Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Одним из основных направлений раз? вития науки и техники в современных условиях является разработка новых технологических процессов восстановления деталей автомобилей, тракторов л сельскохозяйственных машин, обеспечивающих снижение трудоемкости, расхода дорогостоящих материалов и энергозатрат процесса ремонта при повышении его производительности с гарантией высоких показателей надежности отремонтированных изделий. Особенно актуально это направление для Республики Беларусь в связи с развитой в ней сетью ремонтных предприятий, необходимостью повышения послеремонтного ресурса восстановленных деталей и ограниченностью сырьевых ресурсов.
Согласно экономической стратегии нашей Республики на 1996-2010 годы, утвержденных указом Президента Республики Беларусь №244 от 8 июня 1996 г., «...повышение конкурентоспособности продукции белорусских товаропроизводителей путем создания и развития производств, основанных на новых высоких технологиях..., является приоритетной задачей». Таким образом, тема диссертационной работы, направленной на улучшение качества восстанавливаемых деталей путем применения эффективной технологии активированной дуговой металлизации (АДМ), актуальна.
Необходимость исследований обусловлена также отсутствием научно обоснованных рекомендаций по использованию АДМ при восстановлении деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных.машин в ремонтном производстве Республики Беларусь.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Диссертационная работа проводилась в Белорусском государственном аграрном техническом университете (БАТУ) в рамках Плана научно-исследовательских работ университета на 1998-1999 пг, по Проблеме №5 «Технология ремонта сельскохозяйственной техники», утвержденной проректором по научной работе ВАТУ, д.т.н, Е.М. Зайцем 14 января 1998 г.
Цель и задачи исследования.
. Цель исследования — разработка технологических основ нанесения покрытий с повышенными физико-мехашічйскими свойствами активированной дуговой металлизацией для восстановления изношенных Поверхностей деталей.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
изучено состояния вопроса восстановления деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин способами наплавки и газотермическим напылением;
разработана методика иссле/юканпй;
- разработана физико-математическая модель газодинамических и тепло-
физических процессов взаимодействия гетерогенной струи с напыляемыми час
тицами при АДМ;
. - оптимизирована технология АДМ с учетом результатов моделирования и экспериментальных данных;
разработан способ повышения качества покрытий, полученных АДМ;
разработаны теоретические предпосылки выбора износостойкого и антифрикционного материала на основании результатов испытаний по определению адгезии смазки к покрытию и испытаний на изнашивание в условиях трения при граничной смазке;
.проанализировано качество восстановленных деталей с исследованием структуры, химического состава и физико-механических характеристик напыленных покрытий;
разработаны технологические рекомендации по восстановлению деталей способом АДМ;
проведены эксплуатационные испытания восстановленных АДМ деталей;
рассчитана экономическая эффективность восстановления деталей типа «вал» по разработанной технологии.
Объект и предмет исследования.
Объектом исследования является технология восстановления деталей АДМ.
Предметом исследования являются процессы формирования покрытия, наносимого способом АДМ.
Методология и методы проведенного исследования. При выполнении работы использованы фундаментальные физические представления, современный математический аппарат и вычислительная техника.
Для достижения поставленной цели в качестве специальных методов исследования применялось физико-математическое моделирование, методы регистрации параметров быстропротекающих процессов, методы металлографических исследований, методы испытаний материалов на изнашивание и прочность. Научная новизна и значимость полученных результатов.
Для оптимизации режимов напыления впервые разработана физико-математическая модель газодинамических и теплофизических процессов взаимодействия гетерогенной струи с напыляемыми частицами при АДМ. Она отличается от существующих моделей учетом аэродинамического нагрева частиц в процессе относительного движения в высокоскоростной струе, что позволило уменьшить расхождение модели с реальными процессами.
Предложен способ повышения качества наносимого покрытия воздействием на него вращающейся металлической щетки в процессе напыления, об'еспс-
чивающий уменьшение пористости и содержания оксидов, увеличение предела прочности при растяжении и микротвердости покрытия^
При разрабогке теоретических предпосылок выбора материала покрытия, работающего в условиях трения при граничной смазке, впервые предложено осуществлять его по величине адгезии смазки к покрытию как приоритетному показателю работоспособности трибосолряжений.
Усовершенствован прибор для измерения скорости потока светящихся частиц путем автоматизации процесса снятия показаний и их обработке за счет замены визуального наблюдения введением датчика и компьютерного управления. .
Практическая (экономическая, социальная) значимость полученных результатов.
Разработанный технологический процесс восстановления деталей типа «вал» автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин активированной дуговой металлизацией на основе рекомендаций, изложенных в диссертации, позволяет по сравнению с электродуговой металлизацией (ЭДМ) повысить срок службы реставрированной детали в 1,3-1,4 раза и снизить расход материальных ресурсов в 1,3-1,4. Внедрение технологического режима нанесения покрытий АДМ при восстановлении деталей типа «вал» позволило повысить прочность сцепления покрытия с основным материалом в 1,4 раза, а микротвердость покрытия в 1,2 раза.
Для компьютерной реализации моделирования АДМ разработанная программа позволяет рассчитывать на ЭВМ параметры гетерогенной струи и напыляемых часгиц при нанесении покрытия. Технологические рекомендации по восстановлению деталей способом АДМ и программа расчета на ЭВМ параметров оптимального режима напыления могут быть использованы ремонтными предприятиями.
Методика выбора материала для нанесения антифрикционного и износостойкого покрытия для работы в условиях трения при граничной смазке внедрена в Научно-исследовательском институте порошковой металлургии, позволила сократить расходы на проведение испытаний новых материалов по сравнению с методикой испытаний материалов на изнашивание. Методику рекомендуется использовать в научно-исследовательских лабораториях вместо методики испытаний материалов на изнашивание.
Разработанный способ повышения качества покрытия позволяет повысить его физико-механические свойства и может быть использован для повышения качества любых покрытий, наносимых газотермическими способами.
Усовершенствованный прибор для измерения скорости потока светящихся часгиц позволяег повысить точность, скорость н обеспечить дистанциошюсть измерений. Прибор рекомендуекя использовать в научно-исследовательских ла-
4 боратариях, нуждающихся в измерениях скоростей летящих частиц, излучающих свет или способных его отражать. Компьютерное управление прибором позволяют использовать его в автоматическом комплексе по контролю и управлению процессом нанесения покрытий на детали.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
-
Технологические рекомендации по восстановлению деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин АДМ, позволяющие по сравнению с ЭДМ повысить срок службы реставрированной детали и снизить расход материальных ресурсов.
-
Физико-математическая модель газодинамических и теплофизических процессов взаимодействия гетерогенной струи с напыляемыми частицами при АДМ, учитывающая аэродинамический нагрев частиц в процессе относигельно-го движения в высокоскоростной струе и позволяющая рассчитывать параметры струи и частицы с меньшим расхождением модели с реальными процессами.
-
Методика выбора материала для нанесения антифрикционного и износостойкого покрытия, позволяющая сократить расходы на проведение испытаний новых материалов.
-
Способ повышения качества покрытия путем обработки его в процессе напыления вращающейся металлической щеткой, позволяющий повысить физико-механические свойства покрытий.
Личный вклад соискателя.
Опубликованные по теме диссертации работы выполнены автором лично и в соавторстве. Основные результаты и положения диссертации получены и разработаны лично соискателем или при непосредственном его участии.
Апробация результатов диссеріацин. Результаты работы доложены и обсуждены на заседаниях кафедры «Ремонт машин» и совета Аїромеханического факультета БАТУ; научно-технических конференциях («Новые материалы и технологии в трибологии», г.Минск, 1-5 сентября 1997 г.; «Современные технологии в АПК», г.Минск, 22-24 октября 1997 г.; «Ресурсосберегающие технологии в сварочном производстве», г.Могилев, 14-15 мая 1998 г.; «Новые материалы и технологии», г.Минск, 21-22 мая 1998 г.; «Пленки и покрытия '98», г.СПб, 23-25 сентября 1998 г.; «Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники», г.Горки, 10-12 ноябри 1998 г.; «Современные направления развития производственных технологий и робототехника», г.Могилев, 22-23 апреля 1999 г.; «Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин», г.Новополоцк, 26-28 апреля 1999 г.; «Современные проблемы сельскохозяйственной механики», г.Минск, 26-27 мая 1999 г.; «Технологии ремонта машин, механизмов и оборудования» (Ремонт-"99), г. Алуипа, 25-27 мая 1999 г.; «Сварка. Технологии, оборудование, материалы,
5 родственные технологии», г.Рига, 3-4 июня 1999 г.); симпозиуме «Сварка и родственные технологии: проблемы и пути решения», г.Минск, 26-27 мая 1999 г.
Счтубликованность результатов. Опубликовано 3 статьи в научных журналах, 10 статей в материалах международных конференций, 1 статья депониро- ' пана, б тезисов докладов конференций. Общее количество опубликованных материалов составляет 67.страниц в 20 работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит ведение, общую характеристику работы, 5 глав,- список использованных источников, приложения. Полный объем диссертации составляет 194 страницы из них 98 страниц печатного текста, 59 рисунков занимают 47 страниц, 38 таблиц занимает 14 страниц, список из 191 использованного источника на 15 страницах, 7 приложений занимают 20 страниц.
