Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние изучаемого вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1 Особенности эксплуатации деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК 10
1.2 Характер износа основных деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК 15
1.3 Анализ различных способов восстановления изношенных деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК 18
1.4 Выбор присадочного материала для электроконтактной приварки 26
1.5 Задачи диссертационного исследования 39
1.6 Выводы 39
Глава 2 Теоретические исследования формирования металлопокрытия ЭКП многослойных стальных тканых сеток и комбинированной присадки 41
2.1 Восстановление деталей типа «вал» ЭКП многослойных тканых сеток 41
2.2 Способ формирования металлопокрытия ЭКП комбинированной присадки 56
2.3 Выводы по главе 60
Глава 3 Методика экспериментального исследования 61
3.1 Экспериментальная установка 61
3.2 Комбинированная присадка 63
3.3 Методика измерения прочности сцепления покрытия с основным металлом 65
3.4 Методика металлографических исследований 67
3.5 Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия 69
3.6 Методика определения остаточных напряжений в поверхностном слое восстановленных деталей 73
3.7 Методика обработки экспериментальных данных 77
3.8 Методика проведения эксплуатационных испытаний деталей типа «вал» перерабатывающих отраслей АПК, восстановленных ЭКП 79
Глава 4 Результаты экспериментальных испытаний и их анализ 80
4.1 Результаты исследования толщины покрытий, полученных электроконтактной приваркой многослойных сеток 81
4.2 Определение пористости металлопокрытия и расхода присадочного металлического порошка 82
4.3 Прочность сцепления покрытий из многослойной металлической сетки и комбинированной присадки 84
4.4 Металлографические исследования структуры полученного металлопокрытия 90
4.5 Оценка коррозионной стойкости металлопокрытий, сформированных электроконтактной приваркой комбинированных присадок 97
4.6 Остаточные напряжения в металлопокрытии 102
4.7 Выводы по экспериментальным исследованиям 107
Глава 5. Технология электроконтактной приварки сетчатых присадочных материалов и оценка экономической эффективности 109
5.1Технология восстановления деталей электроконтактной приваркой многослойных сеток и комбинированной присадки 109
5.2 Результаты эксплуатационных испытаний 111
5.3 Расчет экономической эффективности внедрения в производство разработанного технологического процесса 113
Общие выводы 120
Библиографический список 122
Приложения 140
- Анализ различных способов восстановления изношенных деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК
- Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия
- Металлографические исследования структуры полученного металлопокрытия
- Расчет экономической эффективности внедрения в производство разработанного технологического процесса
Введение к работе
Актуальность работы. В современных экономических условиях все более актуальным становится вопрос обеспечения продовольственной безопасности страны и импортозамещения. От технического состояния машин и оборудования перерабатывающих отраслей АПК зависит качество выпускаемой продукции, ее себестоимость и рентабельность производства в целом. Детали перерабатывающих отраслей АПК изготавливаются из высоколегированных пищевых сталей марок 12Х18Н10Т и их аналогов, работают в агрессивных средах, являются быстроизнашивающимися, дорогими и дефицитными, поэтому экономически целесообразно их восстанавливать.
Предельный износ поверхностей деталей перерабатывающих отраслей АПК составляет 0,3…0,6 мм. Разработано насколько способов восстановления таких деталей, но наибольшее распространение получил способ электроконтактной приварки (ЭКП) различных присадок. В качестве присадочных материалов применяют металлические порошки и ленты. Приварка металлических порошков на большие поверхности не нашла широкого производственного применения, из-за потерь присадочного материала во время приварки. Применение стальных лент из коррозионостойких сталей не позволяет получить качественное металлопокрытие с повышенной твердостью, ограничено толщиной ленты до 0,5 мм, а так же в сформированном слое образуются большие остаточные напряжения. Известны способы восстановления с помощью ЭКП однослойных стальных сеток. Металлопокрытие получается со сжимающими остаточными напряжениями, но с недостаточно высокой твердостью, а толщина получаемого слоя не более 0,1…0,15 мм. Необходимо разработать технологию восстановления, позволяющую наносить слой, компенсирующий величину износа детали с необходимой твердостью. Для этих целей предлагается применять комбинированные присадочные материалы на основе многослойных сеток и металлических порошков. Приварка многослойных стальных сеток из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 3826-82 позволяет компенсировать величину износа детали. Для повышения износостойкости деталей предлагается использовать комбинированную присадку, в качестве ее основы применяется сетка из нержавеющей стали с размерами квадратных ячеек 0,2 мм, и дополняется композицией порошков из нержавеющих сталей марки 12Х18Н10Т или ее аналогов и серого чугуна фракцией 250-350 мкм.
Степень разработанности темы. Вопросы восстановления деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК рассматривались в работах Батищева А.Н., Денисьева С.А., Долгашева В.В., Кузнецова Ю.А., Полуян В.А., Фархшатова М.Н. и др. Практика восстановления таких деталей не велика. В большинстве случаев для их восстановления применяют электроконтактную приварку стальных лент. Не обеспечивается необходимая прочность сцепления ленты с основным металлом, и долговечность восстановленных деталей остается ниже уровня новых. Применение в качестве присадочного материала металлических порошков не нашло широкого применения из-за больших потерь при их приварке. Требуется разработать высокоэффективные технологии восстановления изношенных деталей с применением новых видов присадочных материалов.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИОКР университета на 2015-2020 г.г. «Разработка и совершенствование технологий упрочнения и восстановления деталей машин» (государственный регистрационный номер 115041410056).
Объект исследования. детали типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК, материалы и технология их восстановления.
Предмет исследования. Закономерности, устанавливающие взаимосвязи, характеризующие показатели надежности деталей типа «вал» оборудования перераба-
тывающих отраслей АПК от вида и состава используемых присадочных материалов и технологии их нанесения.
Цель работы. Разработать технологию восстановления деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК электроконтактной приваркой (ЭКП) комбинированных присадочных материалов.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
-
Теоретически и экспериментально обоснованы пути повышения ресурса восстановленных деталей, работающих в агрессивных средах.
-
Для восстановления деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК разработаны новые присадочные материалы в виде многослойных стальных сеток и комбинированной присадки, обоснованы их параметры.
3. Разработан оперативный способ определения пористости нанесенного слоя и расхода
присадочного порошка, необходимого для формирования покрытия требуемой толщины.
Научная новизна приведенных в диссертации исследований подтверждается патентом на изобретение RUS №2608859 и патентом на полезную модель RUS №157756.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Разработана технология восстановления деталей типа «вал» перерабатывающих
отраслей АПК ЭКП многослойной тканой сетки и комбинированной присадки.
2. Доказана эффективность применения метода оценки качества наплавленного
слоя с помощью конфокальной сканирующей микроскопии.
-
Найдены рациональные режимы приварки комбинированной присадки, обеспечивающие требуемую прочность сцепления наносимого слоя и минимальную его пористость.
-
Разработана методика определения расхода присадочного порошка для изготовления комбинированной присадки, обеспечивающая требуемые физико-механические и эксплуатационные свойства сформированного металлопокрытия.
Методология и методы исследований. Сформулированная цель исследования реализуется на основе сочетания теоретических и экспериментальных методов исследования процесса формирования сварного соединения по предлагаемой технологической схеме ЭКП. При исследованиях применялась современные компьютерные программные продукты: Microsoft Word 2010, Microsoft Excel 2010, Компас 3D V15.2, MathCAD 14 и др.
Апробация работы. Материалы диссертационных исследований докладывались и
обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции в рамках ХХ юбилейной
специализированной выставки «АгроКомплекс–2010» «Научное обеспечение
инновационного развития АПК» (г.Уфа, 2010 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационно-промышленный салон. Ремонт. Восстановление. Реновация» (г. Уфа, 2011 г.), Второй Международной молодежной научной конференции (форуме) молодых ученых России и Германии «Научные исследования в современном мире: проблемы, перспективы, вызовы» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (г. Уфа, 2012 г.), LIV Международной научно-технической конференции «Достижения науки – агропромышленному комплексу» (г. Челябинск, 2015 г.), VI Всероссийской научно-практической конференции в рамках Х Промышленного салона и специализированных выставок «Промэкспо, станки и инструмент», «Сварка, контроль, диагностика» (г. Уфа, 2015 г.), III Молодежного экономического форуме Россия – Казахстан в рамках XII Форума межрегионального сотрудничества России и Казахстана (г. Сочи, 2015 г.), Евразийском
Конгрессе «Фундаментальные основы и практический опыт при проведении сервиса и рециклинга техники» (г. Москва, 2016 г.), XI Промышленного салона и специализированных выставок «Промэкспо, станки и инструмент», «Сварка. Контроль. Диагностика» (г. Уфа, 2016 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Реновация машин и оборудования» (г. Уфа, 2017 г.), Международной научно-практической конференции (г. Уфа, 2013 г.), Международной научно-практической заочной конференции «Сервис технических систем – агропромышленному комплексу» (г. Челябинск, 2017 г.).
Достоверность научных положений и результатов, полученных автором, обеспечивается применением в исследовании законов и положений физики, математики, теории соединения металлов в твердой фазе при контактной сварке, подтверждается удовлетворительным совпадением результатов теоретических, экспериментальных и эксплуатационных исследований. Применялось современное оборудование и приборы, прошедшие поверку. Результаты экспериментальных исследований статистически обрабатывались на ЭВМ с применением лицензионного программного обеспечения.
Публикации. По результатам работы опубликовано 18 работ, в том числе 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, получен 1 патент на полезную модель, 1 патент на изобретение. Общий объем опубликованных работ 2,9 п.л., из них автору принадлежат 1,9 п.л.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 159 наименований, в том числе 11 иностранных, Работа изложена на 139 листе машинописного текста, содержит 17 таблиц, 42 рисунков и приложения на 31 листах.
Анализ различных способов восстановления изношенных деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК
Износ деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК подчиняется общим закономерностям износа деталей в сопряжениях, но имеет свою специфику. Рабочие поверхности таких деталей испытывают дополнительный износ вследствие химического взаимодействия с продуктами переработки пищевого сырья и моющими средствами [41, 137].
Выбором способа и технологии восстановления изношенных поверхностей необходимо обеспечить максимальный срок эксплуатации реставрированной детали и обеспечить технико-экономическая эффективность [33, 43]. Восстановление деталей должно производиться с минимальным расходом присадочного материала и минимальной трудоемкостью. На выбор способа восстановления также влияют ее конструктивные особенности, условия эксплуатации, характер и величина износа, химический состав металла, требуемая твердость поверхности, последующая механическая обработка, техническое оснащение ремонтного предприятия и др. [22, 89].
Кроме того, выбор способа восстановления зависит от вида дефекта (трещины, риски, коррозийные повреждения и т.п.), требований к санитарно-эпидемиологическим свойствам наваренных металлических покрытий, влияния среды, в которой работает деталь (воздействие моющих растворов и среды взаимодействия, температура, создаваемое давление, виды трения и изнашивания и другие).
При восстановлении одних и тех же деталей на предприятиях могут использоваться различные способы. Каждый способ в различной степени обеспечивает эксплуатационные показатели реставрированных деталей – усталостную прочность, износостойкость поверхности, ударную вязкость и прочность сцепления полученного металлопокрытия с основным металлом детали.
Причинами снижения предела выносливости деталей являются микроповреждения в виде пор, трещин, непроваров, наличие примесей (в ЗТВ), величина остаточных напряжений и их характер, изменение структуры металлопокрытия и др. В процессе эксплуатации снижение усталостной прочности детали приводит к поломкам.
Некоторые из известных способов восстановления, такие, как газотермическое напыление, гальванопокрытия не обеспечивают необходимую для последующей механической обработки и эксплуатации детали прочность сцепления металлопокрытия с основным металлом.
Ключевой характеристикой качества восстановления является рабочих поверхностей деталей [42, 49].
С учетом сказанного можно сформулировать общие требования к химическому составу и виду присадочного материала, а так же к выбору эффективного метода восстановления. 1. По физико-механическим и эксплуатационным свойствам:
- незначительный нагрев материала основной детали, с целью минимизации структурных изменений, исключения коробления детали и деформации;
- сохранение, по возможности, предела выносливости восстановленной детали на уровне новой;
-обеспечение необходимой прочности сцепления металлопокрытия с металлом детали и высокой твердости и износостойкости покрытия;
2. По технологическим характеристикам:
- восстановление широкого ассортимента деталей с различными габаритами;
- получение покрытия необходимой толщины с требуемой твердостью покрытия и требующего минимальную механическую обработку;
- обеспечение минимальной трудоемкости;
- обеспечение высокого уровня механизации и автоматизации процесса.
3. По технико-экономическим критериям:
- себестоимость восстановленной детали должна быть значительно ниже рыночной цены новой детали;
- незначительные расходы на присадочные материалы, возможность их эффективного (экономного) использования;
- обеспечение высокой производительности процесса восстановления детали и возможность промышленного применения.
4. Обеспечение экологичности процесса восстановления и благоприятных условий работы оператора наплавочной установки [22, 42, 49, 89].
С целью сравнительного анализа и последующего выбора способа реставрации деталей пищевого и перерабатывающего оборудования составим сводную таблицу 1.3 характеристик известных способов восстановления [92].
Среди известных способов восстановления и упрочнения быстроизнашивающихся и дорогих деталей наиболее распространены технологии, основанные на методах сварки. С помощью методов сварки и наплавки восстанавливают многие изношенные детали. На их рабочих поверхностях получают металлопокрытия, способные хорошо противостоять механическому, коррозионному и другим видам изнашивания. Используют различные методы восстановления, основанные на сварке и наплавке (электродуговая, газовая, плазменная, индукционная), а так же напыление, металлизацию, электролитическое осаждение и другие. При восстановлении деталей оборудования перерабатывающих производств из высоколегированных сталей и чугунов вышеперечисленные методы не удовлетворяют в полной мере предъявляемым к ним требованиям. Поэтому требуется разработка новых видов присадочных материалов и способов их нанесения.
Очевидно, что известные методы восстановления деталей могут в различной степени соответствовать вышеуказанным требованиям, и нет единого универсального метода восстановления из-за большого количества частных случаев и возможных путей их решения. Однако нужно знать особенности каждого метода, чтобы грамотно их использовать, учитывая характер работы восстанавливаемых деталей [20, 130].
Для восстановления работоспособности деталей и повышения их ресурса деталей применяют множество методов и широкий перечень оборудования и материалов. Наибольшее распространение получили: автоматическая наплавка и наплавка в среде защитных газов [61, 119], электроконтактная сварка, магнитоим-пульсная обработка, гальванические способы [94], осталивание [118], металлизация [3, 57, 64], электроимпульсное наращивание [121], лазерная закалка, газотермическое напыление [7], вибродуговая наплавка [40, 111, 117] и другие [31, 46, 108, 127].
В основном вышеперечисленные способы основаны на расплавлении присадок энергией электрической дуги, а так же гальванических процессах. Рассмотрим наиболее распространенные способы восстановления. Электродуговая наплавка под слоем флюса. Большое распространение получил способ электродуговой наплавки под слоем флюса. Данным способом применяется для восстановления деталей и изготовления новых биметаллических изделий.
Широкое применение этот способ получил благодаря наличию стандартного оборудования, широкого разнообразия марок наплавочной проволоки и флюсов. Это позволяет управлять микроструктурой и твердостью наплавленного слоя, проводить легирование.
Наплавка под слоем флюса эффективно применяется лишь для восстановления массивных деталей с износами более 1,5 мм. Для деталей с малым износом данный способ экономически не эффективен [61].
Вибродуговая наплавка. Вибродуговой наплавкой восстанавливают детали диаметром от 10 мм с износом до 3 мм. С целью уменьшения нагрева основного металла на деталь и в зону горения дуги подается охлаждающая жидкость; количеством, составом и схемой ее подвода можно влиять на твердость полученного металлопокрытия. Деформация и коробление деталей при этом существенно ниже, чем при наплавке под слоем флюса.
Недостатками способа является трещины, поры, низкая усталостная прочность наплавленных валов, крупнозернистая структура металлопокрытия, наличие неблагоприятных (растягивающих) остаточных напряжений в сформированном металлопокрытии, большие припуски механическую обработку и др. [111].
В некоторой степени при использовании наплавки под слоем флюса, в средах углекислого газа, аргона, водяного пара эти недостатки вибродуговой наплавки уменьшаются. Но полностью их устранить не удается.
Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия
Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия (КЛСМ) является одним из методов оптического трехмерного (3D) поверхностного профилирования с высокой разрешающей способностью.
Современные приборы данного типа позволяют получать 3D изображения поверхности детали с широким диапазоном сканирования вдоль оси Z, обеспечивая при этом в трех направлениях высокую точность размеров и разрешающую способность до 120 нм в плоскости XY и до 10 нм вдоль оси Z. Источником света в КЛСМ служит лазер, следовательно, электрическая проводимость объекта не требуется. Данный метод широко применяется в медицине, однако многие работы показывают высокую эффективность использования КЛСМ и для решения задач в области материаловедения [48, 91, 138, 139, 144-148].
Количественный анализ морфологии КРП может быть эффективным методом диагностики качества сварных швов [120]. Одним из эффективных методов исследования 3D-параметров рельефа поверхности является КЛСМ [26-30]. Структура металла и остаточные напряжения в нем в разной степени будут влиять на особенности КРП.
Для качественного и количественного анализа микроструктуры и морфологии КРП проводили 3D-съемку протравленного торцевого шлифа сварного покрытия с помощью КЛСМ «LSM-5-Exciter» (Carl Zeiss, Germany). Применяли бесконтактный конфокальный метод сканирования, который позволяет визуализировать и измерять топографию КРП разнообразного профиля.
Принцип работы КЛСМ (рисунок 3.8) основан на использовании в микроскопе конфокальной оптической схемы. Суть ее заключается в специальной диафрагме, расположенной между объектом, на который падает свет, и детектором отраженного излучения.
Диафрагма, представляет собой непрозрачный диск с отверстием в центре маленького диаметра, устанавливается так, чтобы через нее проходили лучи света, отражающиеся от точек поверхности, располагающихся в фокальной плоскости объектива микроскопа. Попадание на детектор нефокусных лучей света ограничено. В данном микроскопе источником света служит полупроводниковый фиолетовый лазер с lволн= 405 нм, который обеспечивает разрешающую способность в плоскости XY, равной 120 нм. Луч лазера, пройдя через систему оптических элементов, попадает на двух координатный XY электромагнитный сканер, после чего проходит через один из объективов и фокусируется на определенной точке поверхности детали. После отражения от поверхности детали, луч проходит через объектив и с помощью дихроичного зеркала перенаправляется в конфокальную диафрагму, отсекающую нефокусные лучи света, после чего попадает в детектор (фотоумножитель), где регистрируется мгновенное значение интенсивности луча. Время получения трехмерного профиля поверхности образца составляет менее 1 секунды. Это достигается благодаря использованию модуля быстрого сканирования и программы обработки результатов. С помощью сканера луч лазера с высокой частотой «построчно» сканирует в плоскости XY (горизонтальной) поверхность исследуемого объекта, находящуюся в поле зрения объектива. Детектор через равные промежутки времени производит регистрацию значений интенсивности и записывает их в память компьютера. Таким образом, изображение оказывается сформировано из некоторого количества точек (пикселей) с известными значениями интенсивности. Количество точек определяет разрешение получаемого изображения. Получение 3D изображения достигается за счет перемещения объектива в вертикальной плоскости. Высокоточный пьезопривод в сочетании с прецизионной системой контроля перемещения обеспечивает точное положение объектива вдоль оси Z, позволяя получать изображения с разрешением по вертикали до 10 нм. В процессе сканирования объектив перемещается перпендикулярно поверхности объекта с определенным шагом, при этом на каждый такой шаг, по методике, описанной выше, создается 2D-снимок (оптический срез), состоящий из 10241024 точек. Разрешение вдоль оси Z в данном случае определяется величиной шага. По окончании съемки имеется массив данных, состоящий из 10241024 столбцов точек, где количество точек в столбце определяется количеством оптических срезов. Затем в каждом таком столбце находится точка с наибольшим значением интенсивности и соответствующая ей координата положения объектива по оси Z. Создается 2D изображение, с разрешением 10241024 точек. Каждая точка имеет свое значение интенсивности и значение высоты по оси Z. В конечном результате формируются: 1) 2D-снимок высокой резкости, без размытых зон независимо от перепадов высот различных точек поверхности объекта и 2) 3D-модель поверхности объекта с сохранением массива данных, содержащих точные координаты XYZ для каждой точки поверхности [146-148].
С помощью программы 3D-анализа«ZEN» определяли размерные параметры КРП: Ra – дисперсия (среднее арифметическое отклонение от средней линии рельефа) и Rz – экстремум (усредненный пик долины). Определяли также безразмерный параметр морфологии КРП: Rku – эксцесс (резкость). Эксцесс является мерой остроты пиков рельефа.
Металлографические исследования структуры полученного металлопокрытия
Для оценки структуры и качества наплавленного слоя проведены исследования металлографии образцов в соответствии с методикой, описанной в разделе 3.5.
Макро- и микроструктура приваренного покрытия и зоны термического влияния исследовалась на продольных и поперечных, травленных и нетравленых шлифах. Образцы для изготовления шлифов вырезались вулканитовыми кругами при обильном охлаждении, что исключало перегрев и структурные изменения в металле образца. Шлифы перед полировкой помещались в оправку и фиксировались эпоксидной смолой. После шлифования и полирования образцы для металлографических исследований травились смесью кислот H2S04, HN03, НС1, HF в этиловом спирте. Для изучения макроструктуры применялся лазерный сканирующий микроскоп «LSM-5-Exciter» (Carl Zeiss, Germany). При макросъемке использовался объектив с увеличением 5х, при микросъемке – с увеличением 100х . Разрешение объективов составляло 0, 01 мкм.
Критерием качественной приварки присадки к основному металлу служило отсутствие окисных пленок в соединении и образование общих зерен в зоне стыка.
Металлографические исследования показали, что структура наплавленного слоя однородна и схожа со структурой основного металла.
Металлопокрытие, сформированное приваркой комбинированной присадки, получается качественным, структурно однородным. В нем нет дефектов в виде трещин и не проваров.
Видно, что во всех случаях структуры зон НС достаточно однородны, без микротрещин и критических размеров пор. Переходная зона ПЗ между зонами НС и ОМ для образцов 0 % и 10 % достаточно узкая, а в случае содержания чугунной стружки 20 % и 30 % она несколько шире.
Прочность приварки металлопокрытия судили по фотографиям зоны стыка на рисунок 4.5. Режим приварки присадки приведен в рассмотренном выше примере.
На рисунке 4.6,а просматриваются три характерные зоны: между основным металлом детали и приваренного из присадочного порошка слоем расположена тонкая прослойка, сформированная из металла контейнера. Самый верхний слой из металла проволок контейнера удаляется при последующей механической обработке восстанавливаемой шейки детали.
На фотографиях рисунка 4.7 нет участков оплавления, формирование соединений происходит в твердой фазе. При прохождении импульсов тока ориентированные по стыкам межзеренные границы мигрируют, диффузионные процессы протекают достаточно полно. На фотографии в зоне стыка границы четко не просматриваются, а между соединяемыми металлами образуются общие зерна. Такие соединения металлов детали и проволоки контейнера, а также проволоки контейнера с металлопокрытием из присадочного порошка отличаются повышенной пластичностью. Сформированные соединения мы считаем равнопрочными основному металлу детали.
Пищевая сталь 12Х18Н10Т в процессе ЭКП не закаливается. Так как химические составы металлов детали, проволоки и присадочного порошка в покрытии, показанном на рисунок 4.6а, одинаковые, то и твердость по глубине металлопокрытия и зоны термического влияния изменяется несущественно, в пределах 2800…3200 МПа. Износостойкость восстановленной детали, определяемая в первую очередь твердостью покрытия, можно считать равной износостойкости новой детали.
Повысить твердость и соответственно износостойкость покрытия можно добавлением в присадочный порошок чугунной стружки СЧ-15 ГОСТ1412-85. На фотографиях на рисунок 4.7,б-г показаны структуры металлопокрытий, сформированных из присадочного порошка с добавлением чугунной стружки. Добавление в присадку к порошку 12Х18Н10Т до 30% чугунной стружки СЧ-15 не снижает прочность приварки (рисунок 4.7,б-г), но позволяет повысить твердость, соответственно износостойкость покрытия. Характер распределения микротвердости по глубине покрытия показан на рисунок 4.8.
Наиболее твердыми оказываются поверхностные слои металлопокрытия, закаливаемые в массивный бронзовый ролик-электрод.
Зависимость средней твердости покрытия от процентного содержания углерода в присадке приведена на рисунке 4.9. Можно сделать заключение, что добавкой к присадочному порошку 12Х18Н10Т чугунной крошки можно повысить твердость слоя до 25…30%.
Несмотря на высокое содержание углерода, твердость покрытия не достигает максимальных возможных значений, что объясняем структурой присадки, пористостью покрытия, а также тем, что углерод в присадке связан в частицах чугунной стружки.
Расчет экономической эффективности внедрения в производство разработанного технологического процесса
Расчет экономической эффективности технологии восстановления деталей типа «вал» оборудования перерабатывающих отраслей АПК произведен в соответствии с рекомендациями по комплексной оценке эффективности мероприятий [69]. Технологию восстановления деталей электроконтактной приваркой многослойных тканых сеток и комбинированной присадки сравниваем с приобретением новых деталей.
Такую эффективность можно оценить годовым экономическим эффектом по формуле[113, 114]: (5.1)
где С1 – стоимость новой детали, руб.;
С2 – себестоимость восстановления по предложенной технологии, руб.; Nг1 – годовое количество приобретаемых новых деталей, шт.;
Nг2 – годовая программа восстановления деталей по предложенной технологии, шт.; Тсл1 и Тсл2 – соответственно сроки службы новой и восстановленной детали, ч.; К1 и К2 – капитальные вложения на приобретение или модернизацию оборудования для восстановления деталей, руб.;
На основе экспериментальных и теоретических исследований, литературного обзора можем принять несколько упрощений. Капитальные затраты на модернизацию оборудования будут незначительными и сильно не повлияют на себестоимость восстановления К1=К2. Срок службы восстановленной детали, как правило, равен новой детали Тсл1=Тсл2, Nг1=Nг2. Тогда формула 5.1 примет вид:
Эг=(С1-С2)Nг2, (5.2)
Себестоимость восстановления деталей складывается из стоимости используемых материалов, расходов ресурсов (электроэнергия, вода), заработной платы, накладных ресурсов. Себестоимость восстановления определяется по формуле:
Св=См+Сэ+Сз+Сн; (5.3)
где См – стоимость присадочных материалов, руб.;
Сэ – затраты на электроэнергии, руб.;
Сз – оплата труда работникам, руб.;
Сн – прочие и накладные расходы, руб.
По результатам проведенных исследований определено, что на восстановление одного плунжера фирмы «Альфа-Лаваль» площадью поверхности 157x350 мм требуется 0,263 кг порошка из стали марки 12Х18Н10Т стоимостью 1280 руб./кг и 0,11 м2 тканой металлической сетки того же химического состава стоимостью 780 руб./м2. Зная стоимость можно определить затраты на материалы: (5.4)
где Gi – расход присадочного материала, кг.; Цi – цена материала, руб./кг.
Смкп = 0,2631080+0,11817,7=373,99, руб.
В случае восстановления поверхности детали многослойными сетками учитываются только затраты на сетку стоимостью 1619 руб./м2.
Смс = 0,244721=175,9 руб.
Затраты на электроэнергию потребляемую технологическим оборудованием при восстановлении плунжера составляет: (5.5)
где N – установленная потребляема мощность оборудования, кВт; t – время работы оборудования, ч;
Kз.о. – коэффициент загрузки оборудования по времени; Kз.м. – коэффициент загрузки оборудования по времени; Цэ – цена за один кВт/час, руб.;
Для условий ГУСП совхоз «Рощинский» стоимость 1 кВт электроэнергии составляет 4,53 руб./кВт.
Результаты расчета затрат на электроэнергию приведены в таблице 5.3.
Зарплата рабочих Сз занятых на восстановлении плунжера определяется по формуле:
Сз = Зо+Зд+Зс, (5.6)
где Зо – основная часть заработной платы рабочего, руб.;
Зд – стимулирующая часть заработной платы производственным рабочим (15% к основной [32]);
Зс – социальные отчисления (32% от суммы основной и стимулирующей частей зарплаты [32]).
Основная часть заработной платы рассчитывалась по формуле:
Зо=ТнСч; (5.7)
где Тн – полная трудоемкость работ по восстановлению детали, учитывая все операции, ч.; Сч –тарифная ставка рабочих (средняя) по всем операциям, руб./час.
Средняя часовая тарифная ставка рабочих по всем операциям определяется по формуле: руб./час (5.8)
где m – количество i-тых разрядов рабочих;
Тi – трудоемкость работ i-того разряда рабочего, час;
Счi – часовая тарифная ставка i-того рабочего, руб./час.
Часовая тарифная ставка для второго разряда составляет 53,2 руб./час, для четвертого – 79,8 руб./час, для пятого 90,4 руб./час (данные предприятия).
Нормы времени и разряды работ по операциям восстановления плунжера гомогенизатора электроконтактной приваркой комбинированной присадки представлены в таблице 5.4