Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1 Конструктивно-технологические особенности валов сельскохозяйственной техники, подлежащих восстановлению 12
1.2 Электроконтактные способы восстановления деталей 16
1.2.1 Электроконтактная приварка стальных лент 17
1.2.2 Электроконтактная приварка металлических порошков 20
1.2.3 Электроконтактная приварка стальных проволок 23
1.3 Возможные пути совершенствования процесса ЭКПП 35
1.4 Цель и задачи исследования 36
1.5 Выводы 37
2 Определение основных параметров образования соединения при односторонней приварке двух присадочных проволок 38
2.1 Современные взгляды на физическую природу и механизм формирования сварного соединения металлопокрытия с основным металлом вала при ЭКПП 38
2.2 Методология выбора рациональных технологических режимов ЭКПП 43
2.3 Составление расчетной схемы для определения параметров пластической деформации двух одновременно привариваемых стальных проволок 44
2.4 Определение геометрических размеров контактов 47
2.5 Условия формирования сплошного металлопокрытия 53
2.6 Реализация математической модели, определения параметров образования сварного соединения 56
2.7 Выводы 58
3 Методика экспериментальных исследований 61
3.1 Экспериментальные установки ЭКПП
3.2 Методика металлографических исследований 65
3.3 Методика исследования прочности сцепления металлопокрытия с основой 70
3.4 Методика определения износостойкости наваренного металлопокрытия 72
3.5 Методика определения остаточных напряжений в поверхностном слое восстановленных деталей 75
3.6 Методика определения величины износа рабочей поверхности ролика-электрода 79
3.7 Методика проведения эксплуатационных испытаний автотракторных деталей типа «вал», восстановленных ЭКПП двух проволок 82
4 Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение 84
4.1 Исследование влияния технологических параметров процесса ЭКПП на прочность сварного соединения и определение их оптимального сочетания 84
4.2 Исследования структуры металлопокрытия и зоны термического влияния 92
4.3 Исследование износостойкости металлопокрытий 99
4.4 Остаточные напряжения в металлопокрытиях, сформированных ЭКПП 102
4.5 Исследование износостойкости инструмента - ролика-электрода 105
4.6 Результаты эксплуатационных испытаний восстановленных деталей 106
4.7 Выводы 107
5 Рекомендации по разработке технологических процессов восстановления изношенных валов ЭКПП 109
5.1 Общие рекомендации по проектированию технологических процессов восстановления валов сельскохозяйственной техники ЭКТЩ 109
5.2 Методика определения и рациональные режимы ЭКПП 112
5.3 Пути совершенствования оборудования и технологии ЭКПП 115
5.3.1 Совершенствование наплавочного оборудования 115
5.3.2 Присадочный материал в виде жгута металлических проволок 118
5.3.3 Совершенствование ЭКПП двух присадочных проволок двумя роликами-электродами 120
5.3.4 Совершенствование технологической схемы ЭКПП узких поя сков 122
5.4 Технико-экономическая эффективность восстановления деталей по предлагаемой техногии 124
5.5 Выводы 131
Общие выводы 132
Список литературы
- Электроконтактная приварка стальных лент
- Методология выбора рациональных технологических режимов ЭКПП
- Методика исследования прочности сцепления металлопокрытия с основой
- Исследования структуры металлопокрытия и зоны термического влияния
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Важнейшим резервом повышения эффективности эксплуатации и снижения затрат на ремонт сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей является организация восстановления изношенных деталей машин. Первоочередной задачей ремонтных предприятий является обеспечение качества восстановленных деталей на уровне новых изделий.
Одной из наиболее эффективных, ресурсосберегающих и перспективных технологий восстановления является электроконтактная приварка (ЭКП) различных присадочных материалов. К числу достоинств ЭКП можно отнести отсутствие выгорания легирующих элементов, малый припуск на последующую механическую обработку, уменьшение расхода присадочного материала, благоприятные условия работы оператора, незначительный нагрев детали и др.
В качестве присадочных материалов при ЭКП могут применяться стальные ленты, металлические порошки, но самым удобным, доступным и дешевым видом присадочного материала являются стальные проволоки. Способ электроконтактной приварки проволок (ЭКПП), несмотря на его несомненные достоинства, не получил достаточно широкого применения в АПК из-за отсутствия промышленного выпуска наплавочного оборудования и некоторых недостатков, присущих этому технологическому процессу. Это повышенный износ инструментов - роликов-электродов и структурная неоднородность металлопокрытия. Работы, направленные на совершенствование способа ЭКПП, повышение его производительности и эффективности имеют первостепенное значение.
Степень разработанности. ЭКПП основана на методах контактной сварки и имеет сходную методологию выбора рациональных режимов приварки. Сварочный ток / определяется как произведение площади контакта А на определяемую экспериментально плотность линий тока і . Усилие на ролике-электроде F равно произведению площади контакта на оптимальное значение давления р по контактной площадке. Длительность импульсов тока їи должна быть достаточной для образования прочного сварного соединения. Герметичность соединений при шовной сварке обеспечивают выбором шага наплавки.
Эти же принципы лежат и в основе выбора оптимальных режимов КПП. Однако рассматриваемый технологический процесс имеет только ему присущие специфические особенности, заключающиеся в том, что присадочная проволока испытывает существенную трехмерную пластическую деформацию, геометрия контактов достаточно сложная, а сварное соединение образуется только на наиболее деформируемой части контактных площадок. Поэтому предлагаемая технология требует более углубленного и детального изучения.
Цель работы. Повышение эффективности и качества восстановления валов сельскохозяйственного назначения путем совершенствования технологического процесса и оборудования ЭКПП.
Объект исследований. Технологический процесс восстановления изношенных поверхностей деталей типа «вал» электроконтактной приваркой стальных проволок.
Предмет исследования: закономерности формирования сварного соединения, наносимого ЭКПП двух проволок одним роликом-электродом.
Научная новизна заключается в следующем:
-
Предложена новая технологическая схема ЭКПП наружных цилиндрических поверхностей одновременной приваркой двух стальных проволок одним роликом-электродом.
-
Составлена расчетная схема, произведено формализованное описание, составлена компьютерная программа и установлены аналитические зависимости для определения параметров процесса формирования сдвоенного сварного шва.
-
Установлены пределы изменения параметров режима ЭКПП по предложенной технологической схеме и выявлено их влияние на прочность формируемого сварного соединения, структуру, твердость, износостойкость металлопокрытия, определены остаточные напряжения в нем.
-
Проведено научное обоснование методики определения рациональных режимов ЭКПП для различных сочетаний диаметров валов и проволок.
Новизна проведенных исследований подтверждается патентом на полезную модель и патентом на изобретение. Ряд заявок на предполагаемые изобретения находятся на стадии рассмотрения.
Теоретическая и практическая значимость:
1. Технологическая схема и рекомендации по разработке высокопроизво
дительных процессов восстановления валов ЭКПП при приварке двух сталь
ных проволок одним роликом-электродом.
-
Рекомендации и компьютерная программа по определению рациональных режимов ЭКПП по предложенной схеме.
-
Рекомендации по выбору конструктивно-технологических параметров блочно-модульных установок ЭКП различных присадочных материалов, включая стальные проволоки.
-
Ряд новых способов формирования металлопокрытия ЭКПП одновременной приваркой двух присадочных проволок.
Методология и методы исследований. Поставленная цель достигается путем проведения теоретических и экспериментальных исследований процесса ЭКПП двух стальных проволок. В работе были использованы современные компьютерные программные продукты: Microsoft Word 2010, Microsoft Excel 2010, Компас 3D V13, MathCad 14, Statistica 6.1.
Положения выносимые на защиту:
-
Модель одновременной пластической деформации двух присадочных проволок усилием ролика-электрода.
-
Установленные закономерности формирования сдвоенного сварного шва.
-
Экспериментальная оценка показателей качества восстановленных валов и износостойкости применяемых инструментов - роликов-электродов.
Степень достоверности и апробация результатов. Разработанные технологические процессы восстановления изношенных валов автомобилей внедрены в автотранспортном предприятии ОПАТП филиал ГУП «Башавто-транс» Республики Башкортостан в городе Октябрьский.
Основные материалы исследований доложены и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, молодых ученых и специалистов Башкирского ГАУ (Уфа, 2011-2013 г.г.); LII Международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск, 2012 г.); 8 Международной научно-практической конференции, посвященной памяти доктора сельскохозяйственных наук профессора заслуженного деятеля науки Российской Федерации и Республики Мордовия Сергея Александровича Лапшина «Лапшинские чтения» «Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции» (г. Саранск, 12-13 апреля 2012 г.).
Вклад автора в проведенное исследование. Предложена новая, более совершенная технологическая схема ЭКПП, выполнено теоретическое и экспериментальное обоснование ее параметров, исследована технико-экономическая эффективность восстановления.
Публикации. Всего по результатам работы над диссертацией опубликовано 16 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации материалов кандидатских и докторских диссертаций. Получены патенты полезную модель и на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 132 наименований и приложений. Работа изложена на 171 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунка, 11 таблиц, 3 приложения.
Электроконтактная приварка стальных лент
Из обзора литературы видно, что основная часть деталей типа «вал» отечественного и импортного производства изготовлены из конструкционных сталей. Менее распространено использование в производстве валов малоуглеродистых и литейных сталей.
По данным работы [42, 45, 91], где исследовались износы шеек валов, подлежащих восстановлению, износы наружных цилиндрических поверхностей валов в местах посадки подшипников качения варьируются в пределах от 0,1 до 0,17 мм.
Анализ деталей с цилиндрическими поверхностями различных машин сельскохозяйственного назначения, проведенный в работе [81] показал, что большая часть валов работает при нагрузках на изгиб и изгиб с кручением. Подавляющее большинство восстанавливаемых деталей имеют износы, не превышающие 0,15-0,25 мм на сторону. По данным [89] до 85 % восстанавливаемых валов тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин выбраковываются при износах в пределах 0,1 - 0,3 мм. Преимущественно при изготовлении валов используемых в производстве отечественных машин используются следующие марки сталей: сталь 40, сталь 45, сталь 50. Так же были определены модальные значения твердости изношенных деталей HRC 18...35 и восстановленных деталей HRC 50...65.
В результате проведенного анализа различных литературных источников можно сделать вывод, что для восстановления деталей с цилиндрическими поверхностями износа необходимо подбирать методы восстановления, которые позволят наносить металлопокрытие до 0,10...0,25 мм на сторону (после проведения механической обработки), обеспечивающие высокую твердость восстанавливаемой поверхности и не приводящие к существенному снижению усталостной прочности.
Выход из строя машин обусловлен поломками деталей и узлов и неизбежным износом его рабочих поверхностей деталей [3, 9, 12, 13, 75]. Причинами выхода из строя валов могут послужить следующие факторы: 1) малый запас прочности (приводит к поломке при высоких ударных нагрузках); 2) износ детали (снижает прочность, приводит к изменению геометрической формы детали, появлению зазоров в сопряжениях); 3) недостаточная контактная и динамическая прочность валов, (приводит к разрушению поверхностного слоя металла и к усталостным поломкам). Причиной повышенного износа и выкрашивания поверхностного слоя восстановленных деталей может быть недостаточно прочное сцепление нанесенного металлопокрытия с основным металлом детали.
Обеспечение качественного сварного соединения, а именно получение высокой прочности наносимого металлопокрытия с основным металлом восстанавливаемой детали, является основной проблемой при электроконтактных способах восстановления, в том числе и при ЭКПП.
Известно [37, 54, 77, 114], что при ЭКПП сварное соединение образуется без оплавления контактирующих поверхностей, в твердой фазе. При неправильно подобранных режимах приварки проволоки сварное соединение получается некачественным. Непровары в стыках соединяемых поверхностей и межвитковые несплавления визуально не определяются. Получившийся брак сварного соединения иногда обнаруживается при последующей механической обработки делали (шлифовании), когда покрытие «шелушится», отслаивается. В худшем случае отслоение наваренного слоя может пройти при эксплуатации такой детали.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что к числу важнейших факторов, определяющими долговечность и работоспособность восстановленных деталей с цилиндрическими поверхностями, кроме износостойкости, низкой усталостной прочности, относится и прочность сцепления металлопокрытия с основным металлом.
Для обеспечения качества и надежности восстанавливаемых автотракторных деталей типа «вал» необходимо повышать все эксплуатационные ха 16 рактеристики. Большие перспективы в повышении этих качеств заключаются в совершенствовании имеющихся и разработке новых технологий восстановления.
Электроконтактные способы восстановления деталей Многочисленные способы восстановления, основанные на расплавлении присадочного металла энергией горения электрической дуги или же на гальванических процессах, наряду со своими достоинствами имеют и ряд недостатков, ограничивающих их применение для восстановления деталей типа «вал» сельскохозяйственной техники. Использование таких технологических процессов не позволяет в большинстве случаев добиться высокого качества восстановления валов с небольшими износами и достичь требуемых технико-экономических показателей.
Одним из наиболее приемлемых, рациональных и перспективных способов восстановления цилиндрических поверхностей деталей являются способы электроконтактной приварки различных присадочных материалов [58, 109]. Электроконтактная приварка основана на методах шовной сварки, при котором присадочный металл разогревается энергией тепла, выделяющейся при прохождении кратковременных импульсов тока, чередующихся с паузами.
Электроконтактные методы восстановления изношенных деталей имеют ряд достоинств, которые выгодно отличают их от остальных способов. К ним относятся: малый нагрев восстанавливаемой детали, малый припуск на последующую механическую обработку, отсутствие выгорания легирующих элементов, закалка металлопокрытия непосредственно при формировании, простота технологического процесса, высокое качество восстанавливаемых деталей, достаточно высокая производительность процесса, благоприятные условия работы для оператора и др.
Методология выбора рациональных технологических режимов ЭКПП
При всех разновидностях сварки без расплавления соединяемых металлов различают три основных стадии образования сварного соединения [18]: 1. Образование физического контакта соединяемых поверхностей. 2. Активация, т.е. образование на контактных поверхностях активных центров. 3. Объемное взаимодействие в стыке соединяемых металлов. Процесс образования сварного соединения при ЭКПП имеет опреде ленную специфику, его кинетика рассмотрена в работах [30, 48, 52, 75]. Физический контакт металлов проволоки и детали частично начинается до прохождения импульса тока. На соединяемых поверхностях деформируются микронеровности, происходит сближение атомов материалов и на этих участках возникает физическое взаимодействие, обусловленное силами Ван-дер-Ваальса.
При включении импульса тока участки физического контакта расширяются, на поверхности пластически деформированных металлов выходят дислокации, происходит активация контактируемых поверхностей. По мере нагрева присадочного и основного металлов зона физического контакта интенсивно расширяется. За 0,02...0,04 с с момента включения импульса тока присадочный металл между деталью и инструментом нагревается до пластического состояния и происходит с большой скоростью осадка проволоки под действием усилия ролика-электрода. При ЭКПП на третьей стадии процесса формирования сварного соединения устанавливаются прочные металлические связи соединяемых металлов. В плоскости контакта отдельные очаги взаимодействия сливаются, а в объеме зоны контакта происходит релаксация напряжений. При установившемся тепловом равновесии на третьей стадии процесса температура присадочного металла не повышается: количество выделяемого тепла равно коли 41 честву тепла, уходящему через контактные площадки в металлы инструмента и детали.
В некоторых случаях при объемном взаимодействии в контакте происходит взаимное проникновение атомов соединяемых поверхностей, а при совместном остывании в стыке образуются общие зерна. Граница таких сварных соединений на фотографиях микроструктур четко не просматривается, а сами соединения отличаются повышенной прочностью и пластичностью.
В результате каждого термомеханического цикла на поверхность вала наваривается так называемая единичная площадка металлопокрытия [126]. Это небольшая порция присадочного металла, которую принято представлять в форме прямоугольного параллелепипеда размерами 1Щ х Ъщ х 8т . Размеры такого параллелепипеда можно определить способом [76].
Длина единичной площадки равна произведению окружной скорости вращения вала и0 на длительность одного цикла приварки /ц lw=v0n- (2-О Ширина площадки ЪЕД равна шагу S приварки проволоки по винтовой линии, а ее высота 5т, равная толщине металлопокрытия, определяется без непосредственного замера по зависимости (1.1). Объем наносимого за цикл присадочного металла равен Ущ=щ- ц-— = n7"V— 2-2) Скорость роста прочности сварного соединения, образующегося в твердой фазе, зависит от скорости пластической деформации соединяемых металлов и описывается известной зависимостью daldt = S-X(t), (2.3) где а - безразмерная прочность соединения в относительных единицах, представляющая собой отношение прочности сцепления а при каком-либо конкретном режиме наплавки к максимально возможной прочности стМЛХ ; S 42 площадь в м одного активного центра, зависящая от энергии U выносимой дислокации при образовании активного центра и от высоты энергетического барьера Q, при достижении которого в пределах отдельного активного центра образуются межатомные связи; Я - частота образования активных центров в с"1 м"2, которую можно выразить в виде [123,124] X(t) = s(t)IL-b . (2.4) В (2.2) e(t)- скорость деформации, с" ; L- расстояние между дислокациями, м; 1 = 1/\[р , р- плотность дислокаций, м"2; Ь - модуль вектора Бюргерса, м. Из соотношений (2.3) и (2.4) следует doldt=S-e{t)IL-b. (2.5) Уравнение (2.5) является уравнением скорости роста прочности сварного соединения в твердой фазе. Оно широко применяется при изучении различных технологических процессов сварки в твердой фазе, но по ряду причин проинтегрировать его математически в большинстве случаев не удается. Ни один из членов правой части этого уравнения заранее не известен. В литературе нет значений S, L, Ь по различным видам материалов и для конкретных условий. Известны значения этих параметров только для некоторых химически чистых материалов в условиях сверхвысокого вакуума. Практически всегда количественные соотношения между параметрами є и о определяются экспериментально [77, 80, 81 и др.]. Такие исследования по определению прочности сварного соединения проводились и в области ЭКПП. В работах [49, 51 ] Ю.В. Клименко, Э.С. Каракозова, Р.А. Латыпова экспериментально определялись зависимости прочности сцепления покрытия с основным металлом вала от степени радиальной деформации присадочной проволоки. В настоящее время считается, что методически правильно в качестве контролируемого параметра пластической деформации присадочной проволоки использовать не радиальную, а осевую составляющую ву: еу= , (2.6) где LB - длина наваренного сварного валика; іПР - длина проволоки, из которой этот валик был сформирован. Параметр еу легко определяется при приварке присадочной проволоки на конкретном исследуемом режиме.
Методика исследования прочности сцепления металлопокрытия с основой
В патроне наплавочной установки 5 фиксируется наплавляемая деталь 1. Роликовые электроды 3 и 6 прижимают присадочную проволоку 2 к поверхности наплавляемой детали по средствам давления пневмосистемы. Второй роликовый электрод 6 и медные шины 7 служат токоотводом. Сварочный трансформатор 10 является источником тока. Прерыватель тока 11, включенный в цепь трансформатора 10, отвечает за своевременное отключение и включение тока, тем самым обеспечивая возможность получения высокого качества сварного шва, за счет снижения количества бросков напряжения возникающих на обмотках трансформатора. Электронный амперметр 9 модели АСУ-ЇМ, оснащенный датчиком - тороидом 8, позволяет определить значение импульса тока сварочного трансформатора.
Присадочные проволоки, зажатые между роликовым электродом и наплавляемой деталью, разогреваются при прохождении импульса тока и осаживаются, образуя наплавленный слой. Металлопокрытие наноситься по винтовой линии с перекрытием смежных сварных валиков. Последовательность операций, необходимых для проведения ЭКПП следующая. В первую очередь кран с охлаждающей жидкостью подводиться соплом к месту последующего образования сварного соединения. После чего включают подачу охлаждающей жидкости, включают осевое вращение шпинделя, продольную подачу роликовых электродов и включают подачу тока.
Роликовые электроды изготовляются из жаропрочных и износостойких материалов, которые в свою очередь будут хорошими проводниками, как тепла, так и электричества. Мы использовали ролики-электроды из бронзы Бр.НБТ диаметром 300 мм и толщиной 12 мм. На кафедре технологии металлов и ремонта машин Башкирского ГАУ была разработанна и изготовленна блочно-модульная наплавочная установка нового поколения, фотография которой приведена на рисунке 3.5. В конструировании и сборке такой установки ЭКП принимал участие и автор данной диссертационной работе. Часть экспериментов выполнялась на установке нового поколения.
Перед выполнением металлографических исследований проводится осмотр наплавленной поверхности на предмет отсутствия в металлопокрытии видимых визуально непроваров и трещин.
Имеется большое число работ, посвященных вопросам изучения структуры и дефектов металлопокрытия и ЗТВ [79, 89, 92, 93 и др.]. В нашей работе мы воспользовались методиками, приведенными в перечисленных источниках. Для изучения структуры формируемого металлопокрытия и ЗТВ готовились шлифы. На образцы диаметром 50 мм из нормализованной стали 45 наваривался слой металлопокрытия на исследуемом технологическом режиме. Из подготовленных образцов вырезались абразивным инструментом продольные и поперечные шлифы. Для исключения перегрева образцов и исключения структурных изменений зона резания обильно охлаждалась водой. Далее образцы помещались в оправки и заливались эпоксидной смолой. После проведения шлифовки и полировки образцы для металлографических исследований подвергались процессу травления, который производился в 5 % растворе азотной кислоты в этиловом спирте.
Изучение микроструктуры образцов, а так же зон термического влияния проводили на микроскопах LSM-5-Exciter, Axiovert 100А, Axiotech. С помощью фотомикроскопа Neophot-32 приготовленные образцы фотографировались. Процесс определения твердости приваренного слоя производился в три этапа. Для измерения общей твердости приваренного слоя мы использовали динамический твердомер марки ТДМ-2 ТУ 4271-002-47621206-01 (рисунок 3.7).
Суть работы твердомера заключается в определении отношения скорости падения и отскока ударного элемента от поверхности нанесенного металлопокрытия. Величина этого отношения и характеризует искомую твердость образца. Работа была произведена на основе методики, представленной в работе [77].
Далее производилось определение твердости металлопокрытия на твердомере Виккерса. Для проведения данной работы использовалась модель ТП-7р-1, показанная на рисунке 3.8 а. Рисунок 3.8 Общий вид а) твердомер Виккерса (модель ТП-7р-1); б) микротвердомер ПМТ-3 Замеры проводились по схеме рисунок 3.9. Создаваемая при измерении нагрузка была равна 49 Н.
Применение подобной схемы замера объясняется возможностью определения твердости по всей ширине сварного валика, а так же в зонах стыка витков. Замеры производились в пределах одного оборота образца [26].
Следующим важным этапом замера твердости металлопокрытия является определение микротвердости по глубине нанесенного слоя. Ее замеряли с использованием прибора ПМТ-3 (рисунок 3.8, б ). Процесс измерения заключался во вдавливании в металлопокрытие наконечника прибора изготовленного из алмаза по ГОСТ 9450-76 [5, 57]. Нагрузка на алмазный наконечник составляла 0,981 Н (100 г). Полученные данные были переведены в шкалу HRC. Для оценки микротвердости использовался показанный на рисунке ЗЛО микроскоп Axiovert-IOOA с приставкой МНТ-10. Нагрузка на алмазный наконечник составляла 1,962 Н (200 г). О качестве приварки металлопокрытия судили по наличию общих зерен присадочного металла с поверхностью детали. В данной работе прочность сцепления основного металла с наносимым металлопокрытием определялась двумя способами. Использовался с некоторыми модернизациями метод Олларда, заключающийся в отрыве штифтов разборного цилиндрического образца от приваренного слоя. Усовершенствование заключалось в использование штифтов не цилиндрической, а конической формы [88]. Общий вид разборного блока для испытаний на отрыв представлен на рисунке 3.8 а.
На разборный образец, состоящий из двух полуцилиндров с отверстиями, в которые вставляются поджатые резьбовыми пробками штифты, производили приварку металлопокрытия на исследуемом технологическом режиме ЭКПП. Затем образец развинчивали и производили испытания на отрыв штифтов на специализированной разрывной машине Р-5, как это показано на рисунке 3.12.
Исследования структуры металлопокрытия и зоны термического влияния
Основой для оптимального проектирования технологических процессов восстановления валов сельскохозяйственной техники ЭКПП по предлагаемой технологической схеме являются проведенные нами теоретические и экспериментальные исследования.
Рассматриваемую технологию мы рекомендуем для восстановления широкой номенклатуры деталей, работающих не только на износ, но и при знакопеременных нагрузках. Способ несколько снижает усталостную прочность восстановленных валов, поэтому его применение без дополнительных упрочняющих операций для реставрации тяжело нагруженных коленчатых валов нецелесообразно. Трудно приваривается металлопокрытие к цилиндрическим поверхностям больших диаметров (более 100... 120 мм).
Химический состав присадочных проволок не должен сильно отличаться от химического состава металла детали, или быть к нему близким. В большинстве случаев валы сельскохозяйственной техники изготавливаются из конструкционных сталей. При восстановлении таких деталей применяют присадочные проволоки из углеродистых сталей марок Нп-50, Нп-65, Нп-80 ГОСТ 10543-98. Пружинная проволока ПК-2 ГОСТ 9389-75, химический состав которой соответствует сталям 65 или 65Г, наиболее доступная и недорогая. Для восстановления деталей из легированных сталей необходимо применять проволоки сходного химического состава, такие, как 40Х, 50ХФА, ЗОХГСАидр.
Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от требуемой толщины металлопокрытия. В большинстве случаев при ЭКПП мы применяем проволоки диаметром 1,8 мм. В соответствии с зависимостью (1.1) из такой проволоки формируется (в зависимости от диаметра восстанавливаемого вала, таблица 5.1) металлопокрытие толщиной 0,44...0,71 мм на сторо по ну. Последующей механической обработки (обычно шлифованием) снимается минимальный припуск 0,15...0,2 мм. Толщина слоя после шлифования 0,2...0,45 мм. Такой проволокой можно реставрировать большинство валов сельскохозяйственного назначения, износы которых, как показано в первой главе, не превышают 0,25...0,30 мм на сторону.
В тех случаях, когда износы шеек превышают эти значения, необходимо применять проволоки большего диаметра. При выборе диаметра присадочной проволоки следует руководствоваться данными таблицы 5.1. В исследованиях [27, 40] показана возможность двух- или многослойной приварки. Прочность сварного соединения при приварке второго и последующего слоев не ниже, чем для первого слоя металлопокрытия.
Перед приваркой восстанавливаемые валы правят, восстанавливают поврежденные центровые отверстия. Поверхности под наплавку очищают от загрязнений и следов ржавчины металлическими щетками с применением моющих растворов. При неравномерном износе такие поверхности шлифуют до выведения следов износа.
Процесс ЭКПП одновременно двух присадочных проволок одним роликом-электродом легко осуществляется на установках ЭКП конструкции ГОСНИТИ 011-1-02, 011-1-02Н, 0114-1-07 и др. Для возможностей бесступенчатого регулирования частоты вращения шпинделя электродвигатель установки может быть заменен двигателем постоянного тока. Мощности сварочных трансформаторов перечисленных установок ЭКП вполне достаточны для осуществления приварки по рекомендуемой схеме.
Правильность выбора технологических параметров режима наплавки периодически контролируется оператором-наплавщиком путем определения по зависимости (1.2) относительной осевой деформации присадочной проволоки. Сварное соединение начинает формироваться при значениях єу = 0,15...0,17, а при максимально достижимых значениях єу =0,44...0,46 прочность сцепления покрытия с деталью максимальная, равная прочности на разрыв основного металла.
Последующая механическая обработка наваренных поверхностей не вызывает затруднений, они легко обрабатываются шлифованием, также возможна их токарная обработка с резцами из эльбора или гексанита-Р. Рекомендуемая скорость резания 1,0... 1,5 м/с.
На основе аналитических и экспериментальных исследований, результаты которых приведены во второй и четвертой главах, разработана расчетная методика определения рациональных технологических режимов ЭКГШ одновременно двух проволок по предлагаемой схеме. Методикой предусматривается следующая последовательность действий. 1. Режим приварки должен обеспечивать относительную осевую де формацию присадочной проволоки єу =0,44...0,46. Такое значение является для проволоки из углеродистой стали максимально достижимым. При указанной осевой деформации присадочной проволоки прочность сварного соединения равна прочности основного металла вала. 2. В таблице 5.1 приведены значения толщины металлопокрытия 5 и ширина В сдвоенного сварного валика для различных сочетаний диаметров присадочной проволоки и восстанавливаемой шейки вала. Значения В и S вычислены соответственно по зависимостям (2.11) и (1.1).
