Механизм формирования высокоресурсных покрытий

Процесс формирования высокоресурсных покрытий представляет собой сложный комплекс механо-физико-химических явлений, оказывающих существенное влияние на состояние поверхностного слоя обрабатываемой детали и формирование покрытий.

Механическая составляющая энергии комбинированной

химикомеханической обработки (формула 3.1) может быть представлена в в виде где Р_тах - наибольшая сила соударения, Н.

По [14], [15], [88]

96

где τ_u- длительность соударения, с; К_р - коэффициент разрыхления рабочей среды; m₁приведенная масса гранулы рабочей среды, г; х - перемещение вибрирующей массы, мм.

Здесь угловая частота ω₀

где К₂ - коэффициент сопротивления вибрирующей рабочей среды; n-количество соударений в единицу времени.

где С - коэффициент, учитывающий активность рабочей массы (часть кинетической энергии удара, используемой на перемещение рабочей среды).

где т₂ - масса детали.

где Щ- вероятностный коэффициент, устанавливающий фактическое количество соударений- коэффициент сопротивления перемещению

вибрирующей рабочей среды.

Если исходить из положения что колебательные движения рабочей среды создают условия, при которых динамическое воздействие может приводить в месте контакта к напряжениям, которые, в свою очередь, в зависимости от физико-механических и геометрических параметров соударяющихся тел могут приводить к разрушению в зоне контакта, то для малых внедрений, когда объем разрыхленной пленки за один удар шара

где r_k- радиус пятна касания; h_c- глубина внедрения сферы.

Расчет значения h выполняется по

где Р_тах - наибольшая сила соударения рабочей среды с поверхностью металла; а_м - пластическая твердость материала; - радиус шара.

С учетом физико-механических свойств максимальную глубину внедрения сферы определяют с помощью выражения

где K_r- коэффициент, учитывающий физико-механичекие свойства рабочей среды.

Основными параметрами этого процесса являются скорость и сила соударения частиц рабочей среды с поверхностью деталей и контактное давление в зоне соударения.

Для определения возможности нанесения ВиХМП необходимо определить значение указанных параметров.

Учитывая сложность явлений, происходящих в зоне соударения, значение коэффициентов, отражающих влияние добавок, определено экспериментальным путем.

где l^_κ- скорость рабочей камеры; K_v- коэффициент потери скорости по мере удаления от стенок рабочей камеры; K_τp_v- эмпирический коэффициент, учитывающий наличие раствора в зоне соударения (по [13] Kτpv = 0,7­0,8).А а - амплитуда колебаний рабочей камеры; n - количество соударений в единицу времени соизмеримое с частотой колебаний рабочей камеры.

Существенное значение на процесс нанесения ВиХМП оказывают контактные давления. Максимальное давление (Pqmax) в центре площадки определяется по формуле

98

где pс - сила соударения; а - размер контактной площадки в случае контакта шара с поверхностью; Кс-коэффициент, учитывающий одновременное действие столба гранул; Кд- коэффициент, учитывающий демпфирующие свойства среды; В- коэффициент, учитывающий количество энергии удара гранул на упругий отскок и перемещение свободно нагруженной детали; Кмс-коэффициент, учитывающий многократное приложение нагрузки (Кмс=1,3-1,6).

Анализ основных параметров показывает, что контактные давления незначительно превышают предел текучести обрабатываемого материала и, следовательно, имеет место упруго-пластическая деформация на микро/наноуровне. Силы соударения (Рс), оцениваемые в (3.29) по [145], обеспечивают сближение частиц рабочей среды и поверхности обрабатываемой детали

При формировании ВиХМП с поверхностью обрабатываемой детали будет взаимодействовать часть шара, представляющая собой сферический сегмент высотой h. Площадь сферического сегмента будет равна

На рис. 3.5 представлена схема внедрения шара в обрабатываемую поверхность. Шар под воздействием внешних факторов внедряется в поверхность формирующегося покрытия, при этом на поверхности металла образуются вмятины разного размера и формы.

99

Рис. 3.5. Схема внедрения шара

Объем деформированного металла при соударении шара с обрабатываемой поверхностью оценивается по формуле

где K_α- коэффициент затухания амплитуды колебания по мере удаления от стенок рабочей камеры.

3.5.