CC BY
28
3. Зотов А.А Инновационный путь развития в молочном животноводстве Северо-Запада / А.А. Зотов, В.В. Кремин // Ярославский агровестник. - 2013. - №7.
4. Резервуар для термизации молока в условиях пастбищ: патент на изобретение № 2536968 Рос. Федерация: А23С3/02 / В.А. Шилин, О.А. Герасимова; заявитель и патентообладатель Великолукская гос. с.-х. академия. - № 2012119777/10; заявл. 14.05.2012; опубл. 27.12.2014.
5. Установка для первичного охлаждения молока: патент № 2446679 Рос. Федерация: А23С3/02 / Герасимова О.А., Лобачев А.В.; заявитель и патентообладатель Великолукская гос. с.-х. академия. - № 2009149787/13; заявл. 31.12.2009; опубл. 10.07.2011.
6. Герасимова О.А. Первичная обработка молока на пастбищных комплексах // О.А. Герасимова. - Вестник Бурятской ГСХА. - 2015. - №3.
7. Шилин В.А. Герасимова О.А. Охлаждение молока на пастбищах // Сельский механизатор. - 2011. - №5 - С. 27.
E-mail: nauka@vgsa.ru
182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина, д. 2, Великолукская ГСХА
Тел.: (81153) 7-28-51
УДК 621.357
К ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗОЛОТНИКОВ ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ
Елена Михайловна Юдина, к. техн. наук, доцент кафедры «Эксплуатация МТП» Михаил Реминович Кадыров, к. техн. наук, доцент кафедры «Ремонт машин и материаловедение»
ФГБОУВО «Кубанский ГАУ», Россия, г. Краснодар
Рассмотрены методы восстановления золотников гидрораспределителя гальваническими покрытиями. Предложены параметры технологического процесса восстановления золотников нанесением композиционных гальванических покрытий на основе железа.
Ключевые слова: золотник, гальваника, покрытие, железо, дисперсная фаза, суспензия.
Введение
В техническом оснащении агропромышленного комплекса Российской Федерации в настоящее время задействованы тракторы и сельскохозяйственные машины, фи-
зически и морально изношенные. Крупные агропромышленные предприятия, имеющие достаточные финансовые возможности, приобретают дорогостоящую импортную технику, тогда как небольшие хозяйства
вынуждены использовать технику, имеющуюся в наличии. В связи с этим, проблема восстановления и повышения долговечности деталей, узлов и агрегатов используемой сельскохозяйственной техники является весьма актуальной. Ремонтно-обслуживающая база еще и сейчас располагает широкой сетью ремонтных предприятий, ритмичная работа которых нарушена из-за отсутствия планового обеспечения их запасными частями и комплектующими изделиями, износа станков, технологического и вспомогательного оборудования. На ремонтных предприятиях приходится организовывать восстановление и изготовление автотракторных деталей более широкой номенклатуры.
В номенклатуру восстанавливаемых деталей входят и детали прецизионных пар гидроагрегатов. В качестве конструкционных материалов плунжеров и золотников используются хромистые стали, хромони-келевая сталь, хромоникеле-вольфрамовая, стали с содержанием бериллия.
Среди различных методов восстановления этих деталей следует выбирать технологические процессы, не изменяющие микроструктуры деталей и повышающие их прочностные характеристики. Главной задачей этих процессов является предохранение восстанавливаемых деталей от коррозии. К числу таких методов относится восстановление деталей нанесением гальванических покрытий. Чаще всего детали преци-
зионных пар восстанавливают электролитическим железнением и хромированием. Большой вклад в развитие технологий восстановления деталей гальваническими покрытиями внесли: Ачкасов К.А., Мелков М.П., Петров Ю.Н., Батищев А.Н., Воловик Е.Л, Гурьянов Г.В., Шлугер М.А. и др. При сравнении этих процессов следует отметить, что процесс хромирования является малопроизводительным, даже при использовании в практике хромирования скоростных электролитов и интенсивных процессов [1,2,3]. При нанесении покрытий из стандартных электролитов для хромирования трудно достичь постоянной концентрации компонентов в процессе нанесения покрытия, в результате чего формируемые слои будут неоднородными.
Универсальный подход к выбору способа восстановления деталей дал А.Н. Батищев [4]. Он предложил использовать для этой цели энергетический критерий фэ .Следует отметить, что оценка по этому критерию способов восстановления деталей показала, что наиболее рациональным из них является железнение (фэ = 0,36), что свидетельствует о высокой эффективности этого гальванического способа восстановления деталей с малыми износами. Для повышения износостойкости деталей рекомендуется использовать композиционные гальванические покрытия (КГП) или сплавы на основе железа [5,6].
Материалы и методы
Поскольку КГП предназначены для повышения ресурса деталей сельскохозяйственной техники, их можно использовать не только для восстановления деталей, работающих при абразивном изнашивании [7], но и наносить на новые или восстановленные различными способами детали. Упрочняемые детали должны быть предварительно доведены до номинальных размеров и шероховатости. Так, при нанесении КГП на лицевую сторону лемеха рекомендуется заточить его лезвие с тыльной стороны и наоборот [8]. Очистку деталей от грязи, окалины, ржавчины и различных технологических сред необходимо проводить кварцеванием металлическими щётками с последующей промывкой в горячей воде. Предварительная механическая обработка необходима для восстановления первоначальной формы детали и удаления верхнего окисленного, разрушенного, потерявшего первоначальную структуру слоя. Она особенностей не имеет и выполняется по требованиям ремонтного чертежа в соответствии с техническими условиями на изготовление детали. Золотники гидрораспределителей следует перед же-лезнением шлифовать до удаления следов износа. Шероховатость поверхности при этом должна быть не более Rа = 0,32 мкм. После шлифовки золотники отмывают от масла в 10 % растворе каустической соды при температуре 343...353 К и в горячей воде. Обезжиривание деталей
целесообразно выполнять электрохимически в растворе состава, кг/м : натрий едкий - 30.40; сода кальцинированная - 30.40; тринатрий-фосфат - 40.50; стекло жидкое -3.5 при анодной плотности тока Дк = 7.8 А/дм2, температуре Т = 333.343 К в течение 10 мин. При этом используют специальные подвесные приспособления, рассчитанные на обработку одновременно 60 золотников. После обезжиривания подвесные приспособления подают на промывку горячей проточной водой, которая должна обеспечить полное удаление остатков раствора с деталей. Затем детали промывают холодной проточной водой, демонтируют с подвесок для обезжиривания, и устанавливают в рабочие приспособления. Если обезжиривается партия деталей, накапливаемых перед выполнением остальных операций технологического процесса, их следует хранить после обезжиривания без промывки. В этом случае промывку осуществляют перед монтажом деталей в рабочее приспособление.
Подвесное приспособление для нанесения покрытий предусматривает обработку одновременно 12 золотников. Поскольку наносить покрытия необходимо на готовые изделия, поверхности, не подвергающиеся восстановлению, должны быть изолированы от агрессивного воздействия электролитов, например, защитными чехлами из винипласта или кислотостойкой резины. Поскольку золотники изготовлены
из хромистой стали, их анодную обработку целесообразно проводить в 30 % растворе серной кислоты при
л
плотности тока 60...80 А/дм в течение 30 .50 с (более высокую плот-
л
ность тока Дк = 70.80 А/дм применяют для травления золотников) [9, 10]. Наряду с 30 % серной кислотой для хромистой стали можно рекомендовать анодную обработку в насыщенном растворе алюминия сернокислого (Д$04) • 18Н20 - 350 кг/м3), содержащем 20 кг/м серной кислоты [11]. Травление в данном растворе ведут при Дк = 60. 70 А/дм2, Т = 291.295 К в течение 45.60 с.
В ванну электрохимической
-5
анодной обработки объёмом 1 м завешивают 5 подвесок с золотниками (при питании ванны от выпрямителя ВАКР-6300/12 или другого подобной мощности). Промывку детали после анодной обработки проводят в тёплой (313.323К) проточной воде в течение 20.30 с. Практический опыт показывает, что время операции промывки в тёплой воде тесно связано с приёмом - «выдержка без тока». Если увеличено время промывки, выдержку без тока следует уменьшить и наоборот.
Композиционные покрытия наносят из хлористого электролита,
"5
состава, кг/м : БеС12 • 4Н20 -550. 600; электрокорунд белый марки М14 - 90.100; рН = 0,7.1,0 при температуре 313 К. Нанесение покрытий начинают с выдержки детали в электролите без тока в течение 30.45 с, что вполне достаточно для выравнивания разности темпе-
ратур раствора и детали, и активирования анодно обработанной поверхности. Осаждение КГП осуществляют при начальной плотности тока Дкн = 1.1,5 А/дм в течение 5.7 мин, затем повышают плотность тока до 5.7 А/дм2 и ведут процесс в течение 5.7 минут, с последующим
плавным повышением плотности тол
ка до рабочей (20.25 А/дм ). Время электролиза на рабочей плотности тока при нанесении покрытий толщиной 0,40.0,75 мм составляет 2,0.3,5 ч. Кислотность электролита в процессе осаждения КГП корректируют в пределах рН = 0,7.1,0 с помощью разбавленной соляной кислоты в соотношении 1:5. Для уменьшения скорости окисления электролита во время перерывов электролиза его подкисляют до рН = 0,3.0,5 и оставляют в нём пластины из малоуглеродистой стали.
При необходимости восстановления Ее(Ш) электролит прорабатывают под током при увеличенной в 3.5 раз катодной поверхности в сравнении с анодной и плотности тока 4.8 А/дм .
Золотники, работающие в условиях гидроабразивного изнашивания и изготовленные из хромистой стали, термообработанной до твёрдости НКС=56.63, в соответствии с приведёнными ранее данными, должны восстанавливаться покрытиями, содержащими ДФ в количестве 15.30 % (об.). Поэтому концентрация ДФ в ЭС может быть
л
снижена до 60.80 кг/м . Начальная
плотность тока с учётом материала детали должна быть снижена до 0,75.1,0 А/дм2.
Рабочий объём ванны желез-нения (1 м ) позволяет проводить её загрузку подвесками с общей площадью под покрытие 75.80 дм2 при объёмной плотности тока 1,5.2,0 А/дм. Основным фактором, обеспечивающим получение качественных КГП с равномерным содержанием твёрдых частиц в покрытии, независимо от расположения детали относительно стенок ванны, является перемешивание ЭС. Исследования по определению влияния вида перемешивания на равномерность распределения ДФ в электролите-суспензии и покрытии показали, что механическое перемешивание с использованием одной мешалки, независимо от скорости её вращения, не обеспечивало необходимого распределения частиц в ЭС и КГП. При
скорости вращения мешалки поряд-
п -1 ~ ка 3 с верхний слой электролита
(10.15 мм) практически не имел в своём составе твёрдых частиц. Две мешалки при их синхронном вращении также не позволили достигнуть желаемого качества ЭС, тогда как их встречное вращение со скоростью порядка 12,5 с-1 обеспечивало достаточную равномерность распределения ДФ в электролите, но твёрдые частицы включались в покрытие не равномерно. Дальнейшее увеличение скорости вращения снижало количество включений в покрытиях, вероятно, за счёт смывания частиц с поверхности катода потоком ЭС.
Установка четырёх мешалок при их встречном и синхронном вращении позволила достичь более равномерного распределения частиц в ЭС и КГП). Так, встречное вращение мешалок, расположенных по диагонали ванны, при скорости перемешивания 12,5 с-1, обеспечивало равномерность распределения ДФ в ЭС на уровне 20 % отклонения от среднего значения. А при скорости вращения мешалок 25 с-1 отклонение составляло около 13 %. Вместе с тем, частицы более интенсивно смывались потоком, и содержание их в покрытии было меньше необходимого для значительного повышения износостойкости КГП .
Наилучшим по равномерности распределения ДФ в электролите оказалось струйное перемешивание с подачей струи от мешалки вдоль отражателя под перфорированное дно-перегородку ванны. При перемешивании со скоростью 25 с-1 дисперсная фаза была диспергирована во всём объёме ванны, и достаточно равномерно включалась в электролитические осадки железа. Отклонение в содержании ДФ в КГП по высоте и длине образцов, имитирующих полную высоту и ширину подвески, составляла порядка 10.15 %. Увеличение скорости перемешивания до 50 с-1 приводило к снижению содержания ДФ в покрытии из-за смыва частиц.
Струйное перемешивание оказалось менее энергоёмким, не требующим специальных редукторов для уменьшения оборотов двигателя,
и позволило быстрее перевести частицы со дна электролизера во взвешенное состояние после перерывов электролиза. Поэтому в производственной практике применение струйного перемешивания является предпочтительным. Таким образом, для получения равномерного ЭС можно рекомендовать струйное перемешивание при подаче ЭС через специальный отсек под перфорированное дно ванны при скорости вращения мешалки 25 с-1.
После нанесения покрытий детали промывают и нейтрализуют в соответствии с обычными требованиями технологии железнения. Для нейтрализации применяют раствор
"5
№ОН (60.80 кг/м ) при температуре 338.348 К в течение 5.10 мин. Детали, прошедшие нейтрализацию, промывают горячей водой, высушивают и контролируют по качеству нанесенного покрытия. При необходимости пассивируют в раство-
-э
ре, содержащем 15.20 кг/м три-этаноламина и 5.7 кг/м нитрита натрия, а для длительного хранения консервируют с помощью масел и специальных бумаг.
Состав линии железнения определяется технологическими операциями процесса и включает в себя набор ванн для электролитического обезжиривания, горячей промывки, холодной промывки, анодной обработки, железнения, нейтрализации. Помимо ванн, линия оборудуется монорельсом с подъёмным устройством ^ = 0,25 т), резервной ванной, сушильным шкафом, монтаж-
ным столом, стеллажом для оснастки, постом контроля ванн, столом для контроля покрытий, установкой для фильтрации и перекачивания растворов.
Следует заметить, что для финишной обработки золотников, восстановленных КГП, можно использовать существующие рекомендации для «чистого железа» на бесцентро-вошлифовальных станках марок 3М184А, РС12, РСШ. Однако, учитывая повышенную твёрдость КГП (за счёт включения наполнителя), вместо абразивных кругов марки 1500х150х305 25А 40-П СМ1 К6 следует использовать круги на карборундовой или кубонитовой основе с мягкой или среднемягкой связкой.
Скорость вращения кругов должна составлять не менее 30.35 м/с, а подача смазочно-охлаждающей жидкости увеличена в сравнении с обычным шлифованием в 1,5 раза. При этом следует применять плоский и широкий наконечник, ширина которого должна составлять не менее 1,25 ширины круга.
Выводы
На основе изложенных рекомендаций для ремонтного производства был разработан технологический процесс восстановления золотников гидрораспределителей композиционными покрытиями на основе железа.
Для восстановления деталей, подверженных гидроабразивному изнашиванию, возможно использование гальванических покрытий на основе сплавов железа с включением
электрокорунда белого в качестве наполнителя [12], а также композиционных покрытий с последующей лазерной обработкой, которые обла-
дают рядом преимуществ по сравнению, в частности, с плазменным напылением [13].
Список литературы
1. Миронов В.В. Восстановление плунжеров рядных топливных насосов дизелей нанесением гальваногазофазного хрома : автореф. дис. ... канд. техн. наук / В.В. Миронов. -Рязань, 2001 - 12 с.
2. Семенова Е.Е.Технология восстановления и упрочнения поверхностей золотников гидроусилителей рулевого управления гальваногазофазным хромированием: дис. . канд. техн. наук / Е.Е. 170 с.
3. Ионов П.А. Выбор оптимальных режимов восстановления изношенных деталей электроискровой наплавкой: На примере золотника гидрораспределителя Р-75 : дис. ... канд. техн. наук./ П.А. Ионов. - Саранск, 1999 - 198 с.
4. Батищев А.Н. Обоснование рационального способа восстановления деталей / А.Н. Батищев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1992. - № 9-12. - С. 30 -31.
5. Юдина Е.М. Обоснование энергосберегающих направлений в восстановлении изношенных деталей машин электрохимическим осаждением / Е.М. Юдина, М.Р. Кадыров // Перспективы развития науки и образования: сб. науч. тр. по материалам Международной на-уч.-практ. конф. (31 декабря 2015 г.) . - М.: «АР-Консалт», 2015. - С.98-102.
6. Кисель Ю.Е. Повышение долговечности быстроизнашиваемых деталей сельскохозяйственной техники композиционными электрохимическими покрытиями на основе сплавов железа. [Текст]: автореф. ... дис. канд. техн. наук / Ю.Е. Кисель. - М., 2001. - 18 с.
7 Юдина Е.М. Повышение износостойкости рабочих поверхностей деталей композиционными покрытиями / Е.М. Юдина // Научные открытия в эпоху глобализации: сб. ст. Международной науч.-практ. конф. - Уфа, 2016. -С. 89-92.
8. Исследование износостойкости композиционных электрохимических покрытий / Е.М. Юдина, Г.В. Гурьянов, М.В. Гузун // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - 1993. - Вып. 330 (358). - С. 86-95.
9. Мелков М.П. Твердое осталивание автотракторных деталей / М.П. Мелков. - М.: Транспорт, 1971. - 224 с.
10. Гурьянов Г.В. Антифрикционные и износостойкие электрохимические покрытия: монография / Г.В.Гурьянов, Ю.Е.Кисель. - Брянск, 2006.
11. Шайдуллин А.М. Повышение прочности сцепления электролитического железа с легированной сталью при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники: автореф. . дис. канд. техн. наук / А.М. Шайдуллин. - Кишинев, 1990. - 19 с.
12. Стойкость композиционных покрытий при абразивном изнашивании / Е.М. Юдина, Г.В. Гурьянов, Ю.Е. Кисель и др. // Сельский механизатор. - 2015. - №3. - С.34-35.
13 . Лазерное упрочнение композиционных электрохимических покрытий / Е.М. Юдина, Г.В. Гурьянов, Ю.Е. Кисель и др. // Сельский механизатор. - 2015. - №2. - С.38-39.
E-mail: yudina2010.63@mail.ru
350044, г. Краснодар, ул. Калинина,13, Кубанский ГАУ
Тел.: +7(861)-221-66-51
