин в хозяйстве; организация технического обслуживания и создание для его проведения необходимой материальной базы; проведение периодических технических осмотров машин; соблюдение режимов работы машин; соблюдение рекомендаций заводов- изготовителей по применению топлива, масла и смазочных материалов; контроль и обеспечение достаточной герметизации агрегатов и механизмов машин; соблюдение установленных правил хранения машин; повышение уровня квалификации механизаторов и организации выполнения механизированных работ и инженерной службы хозяйства.

Повышение надежности машин при ремонте. 1. Проведение предремонтного диагностирования в мастерских организаций для определения необходимых ремонтных воздействий и разборки соответствующих агрегатов машин. 2.0беспечение сохраняемости ремонтного фонда, поступающего на ремонтные предприятия, достигается организацией складов и площадок, использованием специальных подставок и подкладок, антикоррозионных смазочных материалов и других средств. 3. Выполнение разборочных работ без повреждения деталей и разукомплектовки соответствующих пар. 4. Выполнение на ремонтных предприятиях качественной очистки машин, агрегатов и деталей от различных загрязнений. 5. Контроль и дефектация деталей. 6. Введение на ремонтных предприятиях входного контроля запасных частей. 7. Подбор деталей цилиндропоршневой группы (поршней, шатунов, поршневых пальцев) по массе. 8. Динамическая балансировка коленчатых и карданных валов, сцепления, колес автомобилей и других деталей и сборочных единиц. 9. Обеспечение регламентированных зазоров и натягов в соединениях, усилий затяжки резьбовых соединений и других требований при сборке агрегатов и машин. 10. Обеспечение хорошей герметизации агрегатов и сборочных единиц. 11. Внедрение стендовой обкатки и испытаний агрегатов и машин. 12. Повышение качества окраски ремонтируемых машин.

Технологический процесс ванного железнения и железнение периодическим током (холодное)

Железнение. Оно обладает хорошими технико-экономическими показателями: исходные материалы и аноды дешевые и недефицитные; высокая производительность — скорость осаждения железа составляет 0,2...0,5 мм/ч; толщина твердого покрытия достигает 0,8...1,2 мм; возможность в широких пределах регулировать свойства покрытий (микротвердость — 1600...7800 МПа) в зависимости от их назначения обусловливает универсальность процесса; достаточно высокая износостойкость твердых покрытий, не уступающая износостойкости закаленной стали.

Железнение используют: при восстановлении изношенных деталей (наращивание до чертежного или ремонтного размера); исправлении брака механической обработки; упрочнении рабочих поверхностей деталей из малоуглеродистой и среднеуглеродистой сталей, не прошедших при изготовлении термической обработки. Железнение осуществляют в таком порядке.

Выполняют подготовительные операции 1-8 технологического процесса.

1. Очистка деталей от загрязнений и масла на разборочно-моечном участке по принятой технологии очистки машин и оборудования.

2. Механическая обработка деталей с целью удаления следов из носа и придания покрываемой поверхности правильной геометрической формы и шероховатости поверхности Ra = 1,25...1 мкм.

3. Промывка деталей органическим растворителем для удаления масляной пленки, а также с целью более тщательной очистки деталей, особенно различных углублений, от загрязнений.

4. Изоляция непокрываемых поверхностей с целью защиты от осаждения на них металла, что сохраняет геометрические размеры поверхностей, предотвращает потери электроэнергии и металла.

5. Завешивание деталей в ванну с электролитом осуществляют монтажом их на специальные приспособления — подвески. Конструкция подвески должна создавать надежный электрический контакт с покрываемыми изделиями и штангой ванны.

6. Обезжиривание выполняют с целью удаления с поверхностей деталей жировых загрязнений. Этот процесс основан на том, что животные и растительные жиры под воздействием горячей щелочи разрушаются и образуют мыло (омыляются), которое легко смывается горячей водой. Обезжиривание в щелочных растворах можно проводить химическим и электрохимическим методами.

7. Тщательная промывка деталей горячей водой (70...80 °С).

8. Промывка холодной водой — если вода равномерно растекается и смачивает всю поверхность детали, а не растекается каплями, то качество обезжиривания хорошее. После обезжиривания и промывки водой нельзя прикасаться руками к поверхности детали.

9. Анодное травление проводят в 30%-м растворе серной кислоты (365 г/л) и 10...20 г/л сернокислого железа (FeSO₄*7Н₂O) при температуре 18...25 °С. Детали завешивают на анодную штангу. Катодами служат свинцовые пластины, площадь которых в 4...5 раз больше площади покрываемых деталей. Стальные детали обрабатывают при плотности тока 30...50 А/дм2 в течение 2...3 мин, а чугунные — при 18...20 А/дм2 в течение 1,5...2 мин.

10. Промывка холодной водой.

11. Промывка горячей водой (60...70 °С).

12. Железнение. По составу электролиты для железнения делят на три группы, различающиеся видом аниона соли железа: хлористые, сернокислые и смешанные (сульфатно-хлористые). Сернокислые электролиты по сравнению с хлористыми менее химически агрессивны и устойчивы к окислению. Однако они уступают хлористым электролитам по производительности, качеству получаемых покрытий и другим показателям. Наиболее распространенные электролиты приведены в таблице 1

Таблица 1. Состав электролитов и режимы железнения

Для обеспечения высокой прочности сцепления покрытий с деталями применяют разгонный режим: после промывки детали завешивают в ванну железнения и выдерживают без тока 10...60 с, затем включают ток плотностью 2...5 А/дм2 и проводят электролиз 0,5... 1 мин. Затем в течение 5- 10 мин постепенно повышают катодную плотность тока до заданного значения. В качестве анодов при железнении используют растворимые пластины из малоуглеродистой стаж, которые во избежание загрязнения электролита помещают в чехлы из стеклохолста. Соотношение площадей анодов и катодов S_А/S_K =1:2, расстояние между ними 80... 120 мм. При определении необходимой толщины покрытия учитывают припуск на последующую механическую обработку, принимаемый равным 0,1...0,2 мм на диаметр для шлифования и 0,2...0,3 мм для токарной обработки. После железнения выполняют заключительные операции 13... 18 технологического процесса.

Применение периодического тока при электрическом осаждении металлов. Существенный недостаток рассмотренных ранее электролитов—необходимость подогрева их до 70...80°С. Это усиливает агрессивность электролита, ухудшает его стабильность, усложняет конструкцию ванны и ее обслуживание, приводит к значительному расходу энергии на подогрев электролита и потере его при испарении. Холодные электролиты (электролиз ведут без нагрева) лишены указанных недостатков, но менее производительны, так как электролиз проводят при меньших плотностях тока.

Существует новый способ холодного железнения периодическим током с независимым регулированием амплитуд прямого (катодного) и обратного (анодного) импульсов, позволяющий в несколько раз повысить производительность процесса и улучшить свойства покрытий. Сущность этого способа заключается в следующем. Питание ванны периодическим током осуществляется от понижающих трансформаторов Т и Т2 (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальные схемы электролиза периодическим током с независимым регулированием амплитуд: а — прямого и обратного импульсов тока реостатами; б— прямого импульса тока автотрансформатором; Т1 и Т2 -трансформаторы; Т — автотрансформатор; VD1 и VD2 — полупроводниковые диоды; R1 и R2— регулировочные реостаты; РА1 и РА2- магнитоэлектрические амперметры; РАЗ и PV— соответственно электромагнитные амперметр и вольтметр; В— ванна

Встречно-параллельное включение полупроводниковых диодов VD1 и VD2 позволяет с помощью реостатов R1 и R2 разделить и независимо друг от друга регулировать прямой (-i) и обратный (+1) импульсы переменного тока, задавая им различные амплитуды. Осаждается металл только во время прохождения прямого импульса. Во время прохождения обратного импульса осажденный металл растворяется. Благодаря периодическому (с частотой 50 Гц) изменению заряда деталей и частичному растворению осажденного металла создаются особые условия, позволяющие в несколько раз повысить допустимую плотность тока. В результате этого про изводительность холодного железнения повышается до уровня производительности горячего железнения постоянным током.

График периодического тока с независимым регулированием амплитуд прямого и обратного импульсов:

Ikm и 1am - амплитуды прямого и обратного импульсов; Ikс и 1aс - средние значения прямого и обратного импульсов за период; Т - период периодического тока

Дата добавления: 2015-04-30