Повышение долговечности деталей агрегатов электронасосных центробежных скважинных для воды комбинированным упрочнением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.04, кандидат технических наук Самок, Георгий Семенович

• Самок, Георгий Семенович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Самок, Георгий Семенович

Введение

ГЛАВА ПЕРВАЯ. Состояние вопроса и постановка задачи исследо- 6 вания

1.1. Анализ работы электронасоса, электродвигателя и их эле- 6 ментов

1.2. Требования к механическим свойствам деталей электрона- 12 coca и электродвигателя, контактирующих с подшипниками скольжения и с жидкой массой

1.3. Существующие методы отделочно-упрочняющей обработ- 13 ки, применяемые для повышения износостойкости металлических поверхностей

1.3.1. Борирование

1.3.2. Хромирование

1.3.3. Карбохромирование

1.3.4. Нитроцементация

1.3.5. Карбонитрация

1.3.6. Ионное азотирование

1.3.7. Хромовое покрытие с ультраалмазами

1.3.8. Цементация

1.3.9. Азотирование

1.3.10. Цианирование

1.4. Технология алмазного выглаживания

1.5. Возможности магнитной обработки и магнитных установок

Выводы и задачи исследования

ГЛАВА ВТОРАЯ. Конструкторская часть

2.1. Разработка блок-схемы узла хромирования

2.2. Разработка и изготовление конструкции алмазного выгла-живателя

2.3. Разработка конструкции импульсной магнитной установки

2.4. Разработка и изготовление экспериментальной установки для исследования деталей на износ

Выводы

ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Исследование механических свойств деталей, упрочненных различными способами

3.1. Измерение твердости образцов деталей

3.2. Измерение величины шероховатости поверхности деталей

3.3. Исследование поверхностного слоя деталей из различных материалов, упрочненных разными способами

3.3.1. Исследование поверхностного слоя детали из стали

3.3.2. Исследование поверхностного слоя детали из стали 45 с 86 покрытием из хрома с ультраалмазом

3.3.3. Исследование поверхностного слоя детали из стали 94 40X13 и 12Х18Н10Т

3.4. Проведение испытаний по упрочнению втулок в заводских условиях

Выводы

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. Исследование деталей на износостойкость

4.1. Методика проведения экспериментов

4.2. Проведение экспериментов по исследованию деталей на износостойкость

4.2.1. Измерение силы трения в зоне контакта

4.2.2. Выявление характера изнашивания поверхностей роторных втулок

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности деталей агрегатов электронасосных центробежных скважинных для воды комбинированным упрочнением»

Повышение качества изготовления агрегатов электронасосных центробежных скважинных для воды имеет важное народно-хозяйственное значение. Агрегат состоит из центробежного насоса и нагруженного электродвигателя. Электродвигатели с высокими эксплуатационными характеристиками обеспечивают бесперебойную и эффективную работу электронасосов.

В большинстве случаев электродвигатели и насосы выходят из строя вследствие износа нагруженных деталей (валов, втулок и т.д.) вследствие их контакта с резинометаллическими подшипниками и жидкостью, проходящей через элементы электронасоса. При этом у электродвигателей разрушается только рабочая поверхность деталей (втулки, валы), которая контактирует с подшипниками и с жидкой массой. В основном эти детали изготавливают из дорогостоящих сталей - 40X13 и 12Х18Н10Т. Качество поверхности из этих сталей уже нельзя существенно увеличить за счет легирования или термической обработки.

Поэтому дальнейшее улучшение качества рабочих поверхностей деталей агрегатов возможно только за счет замены марок сталей 12Х18Н10Т и 40X13 на другую сталь, например сталь 45 более дешевую, и применения многокомпонентных покрытий.

Целенаправленное изменение свойств поверхностных слоев детали путем использование покрытий и поверхностной механической обработки для уменьшения износа и увеличения коррозионной стойкости - хорошо известная и развитая технология. Однако это направление становится все более важным вследствие того, что требования к физико-механическим и химическим свойствам конструкционных материалов становятся все более жесткими и точными. Как следствие, для достижения максимальной эффективности, возникает необходимость улучшения существующих систем покрытий и поверхностной обработки с целью удовлетворения постоянно возрастающих требований конструкторов.

Цель работы

Повышение качества изготовления деталей агрегатов электронасосных центробежных скважинных для воды за счет улучшения их эксплуатационных характеристик путем применения комбинированной упрочняющей обработки.

Научная новизна

Установлено изменение физико-механических и эксплуатационных свойств деталей электронасосов и электродвигателей в результате упрочнения путем нанесения гальванопокрытия из хрома и ультроалмаза, алмазного выглаживания, импульсной магнитной обработки и их комбинаций.

Выявлен механизм изнашивания поверхностей деталей электронасосов и электродвигателей, упрочненных путем нанесения гальванопокрытия из хрома и ультраалмаза, алмазного выглаживания, импульсной магнитной обработки и их комбинаций.

Практическая значимость

Полученные результаты экспериментальных исследований позволили:

1. Разработать конструкции установок гальванопокрытия из хрома и ультраалмаза, импульсной магнитной обработки, инструмента для алмазного выглаживания.

2. Разработать технологии для упрочнения деталей путем нанесения гальванопокрытия, алмазного выглаживания, импульсной магнитной обработки и их комбинаций.

3. Повысить износостойкость деталей из стали 45, упрочненной нанесением гальванопокрытия из хрома и ультраалмаза в 2,9 раз; комбинированным упрочнением из гальванопокрытия и алмазного выглаживания в 3,3 раза; комбинированным упрочнением из гальванопокрытия, алмазного выглаживания и импульсной магнитной обработки в 3,5 раза.

Заключение диссертации по теме «Трение и износ в машинах», Самок, Георгий Семенович

Основные результаты и выводы по работе

Проведенные исследования по решению проблемы повышения работоспособности деталей электронасосов и электродвигателей позволили сделать следующие выводы:

1. Исследованы особенности эксплуатации агрегатов электронасосных центробежных скважинных для воды, снижающие эксплуатационные характеристики. Установлено, что основными факторами снижающими износостойкость роторных втулок является низкое качество их поверхностного слоя.

2. Разработаны конструкции и изготовлены установка для хромирования, инструмент для алмазного выглаживания, установка для импульсной магнитной обработки деталей, динамометр для исследования роторных втулок на износ.

3. Разработаны технологии нанесения гальванопокрытий из хрома с ультраалмазами, алмазного выглаживания, импульсной магнитной обработки и их комбинации. Получены оптимальные режимы обработки.

4. Проведены экспериментальные исследования влияния упрочнений нанесением гальванопокрытия из хрома с ультраалмазом, алмазным выглаживанием, импульсной магнитной обработкой и их комбинации на эксплуатационные показатели роторных втулок. Исследования показали повышение износостойкости деталей, упрочненных нанесением гальванопокрытия из хрома и ультраалмазов в 2,9 раза, нанесением гальванопокрытия и последующим алмазным выглаживанием в 3,3 раза, нанесением гальванопокрытия и последующими алмазным выглаживанием и импульсной магнитной обработкой в 3,5 раза. Выявлено увеличение микротвердости в 2,4 раза, уменьшение величины шероховатости Ra после алмазного выглаживания в 2,6 раз.

5. Раскрыт механизм изнашивания поверхности роторных втулок, упрочненной нанесением гальванопокрытия из хрома с ультраалмазами. Установлено, что разрушение покрытия происходит на основе усталостного механизма.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Самок, Георгий Семенович, 2005 год

1. Насосы: Каталог-справочник /Д.Н. Азарх, Н.В. Попова, Л.П. Монахова; ВНИИгидро-машиностроение. 3-е изд. испр., М.: Д.: Машгиз (Ленингр. отд-ние), 1960 - 552 с.

2. Насосы: Справ, пособие /(К. Бадене, А. Градевальд и др.); пер. с нем. В.В. Малюшенко, М.К. Бобка. М.: Машиностроение, 1979. - 502 с.

3. Насосы и компрессоры. М.: Недра, 1974. 296 с.

4. Котов O.K. Поверхностное упрочнение деталей химико-термическими методами. М.: Машиностроение, 1969, - 344 с.

5. Абрамов В.В. Напряжения и деформация при термической обработке стали. — Киев.: Вища шк., 1985. -135 с.

6. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами /А.Г. Бойцов и др. М.: Машиностроение, 1991. - 144 с.

7. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М.: Машиностроение, 1978. - 184 с.

8. Васильева А.Г. Деформационное упрочнение закаленных конструкционных сталей, М.: Машиностроение, 1981. - 231 с.

9. Лаптев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием.

10. Тушинский Л.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. — Новосибирск, Наука, 1990, - 304 с.

11. Каледин Б.А. Повышение долговечности деталей поверхностным упрочнением. Минск, Наука и техника, 1974. - 231 с.

12. Сорокин В.М. Повышение качества поверхности и долговечности деталей машин ударно-импульсной и комбинированной обработкой. — Н.Новгород, ATM, 1996 246 с.

13. Бабей Ю.И. Физические основы импульсного упрочнения стали и чугуна. — Киев.: Науч. Думка, 1988, 237 с.

14. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов /Под ред. П.Н. Родина. М.: Наука, 1986, - 275 с.

15. Леонтьев П. А. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов, — М.: Металлургия, 1986. 146 с.

16. Коваленко B.C. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. — Киев.: Техника, 1990, 190 с.

17. Плазменное поверхностное упрочнение./Под ред. Л.И. Лещинского. — Киев.: Техника, 1990, 107 с.

18. Ярошевич В.И. Электроконтактное упрочнение. Минск, Наука и техника, 1982,-256 с.

19. Хасуй А. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985, - 239 с.

20. Шоршоров М.Х. Физико-химические основы детоционно-газового напыления покрытий. М.: Наука, 1978, - 224 с.

21. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. — М.: Машиностроение, 1989, 112 е.: ил. 22 см.

22. Анцупов А.А. Влияние намагничивания режущего инструмента на его износ при резании титановых сплавов. //Труды Ташкентского политехнического института. Вып. 133,1974. с. 17-19.

23. Башков В.М., Кацев П.П. Испытания режущего инструмента на стойкость. — М.: Машиностроение, 1985, 136 с.

24. Бороухин Ю.А. О стойкостных зависимостях сверл, подвергнутых магнитной обработке. //Труды Горьковского политехнического института. Вып. 39,1977, с. 36-39.

25. Галей М.Т. и др. Изучение влияния магнитного поля на стойкость быстрорежущего инструмента. //Станки и инструменты, 1981, № 6, с. 31-34.

26. Макаров А.Д. Некоторые вопросы влияния магнитного поля на стойкостные характеристики режущего инструмента. //Труды Уфимского политехнического института. Вып. 77, 1975, с. 168-176.

27. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение ножей для гильотинных ножниц. //Вестник машиностроения, № 3, 1987, 20 с.

28. Малыгин Б.В. Повышение стойкости инструмента и оснастки магнитной обработкой. //Металлург, 1987, № 10, с. 46-47.

29. Молчанова Н.Г. Влияние магнитного состояния инструментального материала на процессы резания и трения металлов. //Труды Ташкентского политехнического института. Вып. 83, 1972, с. 89-92.

30. Якунин Г.И., Молчанова Н.Г. Электрические явления при трении и резании металлов. М.: Наука, 1969. 280 с.

31. Постников С.Н. К вопросу об исследовании электрических явлений при трении и резании металлов. М.: Наука, 1969. 108 с.

32. Постников С.Н. Электрические явления при трении и резании. — Волго-Вят. кн. изд-во, 1975, 280 с.

33. Гордиенко JI.K. Субструктурное упрочнение металлов и сплавов. М.: Наука, 1973.233 с.

34. Маталин А.А. Технологические методы повышения долговечности деталей машин. Киев, Техника, 1971.

35. Справочное руководство по гальванопокрытиям. Перев. с нем. М.: Металлургия, 1969.-418с.

36. Гальванические покрытия в машиностроении. Под ред. В.А.Ямпольского. -Ленинград.: Машиностроение, 1981, —310с.

37. Черкез М.Б. Хромирование и железнение. м. Машиностроение, 1982. - 215с.

38. Покрытия и обработка поверхности для защиты от коррозии и износа: сб. статей под. ред. К.Н. Страффорда. М.: Металлургия, 1991. - 300с.

39. Лахтин Ю.М. Материаловедение. Машиностроение, 1980. - 403с. АО.Технология конструкционных материалов. - М.: Машиностроение, 1992 - 448 с.

40. Справочник металлиста. В5-и т. Т2. Под ред. А.Г. Рахштадта. М.: Машиностроение, 1976. 720 с.

41. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. — М.: Машиностроение, 1979. — 544 с.

42. Одинцов Л.Г. Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживанием. М.: Машиностроение, 1981. - 160 с.

43. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием /В.К. Яценко, Г.З. Зайцев. М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

44. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. - 300 с.

45. А.с. СССР №1675364. Способ магнитного упрочнения инструмента. /МКИ С21Д 9/24. Опубл. в Б.И. №33, 1991.

46. А.с. 1271700 СССР. Способ изготовления режущего инструмента. /МКИ В23 Р15/23. Опубл. в Б.И. №43, 1986.

47. А.с. 1440936 СССР. Способ исследования режима импульсной магнитной обработки режущего инструмента. /МКИ С21Д 1/04. Опубл. в Б.И. №44, 1988.

48. А.с. 12022774 СССР. Установка для магнитной обработки режущего инструмента. /МКИ В23 Р 15/28. Опубл. в Б.И. №1, 1986.

49. А.с. 1313619 СССР. Устройство для магнитной обработки режущего инструмента. /МКИ В23 15/28. Опубл. в Б.И. №20, 1987.

50. А.с. 1315209 СССР. Устройство для магнитной обработки режущего инструмента. /МКИ В23 15/28. Опубл. в Б.И. №21, 1987.

51. А.с. 1389978 СССР. Устройство для магнитного упрочнения режущего инструмента. /МКИ В23 15/00. Опубл. в Б.И. №15, 1988.

52. А.с. 1491639 СССР. Установка для магнитной обработки режущего инструмента. /МКИ В23 15/28. Опубл. в Б.И. №25, 1989.

53. А.с. 1634420 СССР. Устройство для магнитной обработки режущего инструмента. /МКИ В23 15/28. Опубл. в Б.И. №10, 1991.

54. А.с. 1313619 СССР. Устройство для магнитной обработки режущего инструмента. /МКИ В23 15/28. Опубл. в Б.И. №20, 1987.

55. Бернштейн М.Л., Пустовойт В.Н. Термическая обработка стальных изделий в магнитном поле.- М: Машиностроение, 1987, 256 с.

56. Малыгин Б.В. и др. Повышение надежности инструмента, приспособлений и деталей с помощью магнито-импульсной обработки.//Лесное хозяйство, 1987, №7,63 с.

57. Малыгин Б.В. и др. Эффективность внедрения магнитной обработки инструмента и деталей машин.//Технология и организация производства, 1988, №1, с.7-9.

58. Есин А.П., Пашкович В.И. Магнито-импульсная обработка металлов. — НИИМАШ. Вып. 14(108), с. 42-49.

59. А.с. 1435621 СССР. Способ магнито-тепловой обработки тел вращения из труднообрабатываемых сплавов. /МКИ С21Д 1/04. Опубл. в Б.И. №41, 1988.

60. А.с. 1544815 СССР. Способ магнитной обработки деталей. /МКИ С21Д 1/04. Опубл. в Б.И. №20, 1987.

61. А.с. 1544815 СССР. Устройство для магнитной обработки деталей. /МКИ С219 1/04. Опубл. в Б.И. №43, 1991.

62. А.с. 1752783 СССР. Способ магнитной обработки зубчатых колес. /МКИ С21Д 1/04. Опубл. в Б.И. №29, 1992.

63. А.с. 1520114 СССР. Способ термомеханической магнитной обработки профилей из железо-хром-кобальтовых сплавов. /МКИ С21Д 8/12.

64. А.с. 1629328 СССР. Установка для термомагнитной обработки магнито-проводов. /МКИ С21Д 1/04. Опубл. в Б.И. №7, 1991.

65. Гузенков П.Г. Детали машин.-М.: Высшая школа, 1986, 490 с.

66. Малыгин Б.В. Магнитное повышение долговечности работы и коррозионной стойкости оборудования пищевой промышленности. /Пищевая промышленность, 1987, №1, с.47-48.

67. Малыгин Б.В. Магнитоупрочнение деталей горного и обогатительного производства. //Уголь Украины, 1987, №6, с.44-46.

68. Барон Ю.М. Магнито-абразивная и магнитная обработки изделий и режущих инструментов. JL: Машиностроение, 1977, 229с.

69. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин.-М.: Машиностроение, 1989.-112с.:ил.

70. Малыгин Б.В., Тихонов С.А. Магнитное упрочнение рессор и пружин. //Машиностроение, 1988, №7, с.20-21.

71. Марков С.И. Исследование влияния постоянного магнитного поля на кинематику фазовых превращений, структуру и механические свойства конструкционных сталей: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: ЦНИИТМаш, 1970, 22 с.

72. Влияние постоянного магнитного поля на диффузионный распад переохлажденного аустенита./В.Д. Садовский, Л.В. Смирнов и др.//Физика металлов и металловедение, 1978, Т.46, вып.2. с. 444-447.

73. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник /Под ред. М.Л.Бернштейна.-М.: Металлургия, 1983, T.I, 352 с.

74. Блиновский В.А. и др. Объемное и напряженное состояние стали марки У8 после закалки в магнитном поле. //Автоматический контроль и управление качеством продукции в сельскохозяйственном машиностроении. Ростов-на-Дону. 1976. с.51-56.

75. Пустовойт В.Н. и др. Влияние исходной структуры чугуна на объемные и структурные изменения после закалки в магнитном поле. //Интенсификация и контроль технологических параметров в сельхозстроении. Ростов-на-Дону. РИСХМ, 1977. с. 29-33.

76. Тархунов Д.Н. и др. О природе повышения износостойкости деталей и инструмента магнитной обработкой. //Трение и износ, 1982, №2. с. 496-498.

77. Самок Г. С., Полетаев В.А. Упрочнение поверхностей деталей электронасосов комбинированным способом. //Прогрессивные технологии в Машино- и приборостроении. Сб. статей. Нижний Новгород - Арзамас: НГТУ — АФНГТУ. 203 е., с. 121-124.

78. Крагелъский и.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. -М.: Машиностроение., 1977, 525с.

79. Крагелъский И.В. Трение и износ., М.: Машиностроение, 1968. 480 с.

80. Крагелъский КВ., Михин Н.М. Узлы трения машин. М.: Машиностроение, 1984.

81. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985. - 424 с. И.В. Крагельского. - М.: Машиностроение, 1968. - 403 с.

82. СамокГ.С., Полетаев В.А. Повышение долговечности деталей электронасосов путем нанесения специальных покрытий.// Физика, химия и механика три-босистем. Сб. трудов, вып.З. Иваново: ИвГУ. 2004, с. 120-122.

83. Самок Г.С., Полетаев В.А. Упрочнение деталей электронасосов путем нанесения покрытий на основе хрома и ультраалмазов. //Современная электротехнология в промышленности центра России. Сб. трудов. Тула, ТулГУ, 2003, с. 156-158.

84. Бернштейн M.JI. Структура деформированных металлов. М.: Металлургия, 1977.-430 с.

85. Лахтин Ю.М. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.

86. Металлография железа. Том 1 ./Структура сталей (с атласом металлографии (с атласом микрофотографий)/: Перев. с англ. М.: Металлургия, 1972. - с.240.

87. Металлография железа. Том 2 /Структура сталей (с атласом микрофотографий)/: Перев. с англ. М.: Металлургия, 1972. - с. 284.

88. Полетаев В.А., Самок Г.С. Повышение долговечности деталей электронасосов комбинированными способами. /Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов. Материалы межд. конф. Воронеж: ВГТУ, 2005, с.

89. Самок Г.С., Полетаев В.А. Применение ультраалмазов в гальванических покрытиях на основе хрома для повышения износостойкости деталей. //Состояние и перспективы развития электротехнологии. Тезисы межд. конф. Иваново: ИГЭУ, 2003, - с. 129.

90. Самок Г.С., Полетаев В.А. Упрочнение деталей электронасосов комбинированными способами. //Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем. Материалы межд. конф. Саранск: МГУ, 2003, с. 42-45.