Tehnologii de aliere și prelucrare electroerozivă pentru compresoare și echipamente de pompare

Tehnologii de dopaj și procesare prin eroziune electrică pentru echipamente pentru compresoare și pompe Compania TRIZ a dezvoltat și implementează un nou mod de prelucrare a inserțiilor de bronz pentru rulmenți glisanti. Articolul oferă o descriere detaliată a procesului de dopaj în trei etape care are ca rezultat o acoperire de eroziune electrică combinată constând din zone discrete cu grosimea maximă de 30 µm, adică un microrelief de suprafață obișnuit ale cărui vârfuri au micro-duritate de 35 până la 38 kgf/mm2.

V.S. Martsinkovsky, Candidat la științe tehnice, conferențiar, TRIZ LLC,V.B. Tarelnik, Doctor în științe tehnice, prof., SNAU

„Fiabilitatea echipamentului, adică funcționarea neîntreruptă a unei unități sau unități în condițiile actuale până la următoarea reparație, va reduce costurile de operare ale unei companii de petrol și gaze. Studiile arată că odată cu creșterea fiabilității echipamentelor cu 5%, profitabilitatea companiei crește cu peste 34%” [S. Gorelenkov]. Pentru fiecare dolar investit în îmbunătățirea fiabilității echipamentelor, compania câștigă 6 dolari în profit. O întrebare simplă: cum să investești?

Una dintre activitățile TRIZ, care asigură fiabilitatea unităților TRIZ ® performante pentru echipamente dinamice, este dezvoltarea și aplicarea tehnologiilor TRIZ ® care garantează calitatea producției unităților furnizate. Tehnologii de prelucrare electroerozivă pentru fabricarea de cuplaje, etanșări labirint și impuls și tehnologie de aliere electroerozivă folosind deformarea plastică a suprafeței (SPD) prin laminare cu bile (OS) sau finisare ultrasonică neabrazivă (BUFO), dezvoltate de companie pentru perechi de lagăre de fricțiune, etanșări flotante și cu fante, corespund astăzi nivelului operațional necesar, oferind un nivel continuu de funcționare2-4-year.operarea echipamentelor dinamice.

Pentru fabricarea carcaselor de rulment (VP) se folosesc diferite aliaje antifricțiune. Schimbarea tipului și calităților aliajelor are loc sub influența condițiilor de funcționare de strângere a ansamblurilor de rulmenți. De obicei, aliajele pentru rulmenți pe bază de cupru au caracteristici mecanice mai mari în comparație cu babbits, precum și aliajele pe bază de zinc și aluminiu [I.V. Kragelsky, N.M. Mikhin, N.A. Tufiș].

La utilizarea aliajelor pe bază de cupru, deteriorarea rulmentului se manifestă sub formă de uzură crescută, rodaj dificil și probabilitate mare de uzură [A.V. Chichinadze, E.M. Berliner, E.D. Maro]. În acest sens, este necesar să se formeze acoperiri speciale pe bronzul VP care să îmbunătățească condițiile de rodare.

Am dezvoltat și folosim o metodă de prelucrare a bucșelor din bronz ale lagărelor de alunecare (PS) [V.B. Tarelnik, V.S. Martsinkovsky, B. Antoshevsky].

Mai întâi, se aplică un strat de argint pe suprafețele de lucru ale inserțiilor de bronz (a căror microduritate este de 110–115 kgf/mm2) prin aliaje electroerozive (EEA) la o energie de descărcare de 0,1–0,3 J. Microduritatea stratului de suprafață format scade și se ridică la 75–80 kgf/mm2.

După aceea, pe stratul de argint se aplică un strat de cupru prin aceeași metodă și la aceeași energie de descărcare (0,1–0,3 J). Microduritatea stratului de acoperire după depunerea cuprului crește ușor și se ridică la 85–90 kgf/mm2.

Al treilea strat este aplicat cu un strat electroeroziv de staniu babbit la energii de impuls de 0,01–0,04 J. În acest caz, cuprul, care face parte din acoperire, formează o soluție solidă de substituție cu staniu, care este componenta principală a babbits, oferindlegaturi metalice garantate.

Aplicarea staniului babbit favorizează producerea unui amestec mecanic prin reacție eutectică pe bază de argint, care constă din fazăe și Sn cu un punct de topire de aproximativ 220°C. Microduritatea structurii după aplicarea stratului de electroeroziune din staniu babbitt este de 35–38 kgf/mm2. Plumbul, care este conținut în bronz, practic nu se dizolvă în argint și este în stare liberă.

Astfel, se obține un strat de electroeroziune combinat (CEC) sub formă de zone discrete cu o grosime maximă de 30 μm, adică se formează un microrelief regulat de suprafață, ale cărui vârfuri au o microduritate de 35–38 kgf/mm 2 .

Pe fig. 2 prezintă carcase de lagăr albe din bronz fără acoperire (rândul de sus) și cu CEP (rândul de jos).

Pe fig. Figura 3 prezintă topografia suprafeței specimenelor de bronz cu CEC, pe care sunt selectate 3 puncte caracteristice (1 - suprafață netedă, 2 - suprafață aspră, 3 - por).

Spectrul de suprafață și compoziția elementară, atât în ​​punctele caracteristice, cât și din întreaga suprafață studiată, sunt prezentate în Tabelul 1, respectiv. 1 și în fig. 1. După cum se poate vedea din Tabel. 1 și fig. 1, în toate punctele caracteristice există elemente care fac parte din CEC.

Tabelul 1 arată distribuția elementelor pe măsură ce stratul de suprafață se adâncește cu o etapă de scanare de 5 µm. 2.

După cum se vede din tabel. 1 și 2, stratul de suprafață format de SEE este format din elemente de electrozi de aliere și un substrat. Grosimea stratului de rodaj este de 30 µm.

Experiența de succes în utilizarea rulmenților cu acoperire antifricțiune (Fig. 1) a fost obținută pe carcasa HPC (n = 12.600 rpm) a compresorului de aer C102.

Cu toate acestea, utilizarea VP tratatămetoda propusă necesită o precizie mare de aliniere a ansamblurilor de rulmenți datorită grosimii mici a stratului de acoperire. În caz de inexactitate în stabilirea grosimii stratului de acoperire care depășește rulajul, suprafața de lucru a VP poate fi zdrobită.

Durata de viață reală a mașinii depinde direct de capacitatea portantă a suprafețelor pieselor, care este determinată de calitatea stratului lor de suprafață. Performanța arborilor rotorului, pe lângă forțele și momentele variabile care acționează, este afectată semnificativ de forțele de frecare care apar în lagărele lipite (PS). Frecarea dintre suprafețele suporturilor de rulment (PSH) ale arborelui și carcasele de rulment (VP) determină uzura acestora. Cantitatea de uzură depinde de condițiile de frecare determinate de o serie de factori: proprietățile fizice și mecanice ale materialelor arborelui și ale VP, forma și dimensiunile pieselor, rugozitatea suprafețelor de frecare, viteza, sarcina și modurile de funcționare termică ale perechii de frecare, metoda de alimentare, cantitatea și calitatea lubrifiantului.

CĂLIREA ȘI REPARAȚIA ROTORLOR ST

Pentru a crește capacitatea portantă a arborilor, se folosesc diverse metode de întărire a acestora: călirea arborelui FS cu curenți de înaltă frecvență, galvanizare, nitrurare, călire prin metode de deformare plastică a suprafeței (SPD), aliaje electroerozive (EEA), etc. Cu toate acestea, cea mai promițătoare, în opinia noastră, este tehnologia combinată a EEA și SPD complementare.

Pentru a stabili principalele regularități între calitatea straturilor de suprafață formate și parametrii tehnologici ai SEE și PPD au fost efectuate studiile necesare.

Pentru a dezvolta o tehnologie de aplicare a acoperirilor electroerozive combinate (CEC), au fost efectuate studii experimentale pe SEE ale substraturilor din oțel folosind electrozi solizi.materiale rezistente la uzură și anti-fricțiune moi.

Pentru a îmbunătăți calitatea straturilor de suprafață ale pieselor, a fost studiată influența SPD asupra SEE a straturilor de diferite durități și compoziții.

Pe baza analizei stării de efort-deformare a stratului SEE, am propus o tehnică care face posibilă determinarea parametrilor geometrici și de deformare pentru straturile cu structură complexă obținute ca urmare a SEE.

S-a stabilit că în cazul unui CEC SB, rugozitatea suprafeței scade de la Ra = 0,48 ... 0,52 µm la Ra = 0,1 µm. Straturile de suprafață cu microduritate mare nu se întăresc cu o creștere a forței specifice a SS, ci sunt presate în straturile subiacente, întărindu-le astfel pe acestea din urmă. Microduritatea în stratul de tranziție pentru toate acoperirile depuse prin metoda EEA crește într-o măsură diferită. Mai mult, cu cât microduritatea zonei de tranziție este mai mică, cu atât rezervele pentru creșterea acesteia sunt mai mari.

În urma studierii uzurii probelor întărite prin EEA + PPD, și a probelor fără întărire, s-au obținut următoarele date (Tabelul 3).

S-a stabilit că aplicarea acoperirilor electroerozive pe oțelul 45 determină prezența unor tensiuni de întindere nefavorabile în stratul de suprafață. SPD-ul ulterior formează tensiuni de compresiune favorabile în stratul de suprafață, care neutralizează complet tensiunile de întindere formate de SEE.

La testarea modelelor la scară reală de arbori cu CEC (Cu + Cr), s-a constatat că, ca urmare a SEE, rezistența la oboseală a scăzut de 1,5 ori față de arbori neacoperiți, dar este de 1,5 ori mai mare decât cea a arborilor aliați doar cu crom. OR al specimenelor le crește rezistența la oboseală cu 16-20% în comparație cu specimenele neacoperite. Deoarece locul distrugerii lor s-a mutat în afara acoperirii, se poate concluziona că limita de rezistență este și mai mare.

Peorez. 5 prezintă EEL și OSH ale suporturilor de rulment ale rotorului turbocompresorului GTT-3. Lucrarea a fost efectuată la Novomoskovsk la CJSC MHK EuroChem de către reprezentanții SRL TRIZ. Măsurarea gâturilor rotorului după OSH a arătat că dimensiunea lor a crescut cu 0,02 mm.

Tehnologia modernă de întărire EEL utilizată de TRIZ LLC are numeroase metode de îmbunătățire a structurii și proprietăților stratului de suprafață, fiecare având zone optime de aplicare. Una dintre caracteristicile specifice ale SEE este că procesul de aliere poate avea loc fără transferul materialului anodului (electrodul de aliere) pe suprafața catodului (partea) și să nu formeze o creștere a materialului, adică suprafața piesei este saturată difuz cu elementele constitutive (elementul) anodului, de exemplu, în timpul AEE cu un electrod de grafit.

Metoda EEA cu electrod de grafit se bazează pe procesul de difuzie (saturarea stratului de suprafață al piesei cu carbon) și are o anumită similitudine cu un tip de tratament chimico-termic - cimentare.

Comparativ cu electrodul de grafit EEL de cimentare (cimentare electroerozivă, EC) [S.U.A. 2337796, Martsinkovsky V.S., Tarelnik V.B., Belous A.V.] nu numai că are toate avantajele metodei comparate, dar are și o serie de avantaje (fără lesă și denaturare a piesei, posibilitatea de a desfășura procesul într-un loc local, consum de energie semnificativ mai mic, simplitate etc.). Productivitatea procesului în acest caz este de 2–5 cm2/min.

EC este o direcție tehnologică separată a EEL, care face posibilă formarea de straturi de suprafață cu rezistență crescută la uzură și duritate pe piesele mașinii fără a modifica dimensiunea originală a piesei.

EC are o serie de caracteristici specifice:

• modificare ușoară a rugozității suprafeței;
• realizarea unei continuități de întărire de 100% a stratului superficial;
• creșterea durității stratului superficial al piesei datorită proceselor de difuzie-călire;
• ușurința de utilizare a tehnologiei;
• legarea flexibilă la echipamentele existente;
• procesul de călire nu necesită pregătire specială și calificări înalte ale muncitorului.

Specialiștii Departamentului de Serviciu Tehnic (SNAU), la instrucțiunile companiei TRIZ, au studiat efectul parametrilor tehnologici ai echipamentelor (energia de descărcare, durata alierei) asupra parametrilor calitativi (structură, rugozitate, continuitate, microduritate, adâncime a stratului, tensiuni reziduale, compoziția de fază) ai straturilor de suprafață ale pieselor din diverse materiale în timpul CE. Pe baza cercetărilor au fost dezvoltate o serie de procese tehnologice pentru călirea pieselor pentru mașini dinamice. Ca operație de finisare după EC, se folosesc șlefuirea, șlefuirea, deformarea plastică a suprafeței (lustruire cu diamante, rulare cu bile sau cu role) sau finisarea ultrasonică neabrazivă (BUFO).

Mai jos sunt câteva exemple de aplicare a metodei EC urmate de finisare prin diverse metode.

FLOAT SIGIL CAPAT

Într-o etanșare plutitoare, suprafețele de contact de la capăt trebuie să aibă duritate și rezistență la uzură ridicate, precum și rugozitate scăzută.

Procesul de întărire a suprafețelor de capăt ale inelelor de etanșare plutitoare (Fig. 6) se realizează manual pe instalația „Elitron 22A” prin metoda EC la o energie de descărcare de 0,5 J. Adâncimea stratului întărit a fost de 30–50 μm, microduritatea a fost de 900–1100 HV. După aceea, pentru a reduce rugozitatea și frecarea, aliajele de argint se efectuează la o energie de descărcare de 0,05 J.Finisare - lepare.

CĂLIRE A PĂRȚILOR DE TIP „ARB” PE EXEMPLU DE RUGĂRI ALE ARBORELOR

La fabricarea rotoarelor de turbine apar probleme cu întărirea suprafețelor de lagăr ale lagărelor. Pe fig. 7 arată starea suprafețelor de rulment neîntărite după 2 ani de funcționare. La repararea rotoarelor și la șlefuirea rulmenților, stratul întărit este îndepărtat.

Tehnologia standard pentru călirea suprafețelor arborelui poate fi implementată prin diverse metode: HDTV, nitrurare, cementare. În aceste cazuri, TRIZ LLC recomandă tehnologiile combinate CEP + OSH, sau EC + BUFO (Fig. 8).

Tehnologia combinată propusă (Fig. 8), care constă în EC urmată de tratament BUFA, face posibilă obținerea unei suprafețe întărite de înaltă calitate, ai cărei parametri sunt atinși prin metodele de mai sus, dar la un cost mai mic (de 5-10 ori).

---