Содержание к диссертации
РЕФЕРАТ 2
СОДЕРЖАНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ ТРУДО- И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ НАПЛАВКОЙ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ II
1.1. Эффективность существующих методов восстановления валов автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин 12
1.2. Основные направления совершенствования технологии восстановления стальных валов 25
1.3. Оценка работоспособности восстановленных
валов 34
1.4. Выводы 44
2. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД РАЗРАБОТКИ ТЕХНО ЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ 47
2.1. Постановка и формализация общей задачи. • 47
2.2. Анализ факторных признаков и результативных показателей 59
2.3. Методы исследования факторных признаков и результативных показателей 71
2.4. Выводы 88
3. ИССЛБДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ СЛОЯ ПРИ НАПЛАВКЕ СТАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРОВ МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ 90
3.1. Методика исследования процесса наплавки 90
3.2. Область основных параметров технологии (область определения факторов) 96
3.3. Математические модели процессов наплавки. • 114
3.4. Расчетный метод оптимизации рехимов наплавки и анализ результатов исследования 134
3.5. Выводы 150
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯ НИЯ ВОССТАНОВЛЕННЫХ ВАЛОВ 153
4.1. Термический цикл и химический состав наплавленного металла 153
4.2. Механические свойства металла наплавленного слоя и зоны термического влияния 172
4.3. Напряженно-деформированное состояние восстановленных валов 201
4.4. Выводы 222
5. СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОССТАНОВЛЕННЫХ ВАЛОВ УСТАЛОСТИ И ИЗНОСУ 227
5.1. Методика исследования сопротивления усталости 227
5.2. Сопротивление восстановленных валов усталости 238
5.3. Методы повышения сопротивления восстановленных валов усталости 264
5.4. Расчетно-экспериментальный метод оценки пределов выносливости наплавленных валов • 287
5.5. Сопротивление восстановленных валов износу • 301
5.6. Выводы 316
6. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАЛОВ И РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ 320
6.1. Методика разработки квазиоптимальных технологий 320
6.2. Эксплуатационные испытания восстановленных валов 327
6.3. Производственная проверка и экономическая
эффективность результатов исследования 336
6.4« Выводы 352
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
ЛИТЕРАТУРА 3
Введение к работе
Планомерное развитие и укрепление материально-технической базы сельского хозяйства является важнейшим направлением современной аграрной политики КПСС /I/. Для решения Продовольственной программы СССР предусматривается развитие материально-технической базы агропромышленного комплекса. В этой связи планируется поставить сельскому хозяйству за десятилетие: 3740... 3780 тыс.тракторов, не менее 200 тыс.экскаваторов, 215 тыс. бульдозеров, 93 тыс.скреперов, 13 тыс.автогрейдеров, 1170 тыс. зерноуборочных комбайнов и другие сельскохозяйственные машины на сумму 67...70 млрд.рублей /2/.
В десятой пятилетке в сельском хозяйстве на ремонт машин и оборудования ежегодно расходовалось 7 млрд.рублей. Затраты на изготовление запасных частей превысили 3 млрд.руб., потребовалось свыше 4 млн.т металла и было занято более 1.5 млн производственных рабочих /182,212,259/. При сохранении существующего подхода к ремонту техники расходы на её восстановление возрастут к 1990 г. соответственно увеличению парка машин и составят 10.•• 15 млрд.руб., а численность ремонтных рабочих возрастет до 2,0... 2,5 млн человек /213,257/. Поэтому ХХУІ съезд КПСС и майский (1982 г.) Пленум ЦК КПСС поставили задачу дальнейшего развития и специализации ремонтно-обслуживающей базы, а также улучшения качества ремонта. Поддержание техники в постоянном работоспособном состоянии ежегодно требует большого количества сменных узлов, агрегатов и запасных частей. На их долю приходится 40...50J& стоимости ремонта и технического обслуживания машинно-тракторного парка /214/ Поэтому рациональное использование запасных частей является крупным резервом повышения технической готовности машин, снижения себестоимости их ремонта и технического обслуживания, экономии металла и других материалов. В этой связи в решениях ХХУІ съезда КПСС, майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС и ряде постановлений ЦК КПСС и СМ СССР уделено большое внимание проблеме восстановления изношенных деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин как средству повышения срока службы машин и экономного расходования народнохозяйственных ресурсов /3,4,5/. В соответствии с этим была разработана целевая программа ОЦ-044 на 1981 1985 годы и на период до 1990 года, предусматривающая создание и освоение прогрессивных технологических процессов и оборудования для восстановления изношенных деталей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин /6/. Госкомсельхозтехнике СССР поручено создать крупные специализированные предприятия по восстановлению деталей, оснащенные передовой технологией, значительно увеличить объемы восстановления и обеспечить ресурс отремонтированных деталей до 80% от ресурса новых /256/.
В настоящее время 60% затрат на ремонт составляет стоимость запасных частей /141,191,213,250,257,298/. Между тем ва-чественно восстановленная деталь дешевле аналогичной новой на 50...80% /212/. В этом случае существенная экономия средств достигается за счет рационального использования остаточной стоимости и значительного уменьшения расходов на материалы и энергию, которые у новых деталей составляют 22...86% всех затрат /213,254,302,335,360,368/. За последнее время восстановление изношенных деталей тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин стало одной из важнейших сторон деятельности ремонтных предприятий Госкомсельхозтехники СССР. В 1982 г. объем восстановления изношенных деталей увеличился по сравнению с 1965 г. почти в 7 раз и достиг 456 млн.рублей, что составило свыше 16% от объема поставок народному хозяйству новых запасных частей. Действуют 1800 специализированных цехов и участков и НО поточно-механизированных линий по восстановлению деталей /255/. Это позволило съэкономить 850 тыс. т металла и 160 млн руб. В 1985г. объем восстановления деталей должен быть доведен до 514 млн руб. /214/. Вместе с тем эксплуатационная долговечность восстановленных деталей остается низкой и составляет 30...60% от новых /256,290,296,304,314/. Повышение эффективности восстановления изношенных деталей является важной комплексной народнохозяйственной проблемой, которая наряду с решением экономических и организационных вопросов требует создания системного подхода к разработке трудо- и ресурсосберегающих технологий.
Одну из главных групп изношенных деталей, которые в настоящее время массово восстаналиваются, составляют валы различных машин и механизмов. Из имеющегося многообразия способов наибольшее использование в ремонтном производстве получила наплавка, которая обеспечивает более 70% объема восстановления /141,212/. По данным ИЭС им.Е.О.Патона /101/ в десятой пятилетке в стране наплавлено более 36 тыс.т металла, 28,6% из которого реализовано в Министерстве черной металлургии и предприятиях Госкомсель-хозтехники СССР. Наплавка получила широкое распространение благодаря простоте технологического процесса и возможности создавать биметаллические детали, у которых поверхностный слой может обладать особыми физико-механическими характеристиками /194,195, 247,249,285,291,350/. Применение её в наибольшей мере отвечает принципам организации централизованного восстановления изношенных деталей на специализированных предприятиях и повышения качества ремонта на основе передовой технологии, т.е. задачам, поставленным перед наукой и производством партией и правительством. Между тем, принятые в практике подходы к разработке технологии дуговой наплавки валов не учитывают многообразия факторов, определяющих качество и ресурс изделий, а также материальных затрат, связанных с последующей обработкой /192,315,336,377,383/. Поэтому весьма важным и актуальным является создание расчетных методов разработки трудо- и ресурсосберегающих технологий восстановления деталей с учетом условий их эксплуатации /192/. Такой подход позволит обеспечить нормативный ресурс при одновременном повышении производительности труда за счет оптимизации процесса наплавки и последующей обработки. При исследовании проблемы восстановления валон дуговой наплавкой в диссертации показано, что важным фактором повышения эффективности восстановления деталей может явиться создание расчетного метода оптимизации технологии. Разработаны математические модели наплавки стальных цилиндров малых диаметров и на этой основе создан расчетный метод оптимизации режимов наплавки. Рассмотрены закономерности образования напряженно-деформированного состояния и механических свойств и особенности их влияния на работоспособность восстановленных валов. Показано, что их ресурс в отличие от новых лимитируется сопротивлением усталости, которое определяется концентрацией напряжений, а также величиной и знаком остаточных напряжений. Для наплавки многоопорных валов, работающих в условиях переменного динамического нагружения и интенсивного изнашивания, разработаны перспективные методы и создано специальное оборудование, обеспечивающее снижение остаточных деформаций и повышение износостойкости и циклической долговечности. Практика эксплуатации восстановленных валов свидетельствует о высокой эффективности промышленного использования технологий, разработанных расчетным методом. На защиту выносятся научные результаты и положения:
- метод расчетного проектирования оптимальных технологий восстановления дуговой наплавкой стальных валов малого диаметра; математические модели, отражающие зависимость результативных показателей процесса наплавки от технологии; расчетный метод определения оптимальных режимов наплавки от технологии; расчетный метод определения оптимальных режимов наплавки по критериям формирования наплавленного слоя и экономическим показателям техно-логии, а также полученные с помощью этого метода области режимов для стандартных наплавочных материалов;
- закономерности влияния технологии восстановления валов на их сопротивление усталости; метод расчетной оценки пределов выносливости наплавленных валов; закономерности влияния напряженно-деформированного состояния на работоспособность валов, восстановленных посредством наплавки; усовершенствованный метод расчета остаточных напряжений первого рода в валах с анизотропными свойствами; новая методика расчетной оценки пластичности металла по экспериментальным данным ударной вязкости и твердости;
- перспективные методы наплавки многоопорных валов, работающих в условиях динамического напряжения при одновременном изнашивании шеек.
В качестве исходных предпосылок теоретических исследований использованы научные идеи, содержащиеся в трудах А.Б.Дениса, О.А.Бакши, В.А.Винокурова, Г.А.Николаева, Б.И.Медовара, В.И. Махненко, Б.Е.Патова, Ё.О.Патона, И.Р.Пацкевича, В.В.Подгаецко-го, Н.Н.Рыкалина, В.И.Труфякова, И.И.Фрумина, Ю.А.Юзвенко и других признанных отечественных и зарубежных специалистов в области теории сварочных процессов, прочности сварных конструкций и теории дуговой наплавки, а также результаты работ Д.Г.Вадивасо-ва, В.М.Кряжкова, И.С.Левитского, И.И.Луневского, Б.А.Наливкина, А.В.Поляченко, И.Б.Ульмана, В.И.Черноиванова, В.А.Шадричева и других ведущих специалистов в области ремонта машин.
Работа выполнена в Институте электросварки им.Е.О.Патона, Курском политехническом институте и Саратовском институте механизации сельского хозяйства им.М.И.Калинина.
Научным консультантом является Лауреат Государственной премии СССР, д.т.н., профессор й.И.Фрумин - руководитель отдела физико-металлургических процессов наплавки ИЭС им.Е.О.Патона.
