CC BY
67
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.791.14
Б.И.Коган, А.А. Голубев, А.С.Иванов
О ПРОБЛЕМЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЕЧАЕК РОЛИКОВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ ИЗ ЛИСТА
В настоящее время изготовление обечаек роликов ленточных конвейеров производится преимущественно двумя методами: из трубы и из круга (путем продавливания). К сожалению, оба эти метода имеют свои недостатки. Недостатком первого из них является высокая стоимость самой трубы, второго - низкий коэффициент использования материала.
Известна технология изготовления деталей типа втулок и обечаек из листа, включающая гибку мерных листов или полос на валиках или в штампе и последующую сварку кромок. Изготовление таких деталей из листа обеспечивает минимальную материалоёмкость и себестоимость по сравнению с использованием в качестве заготовок труб и прутков. Так, коэффициент использования материала для трубы равен 82%, тогда как для листа он принимает значение равное 95%. К сожалению, традиционная электродуговая сварка кромок приводит к образованию грата, который недопустим в конструкциях вращающихся деталей -роторов, так как вызывает дисбаланс. Например, в таких массовых узлах, как ролики ленточных конвейеров и размольных мельниц до настоящего времени их обечайки из листа не изготавливаются, так как нет способа сварки кромок без грата, который вызывает дисбаланс и изнашивает сопрягаемый элемент (транспортёрную ленту). Удаление грата резанием снижает прочность соединения кромок. Известный метод диффузионной сварки в вакууме трудоёмок и для изготовления обечаек роторов не применяется.
Авторами разработаны технические предложения по неразъёмному соединению кромок без грата двумя методами:
- стыковой диффузионной сваркой без грата за счет сжатия и прогрева кромок теплом трения вращающегося диска, прижатого и перемещающегося вдоль кромок свёрнутого листа [1];
- сваркой кромок без грата с применением
СВС-технологии (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза), в основе которого лежит отечественное открытие №287 от
03.07.1984 г.
В обоих методах сварка кромок сопровождается нагревом обечайки токами промышленной частоты с той целью, чтобы тепло, выделяющееся от вращающегося диска или СВС, не расходова-
лась на нагрев обечайки.
Сущность 1-го способа: поставленная задача достигается тем, что сварку кромок осуществляют теплом вращаемого и перемещаемого вдоль обечайки по стыку кромок металлического диска, поверхность которого в зоне контакта с обечайкой выполнена вогнутой для обеспечения плотного прилегания диска к обечайке (рис. 1).
Штрипс с У-образными кромками подают в формовочные валки, где он формируется в обе-
Рис. 1. Схема установки для сварки кромок по патенту РФ2265493:1 - диск; 2 - станина; 3 -электродвигатель; 4 - призмы сжимающие; 5 - свариваемая обечайка.
чайку 5 так, чтобы У-образные выступы одной кромки вошли в соответствующие У-образные впадины противоположной кромки. Затем обечайку 5 устанавливают в призмы 4. К занево ленной обечайке 5 поджимают вращающийся металлический диск 1, поверхность которого выполнена вогнутой, который совершает продольное перемещение вдоль обечайки по стыку кромок (рис. 2).
За счет сил трения происходит прогрев контактирующих кромок обечайки 5 до температуры сварки по всей толщине кромок и их сварка без грата.
Сущность 2-го способа: между кромками обечайки помещается порошок, в состав которого входят металлы (Ті, 2г, НГ, №, Та или др.) и неметаллы (В, С, 8і). С помощью локального инициирования реализуется волновой режим, в котором
происходит химическое превращение расположенного между кромками порошка в конденсированный продукт. Металлические компоненты порошка являются горючей составляющей, а неметаллы являются окислителем. В ходе процесса отсутствует газовыделение, а развиваемая температура достигает 4000°К. Этот процесс назван самораспространяющимся высокотемпературным
- —А
Рис. 2. Схема процесса сварки на установке, рис.1.
синтезом (СВС) - открытие №287. Сжимая, в процессе СВС, кромки обечайки, производим их сварку без грата (рис. 3).
СВС-сварка изложена в авторском свидетельстве А.Г. Мержанова «Способ соединения материалов» [2].
Представленные авторами предложения требуют создания специального технологического оборудования, проведения экспериментов по от-
работке технологических режимов, изготовления опытных образцов, проведения лабораторных и производственных испытаний на надёжность, сравнительной экономической оценки.
Рис. 3. Схема сварки кромок обечайки методом СВС: 1 - обечайка; 2 - порошок; 3 - сжимающие призмы.
В настоящее время разрабатывается опытная установка по патенту [1] и готовится эксперимент по СВС-сварке в лаборатории СВС Алтайского технического университета.
Реализация принципиально нового способа неразъёмного соединения кромок деталей из листа только в производстве роликов ленточных конвейеров и только на заводах Кузбасса (ОАО "Ан-жеромаш", ЗАО "Сибтензоприбор", ОАО "Красный Октябрь" и др.) позволит значительно снизить расход металла и получить годовой экономический эффект ориентировочно 3 млн. руб.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 2265493 РФ, МПК В 21 С 37/08, В 23 К 33/00, 20/12. Способ изготовления обечаек / Коган Б.И. (ЯИ), Лукашенко Т.А. (ЯИ), Черныш А.П. (ЯИ). - № 2003131251/02; Заявлено 23.10.2003; Опубл. 10.12.2005, Бюл. № 34.
2. А.С. 747661 СССР, В 23 К 28/00. Способ соединения материалов / А.Г. Мержанов, И.П. Боровин-ская (СССР), А.С. Штейнберг, О.А. Кочетов, В.Б. Улыбин, В.В. Шипилов, В.В. Червяков, С.Н. Макров-ский (СССР). - № 2350713/25-27; Заявлено 17.04.76; Опубл. 15.06.80, Бюл. № 26.
0 Авторы статьи:
Коган Борис Исаевич - докт.техн.наук, проф. каф. технологии машиностроения
УДК 621.65.002.3 Б.И. Коган, М.В. Чибряков, И.Н. Бадин ОПЫТ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КИРПИЧЕЙ
Одним из наиболее распространённых мето- абразивной среде, является наплавка на функцио-
дов повышения ресурса деталей, работающих в нальные поверхности высоколегированного чугу-
Голубев Алексей Александрович - магистрант, ТМ-031 (e-mail: warlock@kemcity.ru)
Иванов Артем Сергеевич - магистрант, ТМ-031 (e-mail: temofey@kemcity.ru).
на и других материалов, содержащих в своём составе дефицитные легирующие элементы : хром, никель, вольфрам. Добавка этих элементов значительно увеличивает себестоимость электродов. В настоящее время разработаны способы получения нелегированного белого чугуна термоциклирова-нием, стойкого к абразивному износу [1]. При расплавлении и охлаждении этого чугуна в его структуре не происходит выделения графита, резко снижающего прочность и износостойкость наплавленного слоя. Его состав следующий (в %): 3,8 - 4,2 С, 0,75 81, 0,24 Мп, 0,08 8, 0,08 Р, остальное Бе. Твердость этого чугуна НЯС -54 - 59. Кафедрой технологии машиностроения КузГТУ предложено использовать этот чугун в качестве износостойкого покрытия формирующих поверхностей рамок (футеровок) (рис. 1) и облицовочных полос внутренних поверхностей барабанов технологического оборудования для производства кир-
его среды (газовая или жидкая), достигают катода и оседают на нём или рассеиваются. При наращивании металла деталь подключают к катоду, а при снятии (обработке) - к аноду. Инструменту (одному из электродов) придают колебательное движение от вибратора для замыкания и размыкания цепи и получения искрового разряда.
При электроискровой обработке происходят:
- нагрев материала электродов и превращение его в газообразное состояние;
- перенос материала в разрядном промежутке с анода на катод;
- диффузия наносимого материала в расплав металла восстанавливаемого элемента в месте разряда;
- образование твёрдых растворов и мелкодисперсных карбидов в результате быстрого затвердевания жидкой фазы и локальной закалки с огромными скоростями охлаждения.
2°30’ ±20’
125*
о
124 -о^
146 -ода
л-----------------------------►
1. *Размеры для справок.
2. 54...62 НЯС.
Рис. 1. Рамка-футеровка
пичей в ООО «Мазуровский кирпичный завод».
Работа по нанесению износостойких покрытий была осуществлена по хоздоговору в Кемеровском сельскохозяйственном институте, где был разработан и реализован электроискровой способ нанесения этих покрытий.
Электроискровой способ обработки деталей основан на явлении электрической эрозии (разрушение материала электродов) при искровом разряде. Во время проскакивания искры между электродами поток электронов, движущийся с огромной скоростью, мгновенно нагревает часть поверхности анода до высокой температуры (10 000.15 000°С); металл плавится и даже переходит в газообразное состояние, в результате чего происходит взрыв. Частицы оторвавшегося расплавленного металла анода выбрасываются в ме-жэлектродное пространство и, в зависимости от
Нанесение твёрдых износостойких покрытий толщиной до 0,1 мм относят к упрочнению, а нанесение покрытий большей толщины - к наплавке.
Покрытие, нанесённое на восстанавливаемую поверхность детали, имеет прочную связь с основной, потому что его образование сопровождается химическими и диффузионными процессами.
Эти процессы ведут на установках, изготовленных по схеме, показанной на рис. 2. Деталь 3 (катод) наращивается инструментом (анодом) 2, изготовленным из материала, предназначенного для нанесения на поверхность детали. Колебание анод получает от магнитного вибратора 1, подключенного к сети переменного тока промышленной частоты.
Исследования, проведенные на установке ИЯ-121 в лаборатории кафедры ТМ и РМ КемГСХИ,
показали, что максимальная толщина покрытия достигает 30 мкм, а максимальная производительность обработки 2,5-3 см2/мин
Для повышения производительности процесса и увеличения толщины наносимого покрытия был разработан и апробирован метод электроискрового упрочнения дисковым вращающимся электродом. Схема процесса приведена на рис.3.
В качестве электрода выбран диск с наружным диаметром 25-110 мм и толщиной 15 мм. Материал диска - нелегированный белый чугун.
Параметры режима электроискрового упрочнения:
- полярность (прямая, обратная);
- напряжение 10-60 В;
- сила тока 90-350 А;
- окружная скорость инструмента (диска-электрода) 29-890 об/мин;
- скорость перемещения инструмента относительно заготовки (подача) 2,5 м/мин;
- направление подачи по отношению к направлению вращения инструмента (встречная, попутная);
- удельное давление инструмента на деталь (усилие прижима/длина контакта) 0,3 Н/мм;
- толщина наплавленного слоя 0,2-0,3 мм.
Рамки (футеровки) изготавливаются из стали
У7А и других с закалкой до НЯС 54.62 (по чертежу). Фактический ресурс не превышал 3 календарных месяцев. Упрочненные детали уже отработали 5 месяцев и не имеют видимого износа.
В качестве альтернативы кафедра технологии машиностроения КузГТУ организовала изготовление в литейном цехе ООО «Кузбасская энергоремонтная компания» рамок (футеровок) из износостойкого чугуна ИЧХ20РТ (а.с. 393352), созданного в ОАО «Восточный научно-
исследовательский и проектно-технологический институт машиностроения» (ВНИПТИМ), г. Кемерово [2,3]. Его химический состав (в %): 2,5-3,2 С, 16-22 Сг, 0,1-0,3 В, 0,2-0,4 Т1, 0,5-1 Мп, остальное - Бе. Твердость этого чугуна составляет в литом состоянии 52-56 НЯС, в закаленном состоянии - 58-63 НЯС, в отожженном состоянии - 320360 НВ. Предел прочности при изгибе 70-100
кг / мм2. Для повышения износостойкости чугун закаливают от 950-980 ° С с охлаждением на воздухе. Обрабатываемость его выше, чем аналогичного чугуна без бора и титана (ИЧХ28Н2) в 1,75-1,85 раза. В течение ряда лет этот чугун прошел производственные испытания с большим эффектом и внедрен для деталей оборудования горнорудной, цементной, энергетической, металлургической и др. отраслей промышленности. На-
пример, долговечность втулок углесосов и рабочих колес, клапанов насосов, изготовленных из ИЧХ20РТ увеличилась в 2-50 раз по сравнению с деталями, изготовленными из сталей Ст3, 35Л,
30Л с наплавкой электродом Т-590 (и без наплавки). Испытания и внедрение осуществлены на шахтах «Красногорская» и «Коксовая» в г. Прокопьевске, на цементных заводах и др.
Можно ожидать, что изготовление ряда деталей оборудования для производства кирпичей из чугуна ИЧХ20РТ значительно повысит их ресурс и уменьшит потребность. Очень важно, что производство многих быстроизнашивающихся деталей, работающих в абразивной среде, можно организовать в Кузбассе.
Во многих случаях необходимо обеспечить шероховатость функциональных поверхностей не выше 6,3 мкм путем отделочной (доводочной) обработки деталей из таких труднообрабатываемых материалов (наплавленных и литых). Наплавка белого чугуна и применение чугуна ИЧХ20РТ в Кузбассе и других регионах - важнейший метод повышения ресурса специфического технологического оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Афанасьев В.К., Айзатулов Р.С., Кустов Б.А., Чибряков М.В. Прогрессивные способы повышения свойств доменного чугуна. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. - 258с.
2. Коган Б.И. Рациональные заготовки и технологические методы повышения ресурса деталей горной техники. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 1998. - 133с.
3. Балашов В.Ф. Внедрение износостойкого чугуна марки ИЧХ20РТ для быстроизнашивающихся деталей грязевых насосов. Информационный листок Кемеровского ЦНТИ №226-75.
□ Авторы статьи:
Коган Борис Исаевич
- докт.техн.наук, проф. каф. технологии машиностроения КузГТУ
Чибряков Михаил Владимирович ■ докт.техн.наук, зав. каф. ТМ и РМ КемГСХИ
Бадин
Игорь Николаевич
- ст. преп. каф. ТМ и РМ КемГСХИ
УДК 621.91.001
В. В. Трухин
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Целью проводимых исследований являлось изучение механизма износа режущего инструмента при точении легированных белых чугунов, обладающих высокими износостойкими свойствами.
Исследование проводилось в широком диапазоне скоростей резания, подач и глубин при точении среднехромистого чугуна ИЧХ20р (в отожженном состоянии).
Режимы резания менялись в пределах: скорость резания V = 2-55 м/мин., подача
8 = 0,15-0,6 мм/об, глубина 1 = 1-4 мм.
Резец с механическим креплением был оснащен твердосплавной пластинкой из сплава ВК6М с оптимальной геометрией (у = 5о; у! = -10о; а = 6о; ф = 30-45°; ф! = 10о; f = 0,3-0,5 мм. Исследованию подвергались прирезцовая сторона стружки, изношенная задняя поверхность пластинки ВК6М и обработанные поверхности образцов, полученные при различных режимах обработки резанием.
Рентгеноструктурные исследования проводились на дифрактометре Дрон-0,5 со сцинтиляци-
онной регистрацией импульсов в железном фильтрованном излучении на режимах ] = 5^8 ца; V = 40 кв. Интенсивность излучения регистрировалась на диаграммную ленту с помощью электронного автоматического потенциометра КСП-4. Вращение образца осуществлялось со скоростью 2 град/мин. При опытах применялся марганцевый фильтр. В результате рентгеноструктурного анализа установлено, что в процессе резания легированного чугуна имеет место перенос частиц обрабатываемого материала в инструмент, образование окислов на поверхности резца. На рис. 1 приведена рентгенограмма изношенной задней поверхности резца, на которой кроме исходных фаз обнаружено: СоБе204; Бе^; Бе^6; Ре20058; Wl8049 и др., свидетельствующие о переносе отдельных частиц обрабатываемого материала на инструмент. Наличие окислов вольфрама ^18049; W20O58) на рентгенограммах изношенной поверхности резца свидетельствует об окислении вольфрама в составе твердых сплавов. Появление сла-
А*)=1.951 (ср)
Соединения й(А*)
Со3Ш 1.951
CoFe204 2.09
¥е2Ш6 2.19
ШС 2.27
¥е2Ш6 2.37
Со¥е-А0$ 2.51
ШцСю 2.65
/А*)^2.09(сп) .{¡(А*)=1.19 Сел)
А(А*)=2.27 (с)
4(А*)=2.51 (о.с)
с1(Л*)=1.951 (сп)
с1(А*)=2.08 (сп.)
¿(А*) =2.36 (о.с) <1(А*)=2.37 (ср)
<$(А*)=2.43
с1(А*)=2.45
с1(А*)=2.50
¿(А*) =2.31 (с)
с1(А*)=2.б4 (ел) с1(А*)=2.б5 (ср)
Соединения ¿¡(А*)
Со3Ж 1.951
СоГе^ 2.08
¥егШ 2.36
¥е2Щ 2.37
Со3Ш 2.43
Щ3О49 2.45
¥€20^68 2.50
Со ¥2204 2.51
¥е3Ш3С 2.54
Щ3О49 2.65
б)
Рис. 1. Рентгенограмма изношенной задней поверхности твердосплавного резца ВК6М: а) V = 55 м/мин, 0 = 780оС; б) V = 10 м/мин, 0 = 300оС
