Разработка элементов технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники газопламенной наплавкой напылением порошковых сплавов и расчетных методов определения основных параметров процесса
В работе впервые решена задача об оптимальном выборе расстояния напыления. Установлено, что оптимальная начальная скорость частиц напыляемого порошка и оптимальное расстояние напыления пропорциональны корню квадратному из удельной энергии, необходимой для нагрева частицы от ее начальной температуры до температуры нагрева поверхности. В процессе заводских испытаний и внедрения чугунные детали… Читать ещё >
Содержание
Актуальность работы. В условиях интенсивной эксплуатации сельскохозяйственной техники важное значение имеет оперативное и качественное восстановление отдельных ее элементов, агрегатов и блоков. Одним из наиболее эффективных методов восстановления является нанесение на поверхность деталей металлизированных покрытий путем напыления порошкового материала. В настоящее время, когда по экономическим соображениям приходится продлевать сроки эксплуатации сельскохозяйственной техники, актуальность указанной проблемы возрастает.
В данном научном направлении выполнено значительное число научных исследований. Однако упор в них делался в основном на экспериментальное изучение различных технологий напыления. Вопросам разработки простой, относительно дешевой и эффективной технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники, адаптированной к реальным условиям ее использования, а также вопросам теории процесса, разработки расчетных моделей, уделялось значительно меньшее внимание. Например, до настоящего времени не решены следующие три важные для практики задачи:
— разработка метода расчета толщины покрытия, получаемого в процессе напыления-
— разработка метода расчета оптимального расстояния напыления-
— разработка методов оценки надежности покрытия.
В связи с сокращением объема финансирования экспериментальных работ центр тяжести исследований может быть перенесен. Теперь большее внимание должно быть уделено разработке методов и математических моделей, позволяющих средствами компьютерных систем давать прогноз возможностям и последствиям процессов нанесения покрытий. При этом не исключаются экспериментальные работы, а также направления исследований по изысканию новых технологий восстановления деталей.
В данной работе показано, что одной из самых перспективных технологий восстановления деталей сельскохозяйственной техники является газопламенная наплавка напылением. В разработке этой технологии принимал участие автор данной работы, а опыт использования показал ее высокие технические и эксплуатационные качества.
Цель работы. Целью диссертации является:
— исследование и разработка элементов технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники способом газопламенной наплавки напылением-
— постановка и решение с помощью средств математического моделирования трех основных задач:
1. Разработка метода расчета толщины покрытия, получаемого в процессе напыления.
2. Разработка метода расчета оптимального расстояния напыления-
3. Разработка методов оценки надежности покрытия.
Полученные результаты имеют целью разработку простой, относительно дешевой и эффективной технологии восстановления деталей сельскохозяйственной техники.
Объект исследования. В качестве объекта исследований выбрана разрабатываемая в диссертации технология газопламенной наплавки напылением, а также процесс нанесения покрытий на поверхности восстанавливаемых деталей.
Методика исследования включает проведение экспериментальных работ по проверке принципов функционирования предложенной установки газопламенной наплавки напылением, по изучению структуры и физико-механических свойств получаемых покрытий, а также проведение теоретических исследований по моделированию процесса нанесения покрытий и выбору основных параметров процесса.
Научная новизна заключается:
— в разработке технологических решений, положенных в основу способа восстановления деталей сельскохозяйственной техники газопламенной наплавкой напылением-
-в постановке и разработке методов решения следующих новых задач теоретического характера по расчетному определению основных параметров и показателей процесса: 1. Толщины слоя покрытия в зависимости от времени протекания процесса напыления- 2. Оптимального расстояния напыления- 3. Показателей надежности покрытия.
На основании проведенных исследований выявлены закономерности роста толщины покрытия в процессе его нанесения. Установлена связь оптимального расстояния напыления и оптимальной начальной скорости частицы с удельной энергией нагрева частицы порошка от ее начальной температуры до температуры нагрева поверхности.
Полученные новые научные результаты позволили разработать элементы технологии газопламенной наплавки напылением, а также дать инженерные методики расчета основных параметров и показателей процесса нанесения покрытия.
Практическая ценность состоит:
I. В разработке и внедрении технологии восстановления деталей способом газопламенной наплавки напылением, ориентированной на реальные условия эксплуатации сельскохозяйственной техники.
II. В получении по предлагаемой технологии покрытий с высокими физико-механическими характеристиками: прочность сцепления покрытия с основным металлом, твердость покрытия, толщина покрытия и коэффициент износостойкости (по отношению к закаленной стали 45) соответственно составили: 450−650 МПа- 40−70 HRC- 0.1−1.0 мм и 3−10. Технология обеспечивает высокую производительность (7−10 г/час) на большой номенклатуре автомобильных деталей.
III. В разработке инженерных расчетных методик для определения:
1. Толщины слоя покрытия в зависимости от времени протекания процесса напыления.
2. Оптимального расстояния напыления.
3. Показателей надежности покрытия.
4. Твердости материала покрытия в зависимости от толщины его слоя.
5. Износостойкости покрытия.
Задачи 1.3 поставлены и решены впервые, а полученные результаты обладают научной новизной. Задачи 4,5 обладают новизной в части постановки, метода решения и полученного результата. В отличие от других работ в области определения твердости и износостойкости покрытия в диссертации не используется стандартный статистический метод аппроксимации опытных данных, а предлагается новый, расчетный детерминированный подход.
Технология газопламенной наплавкой напылением также является новой, что подтверждено документально соответствующими актами внедрения.
IV. В получении экономического эффекта от внедрения предложений автора по использованию технологии восстановления шкива коленчатого вала, который с учетом снижения расходов на эксплуатацию на программу 1000 ремонтов в год составил 57 ООО руб. в ценах 1999 г.
Реализация результатов работы. Результаты исследований были внедрены на ряде авторемонтных заводов.
Проведены работы по восстановлению и упрочнению группы деталей автомобиля ЗИЛ-13 0, среди которых были восстановлены такие ответственные детали как: валы коробки передач, шестерня цилиндрическая, крестовина дифференциала, поворотный кулак и др.
Результаты внедрения показали высокие эксплуатационные свойства покрытий, нанесенных методом газопламенной наплавки напылением. Так восстановленные детали проработали на автомобилях ЗИЛ-130 в течение двух лет. Пробег за этот период составил 96. 108 тыс. км. Отказов узлов с этими деталями не было. Размеры восстановленных поверхностей находились в пределах, допустимых с точки зрения требований технической документации.
Технологический процесс восстановления шкива коленчатого вала газопламенной наплавкой напылением принят ведомственной комиссией на Волоколамском авторемонтном заводе. Проведенные эксплуатационные испытания в течение 3-х лет (пробег автомобиля составил 240 тыс. км) показали, что износ деталей находился в допустимых пределах без ремонта. Аналогичные детали, восстановленные вибродуговой наплавкой под слоем флюса, показали ресурс всего лишь 90 тыс. км.
Внедрение. Результаты работы внедрены на Волоколамском авторемонтном заводе, на производственном объединении «Моссельхозре-монт», на производственном объединении «Мособлсельхозтехника».
Положительные результаты внедрения позволили сделать вывод о том, что предлагаемая технология восстановления деталей сельскохозяйственных машин имеет большие преимущества в реальных условиях ее использования.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Разработка элементов технологии газопламенной наплавки напылением и результаты ее внедрения в практику восстановления деталей сельскохозяйственных машин.
2. Разработка нового расчетного метода определения толщины покрытия при газопламенной наплавке напылением.
3. Разработка нового расчетного метода оптимального выбора расстояния напыления.
4. Разработка нового метода оценки надежности покрытия, получаемого при газопламенной наплавке напылением.
5. Экспериментальное подтверждение высоких физико-механических характеристик получаемых покрытий.
6. Экспериментальное подтверждение достоверности основных теоретических выводов работы.
Апробация. Основные положения диссертационной работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку:
— на научно-технических конференциях МГАУ им. В. П. Горячкина в 1990—1998 гг. г.
-на научно-технических конференциях и семинарах ВЦ РАН («Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем») в 1998 г.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в центральной печати и депонированы в виде статей. Общее число статей по теме работы 10, научных отчетов -7.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и
приложения. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 3 таблицы, библиографию из 55 наименований.