Содержание к диссертации
Введение
Глава 1Состояние вопроса восстановления вкладышей подшипников кольжения коленчатых валов судовых дизелей 9
1,1 Анализ надежности тонкостенных вкладышей подшипников кольжения судовых дизелей 9
1,2 Сравнительная оценка свойств покрытий, нанесенных различными способами 16
1,3 Состояние вопроса проектирования технологических процессов восстановления деталей 3 5
1,4 Использование современных САПР 39
1,5 Выводы и постановка задачи исследования 45
Глава 2 Методики проведения исследований 47
2,1 Методика получения зависимостей методом множественной егрессии 47
2,2 Методика исследования адгезионной и когезионной прочности апыленных покрытий 55
2,3 Определение триботехнических свойств материалов 56
2,4 Методики металлографических и структурных исследований 59
Глава 3 Технологическое управление параметрами антифрикционного слоя кладышей подшипников при плазменном напылении 60
3,1 Методика проектирования технологического процесса осстановления вкладышей подшипников 60
3,2 Обоснование выбора материалов для антифрикционных покрытий вкладышей подшипников 64
3,3 Выбор способа нанесения антифрикционного слоя на вкладыши одшипников судовых дизелей 73
3,4 Оптимизация технологии плазменного напыления на вкладыши подшипников 74
Глава 4 Проектирование технологического процесса восстановления вкладышей подшипников дизелей 89
4,1 Этапы проектирования технологического процесса восстановления вкладыша подшипника плазменным напылением 89
4,2 Методика расчета толщины покрытия 90
4,3 Выбор оборудования и параметров режима напыления 95
4,4 Технологический процесс восстановления вкладышей подшипников плазменным напылением 103
4,5 Прогнозирование надежности вкладышей подшипников 107
Заключение 109
Список литературы 111
Приложение А 125
- Сравнительная оценка свойств покрытий, нанесенных различными способами
- Методика исследования адгезионной и когезионной прочности апыленных покрытий
- Обоснование выбора материалов для антифрикционных покрытий вкладышей подшипников
- Выбор оборудования и параметров режима напыления
Введение к работе
Эффективность и качество ремонта во многом предопределяются технологической и информационной подготовкой ремонтного производства, важным этапом которой является проектирование технологических процессов восстановления деталей. Проектирование процессов восстановления занимает немало времени и включает изучение исходного состояния объектов ремонтного производства, дефектов, встречающихся на деталях, и законов их распределения, систематизацию и анализ возможных способов устранения отдельных дефектов, анализ технологической взаимосвязи сочетания дефектов со способами их устранения, определение объема ремонтных работ, выбор средств технического оснащения, оборудования, приспособлений, обрабатывающего и мерительного инструмента, выбор режимов обработки, а также разработку технической документации на процесс восстановления деталей [8, 18, 19, 22, 36-41, 52-56, 60, 82,96,101,102,109,117 и др.].
Для обоснованного выбора технологии восстановления детали необходимо знание закономерностей изменения ее поверхностного слоя, что позволяет минимизировать толщину наносимого или упрочняемого при этом поверхностного слоя, снизить трудоемкость и себестоимость процесса. На эксплуатационные свойства детали влияют как физико-механические свойства материала поверхностного слоя (твердость, степень упрочнения, остаточные напряжения, пределы прочности и выносливости и другие), так и геометрические показатели поверхности (размерная точность, отклонения формы, волнистость, шероховатость и др.)
При восстановлении заготовкой», как правило, является деталь с изношенной одной или несколькими поверхностями, поэтому для ее восстановления обычно приходится наращивать слои материала. При восстановлении формы и размера детали нередко возникает ситуация (особенно в условиях ресурсных ограничений), при которых необходимо решить вопрос о заменяемости материалов.
Большое значение имеет увеличение ресурса современных судовых двигателей внутреннего сгорания.
Одним из узлов двигателя, определяющим срок службы до заводского ремонта, является «коленчатый вал - подшипник скольжения» [71, 79-82 и др.].
В настоящее время служебным свойствам материалов для подшипников скольжения придается большое значение, т.к. в конечном итоге они определяют надежность работы любого двигателя.
Антифрикционный слой вкладыша подшипника дизеля при эксплуатации подвергается наиболее сильному механическому, тепловому, коррозионному и другим воздействиям. Отказ вкладыша и необходимость в его замене возникает в большинстве случаев из-за разрушения ее поверхностного слоя вследствие механического, гидроэрозионного, коррозионного и других видов изнашивания, а так же при возникновении усталостных трещин на поверхности трения. Поэтому обеспечение заданной надежности вкладыша в большинстве случаев сводится к нахождению диапазона оптимальных свойств антифрикционного слоя на основе опыта или исследований и получению их различными технологическими методами [41, 68, 70, 88, 89,91,95,97,100,104, 116].
Среди методов восстановления значительное место занимают ресурсосберегающие технологии нанесения покрытий, в первую очередь наплавка, напыление и гальванотехника, позволяющие получать покрытия со свойствами, существенно отличающимися от свойств металла детали [89, 89, 98, 101, 103]. Новое качество поверхности восстановленной детали, в свою очередь, может влиять на ресурс механизма, в который она входит.
Вкладыши подшипников работают в сложнонапряженных условиях. Работоспособность антифрикционного слоя зависит от свойств материала антифрикционного слоя, конструкции подшипников, а также от эксплуатационных характеристик — скорости вращения вала, удельного давления, температуры, вибрационных нагрузок, наличия и характеристик смазочного масла.
Основными видами отказов тонкостенных вкладышей подшипников СОД являются: износ антифрикционного слоя, задиры и потеря натяга. Анализ технического состояния заменяемых вкладышей рамовых и мотылевых подшипников главных и вспомогательных дизелей показывает, что в 90 % случаев при-
чинами их отказов являются различные виды изнашивания антифрикционных слоев: абразивное, гидроэрозионное, усталостное и др. Кроме износа, который возникает в результате трения, антифрикционный слой разрушается под воздействием знакопеременных циклических нагрузок, кавитационного воздействия масла [16?, 73, 76, 78 ].
В настоящее время применяются различные группы антифрикционных материалов для рабочего слоя вкладышей подшипников, а также способы их нанесения, поэтому целесообразно провести сравнительный анализ их преимуществ и недостатков на основе рассмотрения триботехнических и механических свойств материалов.
Во всех случаях необходимо стремиться получить минимальный суммарный износ пары трения при минимальном износе сопряженной детали (вала), так как замена вкладыша обходится намного дешевле, чем восстановление вала. При этом следует выбирать материал с учетом его усталостной прочности. Известно, что напыленные материалы обладают более высокой усталостной прочностью и износостойкостью. Поэтому для восстановления вкладышей перспективен плазменный способ нанесения антифрикционных материалов[90].
Возрастающий объем информации по применению в судоремонте различных методов нанесения покрытий (наплавки, напыления, гальванопокрытий), их технологических особенностей; использованию различных групп материалов (металлы, сплавы, композитные материалы, различные механические смеси материалов и т. д.), а также большое количество конструктивных особенной вкладышей различных типов дизелей предполагают прежде всего систематизацию и упорядочение информационной среды [35,72,74,115].
При решении проблемы систематизации и упорядочения информационной среды, затраты и потери могут быть значительно уменьшены. Это решение возможно осуществить путем совершенствования ремонтного производства, внедрения новых технологий восстановления деталей, автоматизации проектирования и совершенствования организации технологии ремонтного производства.
Переход от традиционных методов разработки технологических процессов восстановления деталей к автоматизированным методам проектирования позволит повысить качество, снизить материальные затраты, сократить сроки проектирования, повысить производительность труда инженеров-технологов, занятых разработкой технологических процессов, а также оперативно разрабатывать технологии, оптимальные по затратам и гарантирующие требуемый ресурс для условий эксплуатации конкретной детали машины или механизма [ 1, 2,4,34,49,92,99,107].
Выполнение настоящей диссертационной работы связано с планом научно-исследовательских работ Морского государственного университета им. адм. Г.И. Невельского.
Цель работы
Повышение ресурса подшипников скольжения судовых дизелей путем разработки формализованного метода проектирования технологического процесса восстановления вкладышей подшипников на основе исследования влияния основных технологических параметров плазменного напыления на триботехниче-ские и механические свойства антифрикционного покрытия.
Научная новизна работы.
Получены математические зависимости влияния режима плазменного напыления на триботехнические и механические свойства антифрикционного покрытия на алюминиевой основе.
Разработан способ получения антифрикционного покрытия на тонкостенные стальные вкладыши послойным плазменным напылением с раздельной подачей материалов, который позволил получить новые свойства антифрикционного покрытия.
Разработан алгоритм формирования свойств антифрикционных покрытий в процессе восстановления вкладышей подшипников.
Разработана методика упрощенного расчета толщины покрытия.
Практическая ценность и реализация работы
Партия восстановленных вкладышей подшипников коленчатого вала установлена на рефрежераторной установке ASW56-8-P-22-BC ПУС «Надежда» и имеет безотказную наработку свыше 7,5 тыс. ч.
Разработанные методика, алгоритмы и информационное обеспечение проектирования технологического процесса восстановления вкладышей подшипников реализованы в системе проектирования технологических процессов TechCard (НІШ «ИНТЕРМЕХ», г. Минск, Республика Беларусь).
Разработаны методические указания по проведению практических занятий по дисциплине «Технологические методы восстановления и повышения износостойкости деталей машин».
Разработаны номограммы для определения угла наклона плазмотрона в зависимости от геометрических размеров вкладышей подшипников дизелей.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на: Пятой международной научно-практической конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (октябрь 2003 г.); Дальневосточном региональном научном молодежном фестивале «Наука и молодежь - развитию морской отрасли» (ноябрь 2003 г.); Региональной научно-практической конференции «Море -2003» (ноябрь 2003 г.); конференциях «Меграбовские чтения» (март 2004,2005 г.г.)
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 статьях и в одном описании изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 127 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 135 наименований и 4 приложения. Работа содержит 10 таблиц и 26 рисунков.
Сравнительная оценка свойств покрытий, нанесенных различными способами
В настоящее время применяются различные группы антифрикционных материалов и их композиции для рабочего слоя вкладышей подшипников, а также способы их нанесения, поэтому целесообразно провести сравнительный анализ их преимуществ и недостатков на основе рассмотрения триботехнических и механических свойств материалов.
Несущая способность материалов и подшипников — способность материала или подшипника в целом воспринимать и выдерживать циклическую нагрузку без появления остаточной деформации и разрушения в течение всего периода эксплуатации. Несущая способность определяется характеристиками твердости и усталостной прочности материала или композиции материалов. Из подшипниковых материалов наименьшие значения предела прочности на сжатие и твердости имеют свинцово-оловянно-медные сплавы, нанесенные гальваническим способом, а наибольшие — бронзы. Алюминиевые сплавы занимают промежуточное положение. Когда эти материалы сведены в композицию, значения твердости композиции будут отличаться от значений твердости «чистого» материала, а именно: с уменьшением толщины верхнего слоя его твердость повышается. Однако следует помнить, что этот эффект проявляется только тогда, когда твердость материала нижележащего слоя существенно выше твердости материала верхнего слоя. На рисунке 1.4 показано влияние толщины слоя баббита на долговечность вкладыша, определяемую в конечном счете усталостной прочностью (экспериментальные данные фирмы «Glyco»). На рисунке 1.5 приведена предельно-допустимая нагрузка на вкладыши с гальваническим свинцово-оловянно-медным слоем в зависимости от его толщины (по данным фирмы «Zollern») [62]. Рисунок 1Л - Зависимость долговечности баббитового слоя от его толщины
Несущая способность подшипника может быть определена численным значением максимально допустимой нагрузки на него. В таблице 1.2 приведены ее значения для ряда композиций фирмы «Zollern». Рт,МПя
Расчетное максимальное давление смазочного слоя дано на основе предела выносливости подшипникового материала (рисунок 1.6). Биметаллические вкладыши с напыленным слоем сплава АО20 имеют наибольшую величину предельного давления, следовательно, этот тип вкладышей может эксплуатироваться значительно дольше по времени по сравнению с другими типами вкладышей. Кроме того, напыленные вкладыши обладают наибольшей износостойкостью.
Напыленные вкладыши позволяют их эксплуатировать с минимальной толщиной смазочного слоя значительно меньшей, чем вкладыши с гальваническими антифрикционными слоями (рисунок 1.7). Вкладыши типа «Rillenlager» занимают промежуточное положение между напыленными и гладкими вкладышами, т. е. вкладыши «Rillenlagen из всех рассмотренных трехслойных конструкций вкладышей обладают лучшей износостойкостью и долговечностью.
Под действием динамических нагрузок в подшипниках судовых двигателей происходят деформации, которые иногда соизмеримы с диаметральным зазором. Антифрикционный материал испытывает напряженное состояние, составляющие которого изменяются во времени по сложным законам. При этом после определенного числа циклов наступает разрушение антифрикционного материала, связанное с появлением усталостных трещин. Поэтому при выборе материалов для вкладышей необходимо учитывать как триботехнические характеристики, так и величины предела выносливости при заданном числе циклов.
Для определения предела выносливости антифрикционных слоев, нанесенных методами газотермического напыления, были проведены усталостные испытания. Известно также, что пористость напыленных покрытий снижает усталостную прочность, однако с увеличением пористости повышается износостойкость. Поэтому необходимо знать граничные условия величины пористости для получения оптимального сочетания фрикционных и прочностных свойств напыленных покрытий.
/Для определения характера разрушения антифрикционных слоев, нанесенных методом газотермического напыления, были проведены исследования на установке СПП-1 в условиях динамических нагрузок и изменения скоростей скольжения по методике ЦНИДИ [130]. Нагрузку на испытываемую поверхность измеряли кварцевым датчиком. Температуру масла на выходе из подшипника измеряли с помощью хромель-копелевых термопар. Усталостную прочность определяли при пульсирующей нагрузке от 0 до 6 МПа. Температуру масла на входе поддерживали в диапазоне 50-60 С, на выходе из подшипника температура не превышала 70 С. Скорость скольжения вала составляла 12,1 м/с. Антифрикционный слой толщиной 0,8 мм напыляли на стальную основу вкладыша, внутренний диаметр которого 60 мм, ширина 30 мм. Твердость шейки вала из стали 45 составляла 45 HRC.
Методика исследования адгезионной и когезионной прочности апыленных покрытий
Определение когезионной и адгезионной прочности проводили в условиях статического нагружения на разрывной машине УММ-5. Образцы для напыления изготавливали из стали марки СтЗ ГОСТ 380-94. Напыление проводили под углом струи от 90 до 30 к поверхности образца. После напыления слоя толщиной 0.8 мм производили его механическую обработку со снятием слоя 0.1 мм.
Когезионную и адгезионную прочность определяли как среднее из пяти измерений. Конструкция образца для испытания и схема испытания показана на рисунке 2.1. Толщина покрытия берется примерно 0,8 мм для повышения точности результатов испытаний.
Основной целью проведения триботехнических испытаний является оценка фрикционной совместимости конструкционных и смазочных материалов, используемых или планируемых к использованию в узлах трения. Совместимость оценивали по трибостойкости узла, т. е. способности данного сочетания материалов обеспечивать при стационарном и переходных режимах работы приемлемо малые и стабильные значения сил трения, интенсивности изнашивания и вероятности заедания в заданном диапазоне рабочих давлений, скоростей и температур, а также обеспечивать посредством приработки возможно большее увеличение этого диапазона за возможно более короткое время.
При стационарном режиме работы большинство узлов эксплуатируются в условиях трения при гидродинамической смазке, поэтому свойства материалов сопряженных поверхностей оказывают незначительное влияние на их износ. Основной износ пары трения и, соответственно, основное влияние триботехнических свойств материалов трибоузла на его трибостойкость (износостойкость) наблюдается при переходных режимах, обусловленных повторными пусками и ступенчатым изменением нагрузки, когда трение осуществляется, как правило, при граничной смазке. Поэтому наиболее часто проводят сравнительные испытания материалов или покрытий на износостойкость, которые осуществляют в условиях трения при граничной смазке, которая обеспечивается при капельной подаче смазки в зону трения (5-6 капель в минуту). В процессе испытаний фиксировались следующие параметры: интенсивность (величину) изнашивания, си лу (коэффициент) трения и температуру фрикционного разогрева. Схема испытаний приведена на рисунке 2.2. Для проведения испытаний на фрикционную совместимость использовались установки 20168 УМТ и СМЦ-2. Для сравнительной оценки совместимости безотносительно к конструкции узла трения проводились испытания на образцах в соответствии с рисунком 2.3 и при скорости скольжения 0,5 м-с !.
Испытания для определения нагрузки схватывания проводились в следующей последовательности. После приработки образца в течение 0,5-1,0 ч устанавливается нормальная нагрузка на образцы в пределах 90-100 Н, затем увеличивается нормальная нагрузка со ступенью 100 Н через каждые 5-300 с до появления признаков схватывания (кратковременное резкое увеличение момента силы трения) или задира (резкое увеличение момента силы трения, возникновение шума и вибрации).
С помощью размерного способа находится изменение диаметра роликового образца из выражения: диаметры образца до и после испытаний (мкм).
Микрошлифы для исследования с помощью светового микроскопа готовили по стандартной методике. Тонкие образцы запрессовывали в пластическую массу или другую нейтральную по отношению к образцам среду с использованием металлических колец.
Полировали образцы на алмазных кругах, с целью одинакового воздействия на мягкую и твердую составляющую образцов. Для выявления микроструктуры были использованы реактивы, представленные в таблице 2.1.
Визуальное исследование структуры металлов и фотографирование проводили на световом микроскопе МИМ-10, измерение твердости структурных составляющих - на приборе ПМТ-3. Микротвердость определяли при нагрузке 0.981 Н и 0.49 Н в соответствии с требованиями ГОСТ 9450-76.Таблица 2.1.
При решении задачи проектирования технологии восстановления вкладышей следует учитывать влияние технологических решений, применяемых для одной детали сопряжения, на долговечность сопряженной детали и узла в целом, т. к. повышая надежность одной детали сопряжения, можно снизить долговечность сопряженной и узла в целом [51].
Ресурс детали, восстановленной нанесением покрытия, будет зависеть от структурно-механических параметров покрытия (технологии) и условий работы (эксплуатационных факторов) в составе механизма, а также от характера и степени влияния технологии нанесения покрытия на деталь в целом. Правильный выбор технологических решений, учитывающий изменение структурно-механических параметров детали в процессе эксплуатации, позволяет обеспечить требуемый ресурс детали при минимизации материальных и трудовых затрат на ее восстановление. При проектировании ТП восстановления необходимо учитывать, что вкладыши подшипников разных типов дизелей эксплуатируются в различных условиях и, соответственно, имеют различные виды доминирующего изнашивания или разрушения детали. Наиболее существенное влияние на выбор материала и технологии оказывают следующие факторы: максимальная удельная нагрузка и скорость скольжения шейки (блок 2.1).
Выбор материала для покрытия детали (блок 1.2) должен производиться после анализа причин отказов и доминирующего вида изнашивания или усталостного разрушения. Для восстановления вкладышей используется несколько методов нанесения покрытия. Выбор метода зависит от многих факторов: эксплуатационных, организационно-технологических (наличие оборудования; доступность материалов
Обоснование выбора материалов для антифрикционных покрытий вкладышей подшипников
Выбор материалов для пары трения является одним из наиболее сложных вопросов, как при проектировании двигателя, так и при его ремонте. Материалы должны обеспечить надежность подшипникового узла двигателя на установленный срок эксплуатации. Долговечность работы подшипникового узла обеспечивается прежде всего износостойкостью его составляющих деталей, т. к. при износе деталей изменяются их геометрия и зазоры и, как следствие этого, гидродинамические характеристики. Изменение этих характеристик может привести к образованию неблагоприятных режимов трения и повреждению поверхностей трения вкладышей и шеек валов из-за задира или усталостного выкрашивания антифрикционного слоя.
Антифрикционный слой вкладыша подшипника должен отвечать следующим требованиям: - выдерживать высокие удельные нагрузки и скорости скольжения; - обладать высокими триботехническими свойствами; - иметь хорошую способность к поглощению твердых частиц; - обладать достаточной прилегаемостью при трении и прирабатываемостью; - обладать температуростойкостью; - обладать работоспособностью в особо тяжелых условиях (граничной смазки); - материалы шейки и вкладыша должны быть совместимы. Из анализа требований, предъявляемым к антифрикционным материалам, видно, что эти требования противоречивы. Так, для обеспечения сопротивляемости пластической деформации и усталостным разрушениям антифрикционный материал должен обладать высокой прочностью и твердостью. Однако такой материал будет обладать пониженной прирабатываемостью и задиростой-костью и будет быстрее изнашивать сопряженные шейки коленчатых валов, чем мягкие пластичные материалы типа баббитов. В связи с этим задача выбора материалов пары сводится к нахождению оптимального сочетания основных свойств, обеспечивающих надежную работу дизеля.
Для обоснованного выбора материалов применительно к вкладышам подшипников судовых дизелей был проведен сравнительный анализ свойств материалов, традиционно применяемых для вкладышей подшипников и обладающих высокими триботехническими характеристиками и нанесенных различными способами.
Сравнительная оценка свойств антифрикционных материалов, нанесенных различными способами на вкладыши подшипников. В настоящее время применяются различные группы антифрикционных материалов для рабочего слоя вкладышей подшипников, а также способы их нанесения, поэтому целесообразно провести сравнительный анализ их преимуществ и недостатков на основе рассмотрения триботехнических и механических свойств материалов.
Под действием динамических нагрузок в подшипниках судовых двигателей происходят деформации, которые иногда соизмеримы с диаметральным зазором. Антифрикционный материал испытывает напряженное состояние, состав ляющие которого изменяются во времени по сложным законам. При этом после определенного числа циклов наступает разрушение антифрикционного материала, связанное с появлением усталостных трещин. Поэтому при выборе материалов для вкладышей необходимо учитывать как триботехнические характеристики, так и величины предела выносливости при заданном числе циклов. Известно также, что пористость напыленных покрытий снижает усталостную прочность, однако с увеличением пористости повышается износостойкость. Поэтому необходимо знать граничные условия величины пористости для получения оптимального сочетания фрикционных и прочностных свойств напыленных покрытий.
Для определения характера разрушения и долговечности антифрикционных слоев, нанесенных различными методами на вкладыши, В.Б. Хмелевской были проведены исследования на установке СПП-1 в условиях динамических нагрузок и изменения скоростей скольжения по методике ЦНИДИ [131]. Усталостная прочность определялась при пульсирующей нагрузке от 0 до 6 МПа. Температуру масла на входе поддерживали в диапазоне 50-60 С, на выходе из подшипника температура не превышала 70 С. Скорость скольжения вала составляла 12,1 м/с. Твердость шейки вала из стали 45 составляла 45 HRC. Результаты исследований и методика приведены в Приложении А.
Анализ экспериментальных исследований усталостной прочности антифрикционных материалов позволил установить следующее [131]: - наименьшей прочностью обладают литые баббиты, имеющие предел выносливости всего 12-18 МПа или (2-3) х 106 циклов до начала появления трещин при удельной нагрузке 50 МПа; - напыленные баббиты обладают в 2 раза большей усталостной прочностью по сравнению с литым баббитом; - напыленные бронзы Бр08С12 и БрОСА обладают низкой усталостной прочностью (6-7) xl О6 циклов до начала появления трещин при удельной нагрузке 40 МПа; - наибольшей усталостной прочностью обладают алюминиевые сплавы; - напыленный алюминиевый сплав А06 обладает наиболее высокой усталостной прочностью даже по сравнению с вкладышами фирм «Miba» и «Glacien , которые отработали до начала усталостного разрушения 10x10 циклов при нагрузке соответственно 50 и 40 МПа; - вкладыши с напылением сплавом АО20 имеют меньшую усталостную прочность, чем с на ылением сплавом АОб; - усталостная прочность напыленных покрытий в значительной степени зависит от типа установки и плазмотрона.
В результате проведенных исследований выявлено значительное преимущество по усталостной прочности вкладышей со слоем сплава АОб, нанесенного напылением. Уменьшение толщины напыленного слоя с 0,8 до 0,5 мм позволяет повысить предел выносливости еще на 10-15 %, А. Б. Курицину удалось установить [11], что сплав АО20 дает эффект повышения усталостной прочности при снижении толщины слоя, хотя и в меньшей мере, чем мягкий металл, например, баббит Б88.
Трещины усталости у алюминиевых сплавов проходит как по границам зерен, так и по зернам, однако, по мере повышения содержания олова в сплаве трещина больше развивается по границам сплава, т. к. олово преимущественно концентрируется по границам зерен, поэтому сплав АО20 имеет значительно меньший предел выносливости по сравнению с АОб.
Наибольшая сложность при решении таких задач состоит в создании методов получения параметров работы трибосистемы, обеспечивающей оптимальное сочетание факторов, при котором достигается требуемая надежность подшипника.
Наиболее полно совместимость трибосистемы проявляется в период приработки трущихся поверхностей. Наилучшей совместимостью обладают баббиты и свинцово-оловянные сплавы, совместимость бронз самая низкая. Алюминиевые сплавы занимают промежуточное положение между баббитами и бронзами.
Выбор оборудования и параметров режима напыления
Процесс плазменного напыления на внутреннюю поверхность вкладыша подшипника скольжения осуществляется при установке плазмотрона на специальное приспособление на токарном станке. Плазмотрон должен быть установлен относительно напыляемой поверхности таким образом, чтобы его сопло было удалено на расстояние 80-120 мм.
Наибольшее значение когезионной прочности наблюдается (таблица 3.2, рисунок 3.6), когда угол между осью сопла плазмотрона и напыляемой поверхностью равен 90 (рисунок 4.2а). Такое положение плазмотрона возможно только тогда, когда выполняется следующее условие: подшипника; L - длина плазмотрона; Si - расстояние от напыляемой поверхности до сопла плазмотрона (80+120 мм); S2 - расстояние от верхней части плазмотрона до внутренней поверхности подшипника ( 10 мм).
Однако для некоторых типов вкладышей процесс напыления может быть осуществлен при наклоне плазменной струи и, соответственно, плазмотрона (рисунок 4.26). Существует несколько марок плазмотронов, при помощи которых возможно осуществить процесс напыления. Все плазмотроны имеют различные габариты, которые необходимо учитывать при напылении внутренней поверхности вкладышей подшипников.
В случае когда D (L+ Si+ S2) необходимо определять значение угла наклона плазмотрона /3 при напылении наиболее удаленной внутренней части вкладыша (рисунок 4.26), так как по мере увеличения угла наклона уменьшается когезионная прочность покрытия и, соответственно) ресурс вкладыша. При такой схеме расположения плазмотрона в процессе напыления необходимо учитывать расстояние Si, диаметр плазмотрона dm, ширину подшипника В и внутренний диаметр подшипника D,
Для напыления вкладышей целесообразно использовать две марки плазмотронов: плазмотрон ПП-25 являющийся малогабаритным для напыления вкла дышей диаметром менее 185 мм, когда угол наклона близок к 90, и С2ВЗ для вкладышей диаметром свыше 185 мм. D - внутренний диаметр вкладыша подшипника; В - ширина вкладыша; г - радиус пятна напыления (3 4 мм); Сі - гипотенуза малого прямоугольного треугольника. Результаты расчета технологического угла наклона плазмотрона /? при напылении вкладышей различных типов дизелей для двух марок плазмотронов (ПП-25 и С2ВЗ) и соответствующая им когезионная прочность приведены в таблице В1 (приложении В).
Разработка алгоритма формирования свойств антифрикционных покрытий в процессе восстановления вкладышей подшипников. Зная параметры подшипника скольжения и формулы для определения технологического угла наклона плазмотрона, зависимости когезионной прочности режима напыления для различных типов плазмотронов, можно создать алгоритм автоматизированного выбора марки материала и типа плазмотрона для напыления (рисунок 4.3).
Этот алгоритм будет являться частью алгоритма технологического процесса восстановления вкладыша подшипника.
Алгоритм формирования свойств антифрикционных покрытий в процессе восстановления вкладышей подшипников (рисунок 4.3) условно можно разделить на три части.
В первой части алгоритма производится выбор материала для напыления. Во второй части рассчитывается угол наклона плазмотрона /? и нахождение значений когезионной прочности GK. В третьей, осуществляется выбор марки плазмотрона. Исходными данными алгоритма являются: внутренний диаметр подшипника скольжения Dm„ его ширина В и удельная нагрузка Рт, которые определяются маркой дизеля и его паспортными данными (см. блок 1).
В первой части алгоритма (блоки 2.-4.3) производится выбор марки материала для напыления, результат выбора материала отображает блок 3.3 или блок 4.3, в зависимости от выполнения условия, в блоке 2. Для форсированных дизелей, у которых значение Рт более 40МПа, материал для напыления выбирается А06 (блок 3.3), если значение оказывается менее 40Мпа, то A06+{12-14%)Sn (блок 4.3). Соответственно каждому материалу в блоках 3.1-3.2 и 4.1-4.2 отображаются критерии, это: коэффициент трения, способ напыления.
Во второй части алгоритма (блоки 5-18) производится определение угла наклона плазмотрона/7 и нахождение значений когезионной прочности Ок. Угол наклона зависит от внутреннего диаметра подшипника, поэтому согласно условиям: DEHyTp (Lnn-25+Sl+S2); DBHyrp (LC2B3+S1+S2), в 5 и 7 блоках производится выбор угла Д Если условия выполняются, то угол наклона плазмотрона равен 90, если нет, то производится расчет угла по исходным данным. Необходимо учесть, что угол наклона для типов плазмотронов ПП - 25 и С2ВЗ при одинаковых ширине В и внутреннем диаметре Dm будет различным, поэтому расчеты производятся для обеих марок плазмотронов по формулам: для плазмотронов ПП - 25 и С2ВЗ, соответственно. Окончательные результаты представлены в блоках 6, 8, 16 и 14.
В случае если угол наклона/? будет ниже 45 для обоих плазмотронов, то в этом случае алгоритм не имеет решения (блок 13), т.к. когезионная прочность (Тк при данном условии будет ниже желаемой, а напыленное покрытие недолговечным. Если же угол наклона Д, обоих плазмотронов или одного из них будет выше 45, то производится расчет когезионной прочности, в зависимости от материала, выбранном в первой части алгоритма, по формулам: Для плазмотрона ПП - 25: плазмотрона С2ВЗ: 115,64+0,8 0КАО6+(ШЩ8П= -125,76+0,81 Ш-0,69Рс2вз
В третьей части алгоритма (блоки 19-25) производится выбор оборудования для напыления уже определенного материала (А06 или A06+(12-14%)Sn), который был выбран в первой части алгоритма, и с известным значением для этого материала когезионной прочности.
Значения когезионной прочности для одного из материалов, но для разных плазмотронов сравниваются между собой: &кС2ВЗ &кЛП Наибольшему значению когезионной прочности будет соответствовать марка плазмотрона. Установленное наибольшее значение должно превышать 80 МПа, т.к. это есть наименьший предел когезионной прочности, при котором обеспечиваются необходимый предел выносливости и долговечность покрытия при напылении материала. Эти условия учитываются при выборе одного из плазмотронов:
Далее, если эти условия выполняются, то производится окончательный выбор марки плазмотрона (блок 24). Если же значение когезионной прочности, предварительно выбранного плазмотрона, оказалось ниже 80 МПа, то решение о применении данного материала при данном способе напыления оговаривается с заказчиком (блок 25)
Примеры расчетов по данному алгоритму для наиболее распространенных дизелей судов Дальневосточного бассейна приведены в таблице В1, приложения В. Номограммы нахождения угла наклона плазмотрона. Зачастую на предприятиях в нынешних условиях отсутствуют средства вычислительной техники, использование которых необходимо в современном производстве. Поэтому по результатам теоретических и прикладных исследований, а также в целях оперативной оценки влияния угла наклона/Ї плазмотрона С2ВЗ на когези-онную прочность покрытия были разработаны две номограммы (рисунок 4.4). Одна номограмма разработана для минимальной дистанции напыления S]= 80 мм (рисунок 4.4а). Вторая - для максимальной дистанции напыления S2= 120 мм (рисунок 4.46).
