Введение к работе
Актуальность темы. Успешное решение задач, связанных со снижением металлоемкости конструкции, при одновременном улучшении их технических характеристик ведет к необходимости использования композиционных материалов. К числу наиболее прогрессивных технологических процессов получения таких материалов относятся методы нанесения защитных и упрочняющих покрытий, особое место среди них занимают процессы газотермического напыления.
Анализом условий работы и дефектов вала вторичного 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ было установлено, что среди посадочных наибольший шнос (60%) имеют шейки под роликоподшипники 081^025 Этот дефект, наиболее часто встречающийся среди вышеуказанных дефектов. Причем, у автомобилей самосвалов работающих в тяжелых дорожных условиях (карьеры, месторождения), данный дефект встречается намного чаще, чем у шоссейных автомобилей. Характерные повреждения - следы проворота роликов подшипника, наклеп на шейке, следы сплавления роликов подшипника с шейкой, износ поверхности шейки.
Было установлено, что для упрочнения и восстановления деталей машин широкое применение находит метод газопламенного напыления порошковых материалов. Существенным недостатком газопламенного напыления является выделение при напылении продуктов сгорания органического топлива.
Применение различных горючих газов для замены ацетилена в процессах газопламенной обработки с каждым годом получает все большее распространение. В качестве заменителей ацетилена широко используются различные горючие газы, в том числе и водород.
Структура потребления водорода быстро меняется, особенно в последнее десятилетие. Это связано с тем, что водород рассматривается сегодня, как наиболее перспективный вид горючего, универсальный теплоноситель и аккумулятор энергии. Использование водорода в качестве вторичного энергоносителя при этом имеет немало преимуществ по сравнению с углеводородными горючими. Он, что очень актуально, не загрязняет окружающую среду, поскольку является экологически чистым энергоносителем.
Однако, широкое внедрение технологии в производство сдерживается отсутствием технологических рекомендаций. Поэтому разработка и внедрение технологии газопламенного напыления с использованием юдородно-кислородного пламени является актуальной задачей требующей своего решения.
Цель работы: разработка технологии восстановления посадочных мест вторичного вала коробки передач автомобиля КамАЗ газопламенным напылением с использованием водородно-кислородного пламена
Задачи исследований:
-
Провести анализ дефектов вторичного вала коробки передач автомобиля КамАЗ и исследовать характер изнашивания опорных шеек вторичного вала Проанализировать способы восстановления и упрочнения деталей металлопокрытиями. Провести анализ горючих газов и жидкостей тименяющихся при газопламенной обработке металлоа Выбрать устройство для получения водорода и кислорода электролитическим разложением воды,
-
Сравнительно оценить тепловые качества пламени различных горючих газов. Провести теплотехническую оценку водорода в качестве горючего газа для газопламенной обработки. Теоретически исследовать взаимодействие продуктов сгорания водородно-
4 кислородного пламени с материалом основы и напыляемым материалом. Теоретически обосновать оптимальные параметры смеси, исключающих обратный удар, и предложить способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелку для его осуществления;
-
Исследовать влияние режимов газопламенного напыления с применением юдородно-кислородного пламени на прочность сцепления газопламенных покрытий с основой. Провести исследование микроструктуры поверхности. Провести измерение микротвердости и пористости нанесенных покрытий. Определить износостойкость восстановленной поверхности. Провести эксплуатационные испытания;
-
Разработать технологический процесс восстановления и упрочнения посадочных мест вторичного вала. Определить экономическую эффективность использования водорода в качестве горючего газа, заменителя ацетилена при газопламенном напылении.
Объектом исследования является технология газопламенного напыления порошковых материалов деталей типа «вал» с использованием водородно-кислородной смеси.
Предметом исследования являются числовые значения прочности сцепления, микротвфдости и износостойкости газопламенных покрытий полученных с использованием водородно-кислородной смеси.
Методы исследований. Теплотехническую оценку водорода в качестве горючего газа для газопламенной обработки производили с применением основных положений раздела термодинамики, изучающего тепловые эффекты химических реакций, называемого термохимией. Экспериментальные исследования осуществляли с использованием методов статистического и регрессионного анализа, с помощью современных приборов и оборудования, включая ЭВМ
Научная новизна заключается
-
в разработке нового способа газопламенного напыления порошковых покрытий с использованием в качестве горючего и транспортирующего газов экологически чистой юдородно-кислородной смеси с органической добавкой пропан-бутана;
-
в повышении микротвердости покрытий в 1,25-4,5 раза при газопламенном напылении порошковых материалов с применением юдородно-кислородного пламени с органической добавкой пропан-бутана, за счет образования оксидов кремния, хрома, бора и карбидов кремния и бора; прочности сцепления ащ =230 МПа при обеспечении рациональных режимов газопламенного напыления при следующем значении технологических факторов: дистанция напыления L=l 15-И20 мм, фракция порошка d=60^70 мкм, угол напыления ое=90±5 град.
Достоверность полученных результатов подтверждается экспфиментальными исследованиями проверки адекватности полученных математических моделей, результатами эксплуатационных испытаний и внедрением в производство.
Практическая ценность работы. Разработаны:
-
технология газопламенного напыления порошковых покрытий с использованием в качестве горючего и транспортирующего газов экологически чистой юдородно-кислородной смеси, вырабатываемой электролизерами из воды с органической добавкой пропан-бутана;
-
стволовая насадка газопламенной горелки с предлагаемым соотношением размеров канала и выходных отверстий мундштука соплового наконечника для предохранения горелки от обратного удара по каналу, подтвержденные патентом РФ №2211096.
3. разработаны технологические рекомендации по режимам газопламенного напыления при восстановлении и упрочнении опорных шеек вала вторичного 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на следующих конференциях:
-
Сварка и смежные технологии: Всероссийская научно-техническая конференция (с международным участием). 28-30 ноября 2000 г. г Москва, МЭИ(ТУ).
-
Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудоваши и меіаллоконструкций: 3-я Всероссийская пракгаческая конференция-выставка 27-28 марта 2001 г. - г. Санкт-Петербург СПЬ1 ТУ.
-
Инженерия поверхности и реновация изделий: Международная научно-техническая конференция, 29-31 мая 2001 г., г. Феодосия.
-
Технолог по сварочному производству промышленных предприятий, объектов энергетики и строительства: 2-я Всероссийская практическая конференция, 6-8 июня 2001 г, г. Санкт-Петербург.
-
Инженерия поверхности и реновация изделий: 2-я Международная научно-техническая конференция, 28-30 мая 2002г., г. Ялта
-
Инженерия поверхности и реновация изделий: 3-я Международная научно-техническая конференция, 27-29 мая 2003г., г. Яша
-
Научные проблемы и перспективы развития ремонта, обслуживания машин и восстановления деталей: Международная научно-техническая конференция, г. Москва ГНУ ГОСНИТИ, 2003.
-
Надежность и ремонт машин: 1-я Международная научно-техническая конференция 20 - 26 сентября 2004 г. г. Гагра
-
Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономики и экологии: всероссийская конференция: Всероссийская научная конференция 15-17 ноября 2004 г. - г. Орел: ОрелГТУ, 2004.
-
Надежность и ремонт машин: 2-я Международная научно-техническая конференция 26 сентября - 2 октября 2005 г. - г. Гагра
Реализация работы. Результаты работы приняты к внедрению на предприятиях МП «Орелзлекіротранс», МУ ПАТП-1 г. Орла и ЗАО «Орловский автоцентр КамАЗа» в виде технологического процесса упрочнения и восстановления валов.
Публикации. По материалам работы автором опубликовано 24 работы, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 3 без соавторов 4 патента на изобретения и 5 отчетов о научио-исследовательской работе.
Объём и структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений; изложена на 173 страницах, содержит 47 рисунков, 28 таблиц, библиографию из 150 наименований, 13 приложений.
Па защиту выносятся:
1. новый способ газопламенного напыления порошковых покрытий с применением юдородно-кислородного пламени и горелка для его осуществления;
2. результаты теоретических исследований взаимодействия продуктов сгорания водородно-кислородного пламени с материалом основы и напыляемым материалом;
-
теоретическое обоснование оптимальных параметров истечения смеси из сопла горелки, исключающих обратный удар;
-
результаты экспериментальных исследований влияния режимов газопламенного напыления с применением водородно-кислородного пламени на прочность сцепления газопламенных покрыли с основой;
-
результаты структурных исследований газопламенных покрытий, а также микротвфдссти покрышй полученных с применением различных горючих газов;
-
результаты исследований газопламенных покрытий, полученных с использованием юдородно-кислородной смеси на изнашивание;
-
разработанная технология газопламенного напыления с применением водородно-кислородного пламени.
