12.6. Подготовка восстанавливаемых поверхностей детали под нанесение покрытий

Для предотвращения растрескивания, шелушения и отслоения покрытий, необхо­димо осуществить подготовку поверхности детали под нанесение покрытия.

Поверхность зачищают до полного удаления влаги, масла, пыли, ржавчины, а также дефектов (трещин, следов изнашивания и т.д.). При этом существуют различные спосо­бы обезжиривания, из которых наиболее эффективна промывка ацетоном. Для удаления оксидной пленки и мелких трещин применяют иглофрезы, металлические щетки, лепе­стковые круги, абразивные ленты, или пескоструйную и дробеструйную обработку. Глу­бокие поверхностные трещины удаляют лезвийной обработкой.

Для предотвращения растрескивания покрытия проводят предварительный подог­рев детали. Этот подогрев обычно осуществляют газовой горелкой, ТВЧ для электриче­скими нагревателями, нагрев деталей может осуществляться и в нагревательных печах. В табл. 12.2 (по данным Э.В. Рыжова) приведены наиболее распространенные способы обработки поверхностей перед напылением.

1. Способы подготовки поверхностей под газотермическое покрытие

Способ обработки	Назначение
Механические способы обработки со снятием стружки
Предварительная механическая обработ­ка напыляемых поверхностей (точение, шлифование и др.)	Придание необходимых размеров, точности формы и шероховатости, удаление дефектных слоев
Нарезание резьбы	Создание шероховатости при нанесении по­крытий толщиной более 1,0 мм и при эксплуа­тации в условиях повышенных нагрузок
Фрезерование насечки	То же
Иглофрезерование	Механическая очистка поверхностей простой геометрической формы

Прочность сцепления покрытия с подложкой определяется не только подготовкой по­верхности под напыление, но и конкретным значением шероховатости Raили Rzи Sm.Мак­симальная прочность сцепления напыленного покрытия будет при Rz= 100 ... 150 мкм, Sm= 0,3... 0,5 мм.

Особенно актуален вопрос прочности сцепления покрытия с подложкой при боль­шой разнице их коэффициентов термического расширения, например при напылении керамики, на стальную основу. В этих случаях в начале напыляют керамику с материа­лом основы, затем чистую керамику, армируют покрытия волокнами вольфрама или молибдена. Для повышения прочности сцепления и улучшения свойств покрытия осу­ществляют его оплавление, в частности лазерной обработкой.

В специальных установках для вакуумного напыления ионно-плазменных покры­тий («Булат», «Пуск», и т.д.) процесс окончательной глубокой очистки восстановленной поверхности осуществляется в самой установке.

12.7 Механическая обработка восстановленных поверхностей деталей машин

После восстановления поверхностей деталей большинство из них подвергаются ме­ханической обработке для получения требуемой точности размеров и шероховатости поверхности.

Иногда при обработке требуется обеспечить не только геометрическую форму и размеры, но и взаимное расположение установочных баз. Поэтому как восстановление поверхностей деталей, так и их обработку необходимо производить при одинаковой ус­тановке.

Для обработки восстановленных поверхностей деталей, как правило, применяется лезвийная и абразивная обработка: точение, растачивание, торцовое фрезерование, шлифование, хонингование, суперфиниширование и притирка.

Механическая обработка покрытий, по данным С.А. Клименко, значительно отли­чается от обработки заготовок, имеющих аналогичный химсостав. Это объясняется на­личием пористости, прежде всего на границах покрытия, различной прочностью сцепле­ния и другими факторами.

Лезвийная обработка восстанавливаемых деталей применяется если требуемая точ­ность находится в пределах 7-10 квалитета, а шероховатость рабочих поверхностей Ra= 5 ... 2,5 мкм.

Однако лезвийный инструмент, оснащенный твердым сплавом, не позволяет эф­фективно производить обработку покрытий твердостью свыше 42 HRC. Поэтому для обработки таких покрытий применяется инструмент, оснащенный пол и кристаллическим сверхтвердым материалом на основе кубического нитрида бора (КНБ).

В СНГ для этого разработаны такие режущие материалы как гексанит-Р (ТУ2-035- 808-81), киборит (ТУ2-037-636-88) и поликристаллы 10Д. Фирма «Де Бирс» для этого изготовлена пластины из амборита.

Инструмент из киборита позволяет удалять весь дефектный поверхностный слой покрытия за один рабочий ход, т.е. обрабатывать с глубиной резания до 2,5 мм. Приме­нение инструмента, оснащенного композитом Ю, эффективно при глубине резания 1,0 мм. Чистовая обработка покрытий со скоростями резания 2,50 ... 13 м/с, подачей 0,01 ... 0,15 мм/об, и глубиной резания 0,05 ... 0,5 мм производится инструментом из композита 10, ЮД, эльбора. Режущий инструмент должен иметь отрицательный передний угол, радиус при вершине инструмента должен находится в пределах 0,3 ... 1,0 мм , главный угол в плане <р > 30 ... 35°, так как малые углы в плане при обработке твердых покрытий приводят к значительному увеличению радиальных сил, что в свою очередь вызывает появление вибраций.

Инструмент из поликристаллов является более работоспособным при обработке наплавленных покрытий с мартенситной структурой (ПП-АН12; ПП-АН122; ПП-АН128; ЛС-5Х4ВЗМФС и др.).

При обработке покрытий на основе твердых сплавов ВК более эффективен инстру­мент, оснащенный пластинами с синтетическим алмазом, например алмазо-твердосплавные пластины марки АТП (ТУ2-037-547-86).

Стойкость резцов из пол и кристаллических сверхтвердых материалов при обработке покрытий в 20 ... 30 раз выше, чем резцов из твердого сплава Т15К6. При этом произво­дительность обработки, благодаря высокой скорости резания, возрастает в 3 ... 4 раза.

Шлифование является основным методом обработки восстановленных поверхно­стей деталей, особенно высокой твердости. Покрытия на основе карбидов вольфрама и керамики могут эффективно обрабатываться только шлифованием. Эффективность про­цесса шлифования в значительной мере определяется правильностью выбора абразивно­го материала. Так круги из электрокорунда могут быть использованы при обработке по­крытий с твердостью до 35 HRC, круги из карбида кремния при обработке покрытий с твердостью 35 ... 50 HRC, Покрытия с твердостью свыше 50 HRCцелесообразно обра­батывать алмазными кругами. Сравнительные результаты по производительности Qи износу различных кругов (относительный расход абразивного материала q) при круглом наружном шлифовании композитных покрытий на основе железа (Т-590Н), никеля (СНГН), никеля и карбида вольфрама (ВСНГН), а также твердых сплавов (Т15К6 и ВКб), по данным проф. А.И. Сидорова, приводятся в табл. 12.3.

Режимы обработки: v*= 25 м/с; S_n-0,01 мм/дв. ход; S„p- 1 м/мин.-

При алмазно-электрохимическом шлифовании: v* = 21 м/с; = 0,05 мм/дв. ход; 5_пр=2,5 м/мин., [/ = б В.

Применение алмазного инструмента наиболее эффективно при шлифовании особо твердых покрытий. Так при обработке плазменно-напыленного сормайта и оксида алю­миния необходимо использовать только алмазный инструмент - шлифовальные круги с алмазом АС4 100/80 со стопроцентной относительной концентрацией на связках М2-01, В2-08, ВЗ-ОЗ-1. Для отделочной обработки рекомендуются бесконечный алмазные ленты АЛШБ с алмазами ACM, АС4 зернистостью 80/63, 40/28, 20/14 на связках ВЗ-06, ВЗ-02.

Продолжение таблицы 12.3

Применение алмазных кругов позволяет значительно снизить себестоимость обра­ботки. Так, а табл. 12.4 по данным фирмы «Тиролит Шлейфмиттельверке Сваровский К,Г, (Австрия)» , приведена относительная себестоимость обработки С₀ покрытий ал­мазными кругами при наружном шлифовании.

Круг имел связку В53 с 75%-ной концентрацией алмазов. Обработка производилась с охлаждением, с Х_п=0,02 мм/дв. ход. Относительная себестоимость С₀ определялась от­носительно себестоимости обработки кругом из карбида кремния (C80H8V18), которая принята за единицу для аналогичных покрытий и режимов шлифования.

Для повышения эффективности обработки покрытий применяют алмазное электро-эрозионное шлифование (АЭЭШ). Обработка в режиме АЭЭШ осуществляется электро­проводными алмазными кругами, инструмент изолируется от детали, в зону шлифова­ния вводим дополнительную энергию от генератора импульсов. Применение АЭЭШ позволяет также повысить эффективность обработки наплавки релит-мельхиор, которая практически не поддается шлифованию кругами из электрокорунда и карбида кремний и плохо шлифуется алмазными кругами.