Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обоснование требований к разрабатываемым способам восстановления деталей 15
1.1. Оценка особенностей изнашивания деталей трактOr, ров, автомобилей и сельскохозяйственных шшин... 22
1.2. Разработка требований к новым способам восстановления деталей для снижения расхода запасных частей, стоимости ремонта и повышения ресурса машин 49
Выводы 59
Цель и задачи исследования 62
ГЛАВА 2. Разработка способов и оптимизация реішмов восстановления и упрочнения деталей контактной приваркой металлопокрытий 64
2.1. Обзор способов восстановления деталей, основанных на контактной приварке металлопокрытий 65
2.2. Исследование и разработка способов восстановления деталей контактной приваркой стальной ленты и проволоки 70
2.3. Исследование и разработка способов восстановления и упрочнения деталей контактной приваркой порошков вых композиционных покрытий 124
2.4. Влияние покрытий на внутренние напряжения и пре дел выносливости 154
Выводы. 160
ГЛАВА 3. Теоретические предіюсьшіш увеличения долговечности восстанавливаемых деталей износостойкими покрытия ми и создания деталей несменяемых за срок службы машин . 162
3.1. Задачи модернизации восстанавливаемых деталей с целью снижения стоимости ремонта и повышения ресурса машин 164
3.2. Перспективы создания несменяемых деталей путем использования для покрытий материалов,обеспечивающих многократное увеличение износостойкости при абразивном и других видах изнашивания 169
3.3. Разработка основных принципов увеличения долговечности деталей и сопряжений нанесением особоизносо-стойких покрытий 182
3.4. Анализ эффективности создания деталей и сопряжений несменяемых за срок службы машины 205
3.5. Прогноз особенностей ремонта машин, содержащих несменяемые детали, восстановленные покрытиями армированными особоизносостойкини материалами 216
3.6. Выбор особоизносостойких материалов для армирования деталей тракторов и сельскохозяйственных ма- .
шин 222
Выводы 236
ГЛАВА 4. Разработка способа приварки покрытий, армированных 0созоизн0состойкими материалами, с целью создания несменяемых деталей . 240
4.1. Оценка способов нанесения на детали тонкослойных высокоизносостойких покрытий 241
4.2. Эвристическая модель способа нанесения покрытий, армированных спеченными порошковыми твердыми сплавами . 247
4.3. Обоснование выбора клеящего состава для закрепления частиц твердых сплавов и исследование его влияния на процесс армирования .259
4.4. Исследование закономерностей способа армирования и свойств армированного слоя. .275
Выводы 300
ГЛАВА 5. Теоретическое и экспериментальное обоснование оптимальной микро- и макроструктуры армированного покрытия для различных сопряжений и условий из нашивания 304
5.1. Оптимизация микроструктуры спеченных твердых спла вов на основе исследования механизма абразивного изнашивания их в различных парах трения.» .. 304
5.2. Оптимизация макроструктуры армированного покрытия на основе исследования механизма абразивного изнашивания его в различных парах трения, 334
5.3. Обоснование требований к макроструктуре слоя для различных видов изнашивания с учетом исследования поверхности трения восстановленных армированием деталей и сопряжений после эксплуатационных испытаний ., ... 368
Выводы 382
ГЛАВА 6. Создание новых технологий и оборудованш для восстановления и упрочнения деталей. внедрение разработок и их технико-экономическая оценка 385
6.1. Создание новых технологий и оборудования для осуществления разработанных способов 385
6.2. Результаты испытаний восстановленных и упрочненных деталей 399
6.3. Внедрение разработок и их эффективность 412
Выводы 418
Заключение 421
Литература
- Разработка требований к новым способам восстановления деталей для снижения расхода запасных частей, стоимости ремонта и повышения ресурса машин
- Исследование и разработка способов восстановления деталей контактной приваркой стальной ленты и проволоки
- Перспективы создания несменяемых деталей путем использования для покрытий материалов,обеспечивающих многократное увеличение износостойкости при абразивном и других видах изнашивания
- Эвристическая модель способа нанесения покрытий, армированных спеченными порошковыми твердыми сплавами
Введение к работе
Решения ХХУІ съезда КПСС, намеченная майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС Продовольственная программа СССР могут быть реализованы в короткие сроки при условии насыщения сельского хозяйства страны всей необходимой техникой. Генеральный секретарь ЦК КПСС Ю.В.Андропов в речи на июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС указал: "Нас ждет огромная работа по созданию машин, механизмов и технологий как сегодняшнего, так и завтрашнего дня".
Постановление ЦК КПСС и СМ СССР "О мерах по дальнейшему повышению технического уровня и качества машин и оборудования для сельского хозяйства, улучшению использования, увеличению производства и поставок их в 1983...1990 годах" предусматривает увеличение объемов выпуска машин, коренное улучшение их качества, совершенствование технологических процессов их ремонта.
Чем больше машин накапливается в различных отраслях народного хозяйства, тем острее становится проблема их ремонта и обеспечения запасными частями. "На ремонт активной части основных фондов - машин, оборудования, транспортных средств в стране расходуется пятая часть выплавляемого металла, а денежные затраты составляют 40 миллиардов рублей в год" ("Правда", 3.03.1980). "Из 95 миллионов человек, занятых в отрасли материального производства страны, свыше 8 миллионов человек отвлечено на ремонтные работы..." ("Труд", 19.01.1980).
В сельскохозяйственном производстве машины работают особенно в тяжелых условиях, вследствие большой запыленности воздуха, непосредственного контакта многих деталей с почвой, трудностей регулярного и полноценного ухода за машинами и ряда, других объективных причин. Это определяет повышенную потребность сельскохозяйственных машин в ремонте. Затраты колхозов и совхозов на капитальный и текущий ремонт техники достигают 24% ее балансовой стоимости. Трудоемкость ежесменного технического ухода за пахотным или посевным агрегатом составляет 15...20% времени тракториста.
Комплексная механизация - основа дальнейшего развития сельскохозяйственного производства. При работе комплексов машин, отказ одной из них равносилен, как правило, простою всего комплекса машин. Поэтому качество, надежность машин как новых, так и отремонтированных приобретают все более важное значение.
Ученые всего мира сходятся в оценке, что главной причиной, обуславливающей снижение надежности и рабочих параметров машин, а также необходимость их ремонта является износ деталей. Разработку эффективных способов борьбы с износом, увеличения долговечности деталей с целью повышения ресурса машин можно отнести к одной из важных народнохозяйственных проблем.
Увеличение долговечности деталей является также практически единственной альтернативой непрерывно растущему выпуску запасных частей, но пока не используется в должных масштабах. В то же время другие, уже проверенные на практике решения, существенных результатов по сокращению производства запасных частей, как известно, не обеспечили.
Выдвинутые ХХУІ съездом КПСС задачи повышения качества продукции нашли в системе "Сельхозтехника" свое конкретное выражение в работах по увеличению ресурса отремонтированных машин, агрегатов и узлов. Ставится задача доведения послеремонтного ресурса двигателей и тракторов до ресурса новых. Ремонт позволяет ежегодно возвратить в строй примерно в 3 раза больше машин, чем их по ставляет за тот же срок промышленность. В связи с этим, качество отремонтированной техники оказывает серьезнейшее влияние на уровень, своевременность и стоимость проведения всех сельскохозяйственных работ.
Восстановление деталей получило всеобщее признание как основное содержание процесса ремонта машин и в настоящее время вступило в новую фазу активного развития. Этому способствовали принятая ХХУІ съездом КПСС Продовольственная программа, Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 820 и № 114.
На данном этапе в задачи восстановления деталей целесообразно вложить новое смысловое и технологическое содержание с тем, чтобы восстановление являлось базой для решения главных проблем -быстрого и резкого повышения качества отремонтированных машин, снижения расходов на их ремонт и эксплуатацию. Восстановление деталей, как правило, включает операции нанесения слоя материала на изношенные поверхности с целью получения номинальных размеров изделия. Указанная особенность создает предпосылки для модернизации, улучшения деталей при восстановлении путем нанесения на быстроизнашиваемые участки деталей материалов с износостойкостью во много раз выше, чем материал самой детали.
Новые теоретические положения и разработки, изложенные в диссертации, основывались на успехах науки о ремонте сельскохозяйственных и других машин и восстановлении изношенных деталей , большой вклад в развитие которых внесли Б.М.Аскинази, Г.Г.Балов-нев, В.В.Березников, д.Г.Вадивасов, Е.Л.Воловик, И.С.Вороницын, Л.В.Дехтеринский, В.В.Ефремов, А.И.Иванов, В.И.Казарцев, В.А.Ка-куевицкий, Ю.А.Конкин, К.Т.Кошкин, В.С.Крамаров, В.М.Кряжков, И.С.Левитский, Л.Г.Лившиц, Й.И.Луневский, М.А.Масино, И.А.Пишин, С.С.Некрасов, В.А.Наливкин, Ю.Н.Петров, А.И.Селиванов, Н.Ф.Тель нов, И.Е.Ульман, С.С.Черепанов, В.М.Черноиванов, В.А.Шадричев и другие ученые.
Фундаментальные исследования общих закономерностей изнашивания деталей машин выполнили: Ю.Н.Артьенъев, М.А.Бабичев, В.А.Белый, Н.А.Буше, Д.Э.Вальдма, Д.Н.Гаркунов, Б.В.Дерягин, У.Икрамов, В.Н.Кащеев, Й.Р.Клейс, С.П.Козырев, Б.М.Костецкий, И.В.Крагельский, Р.В.Кугель, Л.С.Лившиц, В.М.Михлин, В.С.Попов, А.С.Проников, А.Ш.Рабинович, М.М.Севернев, М.МЛ ененбаум, В.Н.Ткачев, Ю.В.Фролов, М.М.Хрущев, А.В.Чичинадзе, Г.М.Яковлев и другие ученые.
Исследования в области трения, изнашивания и износостойкости принципиально новых типов материалов явились предпосылкой для создания на этой основе новых способов и технологий, направленных на кардинальное решение вопросов увеличения долговечности быстроизнашиваемых деталей.
В настоящей работе в значительной мере реализованы прогнозы об огромных перспективах применения новых композиционных материалов и твердых сплавов для создания высокоизносостойких деталей и самозатачивающихся рабочих органов, сформулированные в трудах видных советских и зарубежных ученых.
Создание новых способов восстановления деталей контактной приваркой стальной ленты, проволоки и порошковых материалов основывалось на фундаментальных исследованиях в области сварки и наплавки, которые выполнили А.А.Алов, А.Е.Аснис, Г.Й.Бабат, В.В.Баженов, Д.С.Балковец, В.А.Винокуров, А.С.Гельман, Д.А.Дудко, Н.Ф.Казаков, Э.С.Каракозов, В.К.Лебедев, К.А.Кочергин, В.Э.Моравский, Г.Д.Никифоров, Г.А.Николаев, Б.Д.Орлов, Б.Е.Па-тон, И.Р.Пацкевич, И.К.Походня, М.И.Разиков, Н.Н.Рыкалин, И.И.Фрумин, К.К.Хренов, П.Л.Чулошников, М.Х.Шоршоров, Ю.А.Юзвен ко И другие ученые.
Разработанный автором способ восстановления и упрочнения деталей покрытиями армированными частицами спеченных твердых сплавов основан на достижениях порошковой металлургии в создании новых видов тугоплавких соединений, твердых сплавов, композиционных материалов. Большой вклад в эти достижения внесли советские и зарубежные ученые - А.А.Абиндер, А.Я.Артамонов, В.Н.Бакуль, М.Е.Балыдин, Н.Н.Доромский, В.П.Елютин, Й.И.Йскольдский, С.С.Кипарисов, В.В.Кудинов, Т.Лоладзе, А.И.Манохин, Г.А.Меерсон, Б.С.Митин, К.И.Портной, О.В.Роман, Г.В.Самсонов, В.И.Третьяков, Я.С.Уыанский, ИЛ.Федорченко, Ф.Ф.Айзенкольб, Ф.Бенезовский, В.Джонс, Ф.Кларк, Р.Киффер, П.Шварцкопф и др.
В настоящее время, как одна из важнейших, стоит задача -создавать и внедрять принципиально новые, малоотходные и энергосберегающие технологии, превосходящие по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и мировые достижения.
Для целей дальнейшего совершенствования производства, модернизации восстанавливаемых деталей и ремонтируемых машин также необходимы соответственно новые технологии, базирующиеся на новых способах, позволяющих решить указанные выше задачи.
Повышение рабочих параметров машин, реализация принципа их высокой энергонасыщенности требуют применения новых материалов с необходимыми свойствами. Это позволило бы быстрее совершенствовать конструкции машин. В данной диссертации в той или иной мере исследованы и разработаны пути решения этих важнейших для народного хозяйства проблем.
Цель исследования Главной целью настоящей работы являлось создание и разработка эффективных способов увеличения долговечности деталей машин и на этой основе ресурса машин в целом. Для достижения этой цели работа проводилась комплексно в двух направлениях:
1. Ликвидация последствий изнашивания деталей путем восстановления их рабочих поверхностей нанесением покрытий с заданными свойствами и толщиной.
2. Предупреждение износа деталей нанесением на их рабочие поверхности при восстановлении высокоизносостойких материалов.
Таким образом,оба направления имеют единую технологическую основу - нанесение покрытий на рабочие поверхности деталей. В диссертации изложены результаты широкого комплексного исследования по созданию гаммы принципиально новых эсофективных способов нанесения однородных и композиционных покрытий контактной приваркой слоя регулируемыми импульсами тока. Эти способы позволяют приваривать к поверхности стальных, чугунных , алюминиевых, бронзовых деталей стальную ленту, проволоку, разнообразные порошковые твердые сплавы, а также сочетания указанных материалов.
На основе проведенных исследований этих способов, разработаны прогрессивные технологии восстановления и упрочнения деталей, а также станки для нанесения покрытий на такие массовые детали, как валы, на поверхность отверстий чугунных деталей, оборудование для восстановления и упрочнения гильз цилиндров, поршней из алюминиевых сплавов, гнезд головок цилиндров, шатунов, клапанов, бронзовых втулок, шестерен я других ответственных и массовых деталей тракторов и автомобилей, для упрочнения рабочих органов сельскохозяйственных машин.
Особо важно, что во всех перечисленных случаях на детали с применением этого оборудования может быть нннесен слой высокой износостойкости, что позволяет решить такие важные народнохозяй ственные задачи, как повторное использование (восстановление) деталей при высоком качестве, с минимальными затратами и увеличение ресурса отремонтированной техники.
На базе применения новейших научно-технических достижений и теоретических прогнозов разработан принципиально новый способ армирования, открывающий широкие возможности нанесения на детали композиционных покрытий из спеченных твердых сплавов и тугоплавких соединений, слоем нужной толщины. Доказана возможность и перспективность создания с помощью армирования практически несменяемых за весь срок службы машины деталей. Оценены перспективы использования для армирования различных твердых сплавов, других композиционных материалов и тугоплавких соединений, выполнен анализ особенностей старения деталей,армированных твердыми покрытиями, и машин, содержащих такие детали.
Впервые исследованы механизм и особенности изнашивания сопряжений и гетерогенных поверхностей, содержащих высокоизносостойкие композиционные и однородные материалы, и обоснованы требования к микроструктуре частиц сплавов и к макроструктуре армированного слоя, а также разработаны процессы и рекомендации по армированию деталей твердыми сплавами. Проведены широкие лабораторные и производственные испытания восстановленных и упрочненных деталей, и экономические сопоставления, показавшие высокую эффективность и важное народнохозяйственное значение выполненных в диссертации исследований и разработок, широко внедряемых в производство.
Автор защищает: Теоретические основы и принципы активного управления сроком службы восстанавливаемых деталей, создания несменяемых деталей, основные рабочие поверхности которых не требуют повторного восстановления за полный срок службы машины.
- Комплекс теоретических и технологических исследований по разработке новых малоотходных энергосберегающих технологий восстановления и упрочнения широкой номенклатуры стальных, чугунных, алюминиевых, бронзовых деталей тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных и других машин.
- Новые высокоэффективные способы восстановления и упрочнения деталей контактной приваркой износостойких покрытий, защищенные 37 авторскими свидетельствами и патентами, позволяющие наносить однородные и композиционные покрытия заданной толщины из различных сталей и твердых сплавов, в два-три раза сократить расход металла и электроэнергии, исключить нагрев и деформации деталей, обеспечить закалку слоя непосредственно в процессе приварки, резко улучшить условия труда и экологические характеристики.
- Способ армирования деталей порошковыми спеченными твердыми сплавами (запатентован в б странах), позволяющий получить гетерогенные покрытия типа "двойной композит", исключить деструкцию частиц твердого сплава, обеспечить при многих видах изнашивания увеличение износостойкости деталей в 5...20 раз, а срока службы сопряжений до 2...3 раз.
- Принципы оптимизации микро- и макроструктуры и механизм изнашивания гетерогенных покрытий, содержащих частицы особоизно-состойких материалов, применительно к условиям изнашивания различных деталей и сопряжений тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин.
- Новые технологии и комплекс оборудования, включающий II установок, созданные для реализации разработанных способов восстановления и упрочнения деталей, широко внедренные в производство и обеспечивающие годовую экономию около 8 млн.рублей, а к 1 85 году около 25 млн.рублей.
Выполненные работы проводились в соответствии с Целевой Комплексной программой ОЦ - 044 по восстановлению деталей, Координационными планами по проблеме 0.51.II (ремонт сельскохозяйственных машин) по сварочной науке и технике, Координационным планом по Министерству геологии СССР (упрочнение замковых соединений бурильных труб). В работе изложены материалы исследований, проведенных автором в порядке выполнения тематического плана руководимой им лаборатории и в ходе личных поисков. Основные разработки защищены 37 авторскими свидетельствами и патентами, автор награжден за них 9 медалями ВДНХ.
Разработанные способы и созданное с участием автора оборудование демонстрировались на международных выставках "Сельхозтехника - 75", "Сельхозтехника - 78", "Стройдормаш-81", "Рейде-таль-83", на выставках в БРНО, в Лейпциге, на ВДНХ СССР и др., отмечены рядом медалей. Оборудование выпускается серийно, экспортируется в ряд стран. Со странами СЭВ (ГДР, ВНР, НРБ, ПНР, СРР, ЧССР) ведутся дальнейшие совместные исследования разработанных способов применительно к конкретным задачам восстановления и упрочнения деталей тракторов, автомобилей, комбайнов и других машин.
В диссертации в некоторой мере обобщены результаты исследований аспирантов, работавших под научным руководством и при участии автора: Абдурахимова Т.У., Амелина Д.В., Бабаева И.А., Горбенко К.Г., Моторина В.М., Пономарева Г.И., Рогинского Л.Б.
Автор глубоко признателен сотрудникам, участвовавшим в различные периоды времени совместно с ним в сложных и длительных поисках по созданию новых способов: Бойченко А.Э., Бурмистро ву В.И., Винокуровой А.Ф., Калиниченко В.М., Малыгину В.Г., Михайлову В.П., Югову Д.Н. и другим.
Конструктивную разработку нового оборудования осуществляли при участии автора - ЦОКТБ ГОСНИТИ, Рязанский ЦОКТБ ГОСНИТИ, конструкторские отделы ЦОПКГБ ВНПО "Ремдеталь", Закавказский филиал ВНПО "Ремдеталь».
Разработка требований к новым способам восстановления деталей для снижения расхода запасных частей, стоимости ремонта и повышения ресурса машин
Рассмотренные выше особенности изнашивания деталей тракторов и сельскохозяйственных машин позволили сформулировать ряд требований, которым должны удовлетворять новые разрабатываемые способы восстановления деталей. Эти требования должны быть уточ-нены с учетом необходимости решения важных задач, стоящих перед ремонтным производством - повышения послеремонтного ресурса машин, снижения стоимости их ремонта и расхода запасных частей.
В сельском хозяйстве, угольной и нефтяной промышленности, в дорожном промышленном строительстве, некоторых других отраслях машины и механизмы работают в особо тяжелых условиях, вследствие контакта с почвой, большой запыленностью воздуха, трудностей регулярного и полноценного ухода за машинами и ряда других объективных причин. Ежегодно третья часть тракторов (за исключением новых) проходят капитальный ремонт, а две трети - текущий. Трудоемкость ежесменного технического ухода за пахотным или посевным агрегатом составляет 15...20% времени тракториста. Несмотря на большие расходы на ремонт, потери от простоев машин в сельском хозяйстве особенно велики, а простой из-за технических неисправностей одного трактора К-701 равноценен простою 5...6 тракторов типа "Беларусь".
По данным /55, с.5/, только регистрируемые простои сельхозмашин достигают на пахоте - 35%, а при уборке урожая - до 50% общего времени работы машин. По данным отчетов проф.Улицкого Е.Я. (ВИМ), простои сельскохозяйственной техники по техническим неисправностям достигают 40...50% рабочего времени смены. Отказы машин в период полевых работ дезорганизуют производство, нарушают оптимальные агротехнические сроки, ведут зачастую к снижению урожайности на 20...30%. Например, по данным И.Ганиева, при увеличении срока уборки хлопка в период полного созревания всего на один день - потери его возрастают на 15...20%.
Изложенное позволяет сделать вывод, что задачи повышения качества и межремонтного ресурса имеют для машин, работающих в сельском хозяйстве, особо важное значение, так как подъем этой отрасли должен быть осуществлен в кратчайшие сроки, а высокая надежность техники является для этого главным условием.
В настоящее время, в связи с истощением природных ресурсов, важнейшее значение приобретает экономия металла и энергетических материалов. Износ деталей, особенно для двигателей внутреннего сгорания, приводит к резкому росту расхода топлива (до 10... 12%) и смазочных материалов (до 4...6. Часовой расход топлива составляет соответственно для тракторов: T-I50K - 48 кг, К-700 А - 41 кг, K-70I - 56 кг. Можно оценить как велики суммарные потери горючего при износе деталей двигателей.
В стоимости ремонта машин,основная доля затрат приходится на приобретение запасных частей. Общие затраты на запасные части к различным машинам достигают в стране 15 млрд.руб. в год. Из указанного количества запасных частей, около четверти приходится на долю деталей, выпускаемых для тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин. В передовой статье газеты "Правда" указывалось: "При ремонте автомобилей ежегодно расходуется до 40 ь проката,планируемого на выпуск новых автомашин, при восстановлении тракторов - 47/с /2277.
По данным анализа специалистов HATИ Нисневича А.К. и Кап-лан В.Р. /131, с.61/ удельные стоимости и материалоемкость комплекта запасных чабїай: за нормативный срок службы наиболее массовых тракторов и двигателей составляют соответственно (в %% к цене и конструктивному весу изделия): 20...30 и 15...20 - для шасси колесных с.х. тракторов класса 0,9...1,4; 58...75 и 65...120 - для шасси с.х. гусеничных тракторов класса 3,0...4,0; 95...115 и 60...120 - для двигателей.
Исследование и разработка способов восстановления деталей контактной приваркой стальной ленты и проволоки
Регулируемые импульсы тока для целей сварки могут быть получены различивши способами. Большие технологические возможности регулирования параметров импульсов предоставляет конденсаторная сварка, предложенная видным советским ученым Г.И.Баббатом в 1934 г. (а.с. № 44614). В последние годы этот вид сварки развивался особенно быстро. Его главными преимуществами являются точное дозирование энергии импульсов, сравнительно небольшая потребляемая мощность при равномерной загрузке фаз, большая мгновенная мощность, возможность регулирования параметров импульсов в весьма широких пределах и др. Однако этот вид сварки развивался применительно к задачам радиотехнической промышленности. В мировой практике отсутствовали примеры создания технологических процессов и оборудования для приварки этим способом покрытий с целью создания биметаллических деталей, их восстановления или упрочнения. Практически отсутствовали также (в период начала автором работы) какие-либо исследования о применении импульсов переменного тока для решения указанных выше задач.
Следует отметить, что исследования по приварке к деталям стальной ленты достаточно полно освещены в более чем 50 опубликованных работах автора, широко внедрены в производство, поэтому в данном разделе диссертации изложены лишь основные положения и обобщающие материалы.
Исследования процесса конденсаторной приварки осуществляли в три этапа с изучением различных областей по величине напряжения и емкости. На первом этапе область экспериментов ограничивали возможности имевшегося оборудования (с учетом его модернизации), и цель работы заключалась в принципиальной оценке осуществимости и перспективности нового способа. Приварку вели отдельными точками при напряжении до 600 В и емкости до 1000 мкф.
На втором этапе были созданы специальные шовные конденсаторные машины, работавшие при напряжении до 2100 В, и емкости до 1200 мк(р. Зто позволило полностью оценить перспективность, технологические возможности и производительность способа.
На третьем этапе были созданы принципиально новые установки, работавшие при напряжении до 400 В и емкости до 14000 мк , которые прошли опытное внедрение. Сложность конструкции и особенно дефицитность комплектующих изделий препятствовали серийному производству созданных установок и способствовали опережающему применению машин переменного тока. Однако важные преимущества конденсаторной сварки,особенно энергетические и технологические, позволяют утверждать, что вскоре она получит широкое применение для нанесения покрытий.
Покрытие формируется чаще всего в результате сплошной приварки материала импульсами тока ко всей поверхности, то есть перекрывающимися точками, образующимися при прохождении единичного импульса тока. Главными факторами, влияющими на образование сварного соединения, являются количество энергии, накопленной в конденсаторах, продолжительность импульса (время выделения энергии), усилие прижатия ленты к детали (давление на электроды), величина переходных сопротивлений. Изучение процесса с помощью осциллог рафирования позволило установить значения продолжительности импульсов ( О и максимальное значение амплитуды тока {От ) в зависимости от величины емкости и коэффициента трансформации ( Кг) для случая приварки ленты толщиной 0,3 ми из стали 10 (табл.5).
Перспективы создания несменяемых деталей путем использования для покрытий материалов,обеспечивающих многократное увеличение износостойкости при абразивном и других видах изнашивания
Ранее (гл.1) было показано, что абразивное изнашивание является главным, ведущим видом изнашивания абсолютного большинства деталей сельскохозяйственных машин. За последние годы достигнуты бвлыние успехи в изучении абразивного изнашивания различных материалов, создающие реальную основу для разработки эффективных путей борьбы с ним, резкого увеличения износостойкости деталей, принципиально нового подхода к созданию машин и их ремонту.
При изучении особенностей и механизма абразивного изнашивания крупные советские и зарубежные ученые столкнулись с явлением резкого возрастания относительной износостойкости материалов в случае приближения их твердости к твердости абразивных частиц. Это явление наиболее полно изучено в работах В.Н.Кащеева, М.М. Тененбаума, В?Н.Ткачева, С.П.Козырева, В.С.Попова, М.М.Хрущева и М.А.Бабичева, Ю.А.Юзвенко, а также зарубежных ученых - Веллин-гера, Уэтца, Штауффера и др.
В исследованиях В.Н.Ткачева дана следующая формула для оценки износостойкости сплава в абразивной среде /201, c.IOIJ: где Є - относительная износостойкость сплава; 6 - коэффициент, зависящий от интенсивности износа; \іс- макротвердость сплава; Г) - показатель степени, зависящий от соотношения значений твердости абразивных зерен и сплава, В.Н.Ткачев считает также необходимым введение коэффициента динамичности нагрузки, учитывающий вероятность хрупкого разрушения сплава.
М.М.Хрущев и М.А.Бабичев считают /21Ц], что (рис.103) для условий абразивного и гидроабразивного изнашивания, в зависимости от соотношения твердостей абразива (На) и материала (Нм) имеются три характерные области, определяемых условиями изнашивания. В области ТТТ На значительно выше Нм. В этой области ( у ) и относительная износостойкость ( ) постоянны и не зависят от соот ношения твердостей. В области ТТ", по мере сближения На и Нм величина износа материала уменьшается до нуля и соответственно его износостойкость возрастает до бесконечности. В области I, когда Нм На "абразивного изнашивания практически почти не будет происходить" . По данным исследований, в механизме абразивного изнашивания преобладают процессы резания и царапания, а также, по данным И.В.Крагельского, пластического передеформирования и разрушения в результате непрерывно повторяющихся ударов абразивных зерен. При этом в зависимости от характера взаимодействия, износостойкость при микрорезании зависит от соотношения твердостей, при упругом контакте - от модуля упругости, при пластическом контакте - от относительного удлинения при разрыве и от твердости. Очевидно, что абразивные зерна не могут резать и царапать материал с более высокой твердостью, чем сами зерна. В работе С.Л. Наумова /Ї27/ показано, что при твердости кварцевой частицы менее 1,05 твердости сжимающей ее пластины кварцевая частица разрушается, не оставляя на пластине никаких следов внедрения.
Следовательно, абразивный износ в его обычном виде не может протекать при определенном соотношении твердостей, механизм процесса изнашивания коренным образом меняется и соответственно резко уменьшается интенсивность износа. Безусловно, механизм процесса абразивного изнашивания несравненно сложнее,нежели изложенная схема. Он включает и накопление напряжений от ударов абразивными зернами поверхностного слоя, и перемещение металла, и структурные его изменения. Однако, описанная выше закономерность в целом подтверждается работами, выполненными за рубежом. В проспекте фирмы 5 /INDWIKH исследованиях /236/ приведены весьма близкие данные, характеризующие (рис.104) износостойкость сталей и твердых сплавов в зависимости от их твердости.
Эвристическая модель способа нанесения покрытий, армированных спеченными порошковыми твердыми сплавами
Однако продолжительность использования машин одной конструкции, одной марки - значительно больше. Имеется в виду продолжительность применения машин одной модели, одной марки в народном хозяйстве от начала их выпуска до полного их списания, то есть полного прекращения применения. Анализ показывает, что наибольшее количество тракторов данной модели накапливается к периоду снятия модели с производства -примерно через 10...15 лет после начала выпуска данной модели. Надо иметь в виду, что тракторы последних лет выпуска будут работать в народном хозяйстве еще полный амортизационный срок. По данным анализа статистической отчетности о наличии тракторов, представляется возможным установить, что, например, тракторы ДТ-54 применяли в общей сложности в течение 26 лет,тракторы марок ДТ-75, МТЗ-50, Т-ЮО применяют уже 15...20 лет и они будут применяться еще несколько лет.
Почему же тракторы данной модели, но первых лет выпуска не могли использоваться до конца применения модели? Безусловно, могли, если бы тракторы имели основные дорогостоящие детали и элементы, распчитанные на весь этот период, то есть не требующие за это время замены или серьезных затрат труда.
Таким образом, продолжительность применения машин данной марки в народном хозяйстве значительно превышает полный срок службы конкретных машин до их списания, то есть: ГвпМ (35) где: (V) - продолжительность использования данной марки машин; Т - полный срок службы машины данной марки (принятый срок амортизации); П - коэффициент.
Коэффициент П является характеристикой технического совершенства машин. В настоящее время коэффициент д равен, в среднем, 0,4. По мере совершенствования конструкции машин и технологии их производства, коэффициент П будет увеличиваться при сохранении величины М примерно на одном уровне. Предположение о сохранении величины М на одном уровне (а если уменьшении, то незначительном) основывается на прогнозах экологического характера и учитывает также трудности и издержки перестройки массового производства на выпуск новых моделей машин. Непрерывное истощение природных ресурсов выдвигает требования более полного использования уже созданных машин, которые в противном случае будут переплавлены с невосполнимыми потерями металла, с огромным неоправданным расходом топлива, воды, кислорода, живого труда, с загрузкой транспорта, выбросом в атмосферу вредных веществ и т.п. В настоящее время ряд стран, в частности фирма "Порше" (ФРГ),решают задачу создания автомобилей, рассчитанных на срок службы - 20 лет без капитального ремонта, то есть с очень долговечными основными деталями (см."Правда" от 2.07.1977, № I83/2I5I8). Расчеты, проведенные фирмой совместно с институтами, показали, что применение такик машин принесло бы экономию по материалам - 55%, если за основу брать железо, а также экономию по энергии - 5%. Затраты на производство таких автомобилей выше на 20...30%. Особо подчеркнем, что по этим оценкам переход на выпуск такой модели не потребует "большой ломки" в промышленности.
Таким образом, создание "несменяемых" (по основным рабочим поверхностям) деталей, задача своевременная, имеющая важное народнохозяйственное значение. С этих позиций в перспективе целесообразный срок службы деталей определяется продолжительностью использования определенной марки машин:
Отметим, что практика подтверждает весьма длительное использование ряда автотракторных деталей в условиях обезличенного ремонта машин. По данным исследований Агазамова С.А., Ильякова В.И. и др., срок службы автотракторных блоков, задних мостов, картеров, сцеплений и др. достигает 20...25 лет. Соответственно задача заключается в том, чтобы для наибольшего количества деталей в машине было достигнуто условие (Щ).
Сказанное подтверждается также опытом ряда стран, например, США, где средний возраст тракторов около 12 лет, а максимальный -до 30...35 лет, а также очень старый станочный парк. Как известно, оба указанных обстоятельства не оказывают решающего влияния в этой стране ни на объем продукции, ни на ее качество и конкурентноспособность на внешнем рынве.
