ФИНИШНОЕ ПЛАЗМЕННОЕ УПРОЧНЕНИЕ (ФПУ)
новая технология многократного повышения работоспособности инструмента, штампов, пресс-форм и деталей машин, рассчитанная на массовое применение в промышленности
Сущность финишного плазменного упрочнения состоит в нанесении износостойкого алмазоподобного нанопокрытия при атмосферном давлении. Покрытие является продуктом плазмохимических реакций паров реагентов, прошедших через дуговой плазмотрон.
Цель финишного плазменного упрочнения - изготовление инструмента, штампов, прессформ, ножей, фильер, подшипников и др. деталей машин со специальными свойствами поверхности: износостойкостью, антифрикционностью, коррозионностойкостью, жаростойкостью, разгаростойкостью, антисхватыванием, стойкостью против фреттинг - коррозии и др.
Эффект от финишного плазменного упрочнения достигается за счет изменения физико-механических свойств поверхностного слоя: увеличения микротвердости, уменьшения коэффициента трения, создания сжимающих напряжений, залечивания микродефектов, образования на поверхности диэлектрического и коррозионностойкого пленочного покрытия с низким коэффициентом теплопроводности, химической инертностью и специфической топографией поверхности.
Оборудование для ФПУ включает в себя источник тока, блок аппаратуры с жидкостным дозатором, плазмотрон с плазмохимическим генератором. Дополнительно данное оборудование может комплектоваться манипулятором, блоком автономного охлаждения, мобильной вытяжной системой и прибором контроля нанесения покрытия.
Технологический процесс финишного плазменного упрочнения проводится при атмосферном давлении и состоит из операций предварительной очистки (любым известным методом) и непосредственно упрочнения обрабатываемой поверхности путем взаимного перемещения изделия и плазмотрона. Скорость перемещения - 1-10 мм/с, расстояние между плазмотроном и изделием - 10-15 мм, диаметр пятна упрочнения - 12-15 мм, толщина покрытия - 0,5-3 мкм. Температура нагрева деталей при ФПУ не превышает 100 - 150°С. Параметры шероховатости поверхности после ФПУ не изменяются. В качестве плазмообразующего газа используется аргон, исходным материалом для прохождения плазмохимических реакций и образования покрытия является специальный жидкий двухкомпонентный препарат СЕТОЛ. Его расход не превышает 0,5 г/ч (не более 0,5 литра в год).
Контроль качества финишного плазменного упрочнения осуществляется по наличию и сравнению цветовой гаммы покрытия на обработанной поверхности и эталона, а также другими методами.
Требования безопасности при финишного плазменного упрочнения не накладывают ограничений для широкого использования и определяются применением сварочных источников нагрева.
Примеры применения ФПУ: упрочнение режущего инструмента, штампов, ножей, пил, пресс-форм, калибров, фильер, шестерен, подшипников, деталей машин типа валиков, кулачков, направляющих, фиксаторов, прижимов, толкателей и т.д.упрочнение инструмента
Внедрение ФПУ на предприятиях России, стран СНГ и зарубежья повышает стойкость упрочненных изделий в 2-10 раз.
Отличительные особенности финишного плазменного упрочнения По сравнению с аналогами - ионно-плазменным напылением, лазерным и электроискровым упрочнением, эпиламированием, нанесением кластерных покрытий - данный процесс имеет преимущества:
- высокая воспроизводимость и стабильность упрочнения за счёт двойного эффекта - от износостойкого покрытия и структурных изменений в тонком приповерхностном слое;
- проведение процесса упрочнения на воздухе при температуре окружающей среды не требует применения вакуумных или других камер и ванн;
- вследствие нанесения тонкоплёночногопокрытия (толщиной не более 3 микрометров), укладывающегося в допуски на размеры деталей, процесс упрочнения используется в качестве окончательной финишной операции;
- отсутствие изменений параметров шероховатости поверхности после процесса упрочнения;
- минимальный нагрев в процессе обработки (не более 100-120 °С) не вызывает деформаций деталей, а также - позволяет упрочнять инструментальные стали с низкой температурой отпуска;
- возможность упрочнения локальных (по глубине и площади) объемов деталей в местах износа с сохранением исходных свойств материала в остальном объёме;
- тонкоплёночное покрытие по микротвёрдости наиболее близко к алмазоподобным покрытиям;
- образующиеся на поверхности упрочнения сжимающие остаточные напряжения при циклической нагрузке
повышают усталостную прочность изделия (для сравнения: после операции шлифования возникают растягивающие напряжения, ведущие к снижению усталостной прочности);
- высокая адгезионная прочность сцепления покрытия с основой обеспечивает максимальную сопротивляемость истиранию (в том числе - при взаимодействии инструмента с обрабатываемым материалом);
- низкий коэффициент трения способствует подавлению процессов наростообразования при резании или налипания при штамповке и прессовании;
- формирование специфического микрорельефа поверхности способствует эффективному его заполнению смазочно-охлаждающей жидкостью при эксплуатации инструмента и деталей машин;
- образующееся на поверхности тонкоплёночное аморфное (стеклообразное) покрытие защищает изделие от воздействия высокой температуры (испытания на высокотемпературную воздушную коррозию в течение 100 часов при температуре 800 °С);
- высокая производительность упрочнения (время обработки, например, кромок вырубного штампа средних размеров может составлять несколько минут);
- простота операций по очистке и обезжириванию перед упрочнением (отсутствие специальной предварительной подготовки);
- возможность упрочнения поверхностей деталей любых габаритов в ручном или автоматическом режимах;
- минимальное потребление и низкая стоимость расходных материалов;
- низкая потребляемая мощность установки для упрочнения - менее 6 кВт;
- незначительная площадь, занимаемая оборудованием - 1-2 м2;
- малогабаритный плазмотрон для упрочнения (массой около 1 кг) может быть легко закреплён на манипуляторе, в руке робота, а также - позволяет вести обработку вручную;
- транспортабельность и маневренность оборудования ( масса блока аппаратуры - менее 15 кг, источника питания - 100-200 кг);
- экологическая чистота процесса в связи с отсутствием отходов при упрочнении;
- минимальный уровень шума, не требующий специальных мер защиты;
- в отличие от методов упрочнения с использованием поверхностно-активных веществ - в данной технологии отсутствуют особые требования к помещению, нет контактирования с токсичными материалами, не требуется затрат времени на выдержку в растворах и сушку обработанных деталей.
Экономическая эффективность ФПУ штампов, инструмента и других изделий определяется повышением их работоспособности и износостойкости, сокращением необходимого количества для заданной производственной программы, экономией инструментальной стали, уменьшением объёма заточных операций , сокращением времени и средств, связанных с настройкой прессов и металлообрабатывающих станков, возможностью интенсификации режимов работы.
|
