Комплексний вплив вагомих чинників на внутрішні напруження у поверхневих шарах насталених автомобільних деталей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

3. ТЕХНОЛОГИЯ ТА УСТАТКУВАННЯ

нлты

УКРЛ1НИ

wi/ган

Науковий в!сн и к НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU

http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270618 Article received 11.09.2017 р. Article accepted 28.09.2017 р.

УДК 629.113:004.67

ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)

1 ЁЕЗ Correspondence author M. I. Herys mherys@ukr.net

Г. С. Гудз1, М. I. Герис2,1. Я. Захара3, М. М. Осташук1

1Нацюнальнийутверситет "Львiвська полтехтка", м. Львiв, Украша 2Нацюнальний лкотехтчний утверситет Украши, м. Львiв, Украша ъ1вано-Франювський нацюнальний техтчнийутверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Украша

КОМПЛЕКСНИЙ ВПЛИВ ВАГОМИХ ЧИННИК1В НА ВНУТР1ШН1 НАПРУЖЕННЯ У ПОВЕРХНЕВИХ ШАРАХ НАСТАЛЕНИХ АВТОМОБ1ЛЬНИХ ДЕТАЛЕЙ

Дослщжено актуальне питання комплексного впливу режимiв елекгролiзу на структуру та величину внутршшх напру-жень у поверхневих шарах рiзноl товщини насталених автомобшьних деталей. Встановлено, що на яюсть насталених пок-ригтiв значною мiрою впливають такi вагомi чинники як густина струму, температура та кислоттсть електролiту. Для виз-начення комплексного впливу вагомих чинникiв на внутршш розтягувальнi напруження у поверхневих шарах насталених деталей за рiзноl 1х товщини застосовано системний тдхвд, вихiдною передумовою якого е прагнення з максимальною пов-нотою врахувати початюж та вихiднi характеристики об'екту. На тдст^ застосування методу планування експерименту отримано регресiйнi рiвняння, яш дають змогу оцiнити взаемовплив густини струму, кислотностi та температури електроль ту на внутрiшнi напруження у поверхневих шарах рiзноl товщини насталених автомобшьних деталей. За результатами ана-лiзу регресiйних рiвнянь й оцшки числових значень та знакiв 1х коефiцiентiв з'ясовано, що для рiзноl товщини покриття сила й характер впливу чинниюв е неоднаковими, що дасть змогу вдосконалити технолопчш процеси вдаовлення автомобшь-них деталей електролгшчним нарощуванням.

Ключовi слова: густина струму; температура та кислоттсть електролпу; товщина покриття; рiвняння регресп.

Вступ. Статистичш данi свiдчагь, що до 70 % деталей автомобшв, яш вiдпрацювали один цикл експлу-агацil, може бути вiдновлено за собiвартiстю, яка не пе-ревищуе 30 % вiд нових (Polianskyi et а1., 2012), що еко-номiчно виправдано в сучасних умовах. З огляду на це електролггачне залiзо (тверде насталювання) е дуже важливим магерiалом для нарощування та змiцнення деталей завдяки висошй гехнiко-економiчнiй ефектив-носгi процесу його отримання, на який впливае багато чиннишв.

Аналiз останнiх досл1джень та публшацш. У роботах (Me1kov, 1971; НопЛаго^ 2008; Po1ianskyi, 2004) дослвджено вплив рiзних чиннишв на експлуатацшш показники насталених покрить деталей, але вони прово-дилися методами однофакторного або послвдовного ек-сперименгiв. Результата таких дослвджень представлено великою юльшстю графшв, за якими важко визна-чити числовi значения показнишв для нового поеднан-ня чиннишв, що 1х визначають. Це й визначае актуаль-нiсгь питання.

Мета дослiдження - визначити комплексний вплив

вагомих чиннишв на внутр1шш розтягувальш напруження у поверхневих шарах насталених деталей за pi3-но1 1х товщини.

Результати дослвдження. В1домо (Polianskyi, 2004), що режими електрол1зу впливають на структуру та величину внутршшх напружень свн у поверхневих шарах осаджень, як1 повинш бути мшмальними, оск1льки вони призводять до появи мжротрщин.

На як1сть насталених покритпв великий вплив ма-ють так вагом1 чинники, як густина струму DK, температура електролпу t та його кислоттсть HCl. Тому тд час вивчення складних процеав широко застосовують системний шдхщ вихвдною передумовою якого е прагнення з максимальною повнотою врахувати початков1 та вихщш характеристики об'екта. Найпоширешшим та найефектившшим таким методом е планування експерименту (Krug et al., 1977). За початков1 характеристики для таких дослщжень, а саме впливу перерахованих ви-ще чинник1в на внутршш напруження у насталених покриттях, прийнято залежносп (Melkov, 1971), наведе-m на рисунку.

1нформащя про aBTopiB:

Гудз Густав Степанович, д-р техн. наук, професор. Email: ggudz@polynet.lviv.ua

Герис Микола 1ванович, канд. техн. наук, доцент. Email: mherys@ukr.net

Захара 1гор Ярославович, канд. техн. наук, доцент. Email: texnikigor83@gmail.com

Осташук Микола Михайлович, канд. техн. наук, доцент. Email: miikola.ostashuck.m@gmail.com

Цитування за ДСТУ: Гудз Г. С., Герис М. I., Захара I. Я., Осташук М. М. Комплексний вплив вагомих чиннишв на внутршы

напруження у поверхневих шарах насталених автомобшьних деталей. Науковий вкник НЛТУ Укра'ни. 2017. Вип. 27(6). С. 89-92. Citation APA: Gudz, G. S., Herys, M. I., Zakhara, I. Ia., & Ostashuk, М. М. (2017). The Substantive Factors Complex Influence on the Surface Layers' Internal Tensions in the Steel Hardened Car's Parts. Scientific Bulletin of UNFU, 27(6), 89-92. https://doi.org/10.15421/40270618

^600

Si 500

I iOO

I

^ 300

1

700

a) S 700

5 10 15 20 25 . 30 35 $

Гдетина струму, А/дм

Si

500

biOO

/7

2

500

4.00

300

.1

2 /

/ 5 /

1

2

3

г/п

W

50

70

80

6./ Вмют HCl,

Рис. Вплив густини струму DK (а), температури t (б) i кислотности HCl (в) електролтту на внугрiшнi напруження овн у покриттях завтовшки: 1-2 мкм; 2-10 мкм; 3-20 мкм

Згiдно з теорieю (Krug et al., 1977) значення досль джуваних чинникiв прийнято зображати у кодованому вигляд^ що iстотно полегшуе процедуру статистичного опрацювання результатiв. Запис значень границь irn^-валiв у вщносних одиницях ±1 приводить до стандартно! форми запису матриц планування експерименту, в якiй використовують тшьки знаки. Отже, у табл. 1 наведено дiапазони змiни густини струму DK(x\), кислотностi HCl(x2) та температури i(x3) електролiту для рiзноi тов-щини покриттiв на пiдставi експериментальних даних.

Табл. 1. Дiапазони змiни дослiджуваних чинникiв

PiBeHb Кодоваш значення X, i = 1, 2, 3 Натуральн значення

h = 2, 10, 20 мкм Температура, оС

DK, 2 А/дм2 HCl, г/л h = 2 мкм h = 10 мкм h = 20 мкм

Ниж-нiй -1 5 1 40 50 60

Нульо-вий 0 20 3 55 60 65

Вер- хнш +1 35 5 70 70 70

Табл. 2. Повний чинниковий експеримент 2

№ з/п Змiннi Внущшш напруження у покриттях аен, МПа

h = 2 мкм h = 10 мкм h = 20 мкм

X1 X2 X3 X1X2 X1X3 X2X3 експер. теорет. експер. теорет. експер. теорет.

1 - - - + + + 290 290 275 275 265 265

2 + - - - - + 540 540 485 485 375 375

3 - + - - + - 310 310 245 245 305 305

4 + + - + - - 555 555 455 455 415 415

5 - - + + - - 340 340 465 465 385 385

6 + - + - + - 590 590 675 675 495 495

7 - + + - - + 365 365 435 435 425 425

8 + + + + + + 610 610 645 645 535 535

План повного експерименту для трьох чинниюв, яю змiнюються на двох рiвнях, наведено у табл. 2.

Матриця планування повних чинникових експери-менпв ортогональна, завдяки чому коефiцiенти регресп регресiйного рiвняння визначають за формулою (Krug et al., 1977)

b = 1V xi.yi,i = 0,1,...,k ,

nj=1 " '

де: п - кiлькiсть експериментiв; у, - значення параметра оптимiзацii в i-му експериментi; x. - значення j-го чин-ника в i-му експериментi.

Значення b0 визначаеться як середне арифметичне значень у,.

Розраховаш на основi експериментальних даних значення коефщенпв регресп' дають змогу представити регресшне рiвняння у такому виглядг

Овн =b0 + b1 X1+b2 Х2 + Ьз x3 + b12X1X2 + b13X1X3 + b23X2X3.

Розрахунок коефiцiентiв регресiйних рiвнянь: для покриття завтовшки 2 мкм:

bo = bi = Ь2 = Ьз = bl2 =

290 + 540 + 310 + 555 + 340 + 590 + 365 + 610 3600

8 8

540 - 290 - 310 + 555 -340 + 590 -365 + 610 990

= 450;

88 310 - 290 - 540 + 555 - 340 - 590 + 365 + 610 80

= 123,75;

8

- — = 10; 8

340 - 290 - 540 - 310 - 555 + 590 + 365 + 610 = 210 8 = 8 290 - 540 - 310 + 555 + 340 - 590 - 365 + 610 = -10 8 = 8

= 26,25; = -1,25;

290 - 540 + 310 - 555 - 340 + 590 - 365 + 610 0 n

b" =-i-= 8 =0;

290 + 540 - 310 - 555 - 340 - 590 + 365 + 610 10 ,

=-8-= T=1'25'

Тодi piB^Hra регресп матиме вигляд gbh =450+123,75x1 + 10X2+26,25X3-1,25X1X2+1,25X2X3,

де

Dk - 20 HCl - 3 t - 55

X1 = ———; x2 = —-—; x3

15

2

15

Використовуючи рiвняння регреси, розраховуемо георегичнi значення свнт, МПа, у покриттях завтовшки 2 мкм:

свнтЛ=450-123,75-10-26,25-1,25+1,25=290; авнт2=450+123,75-10-26,25+1,25+1,25=540; овнт3=450-123,75+10-26,25+1,25-1,25=310; овнт4=450+123,75+10-26,25-1,25-1,25=555; свнл,5=450-123,75-10+26,25-1,25-1,25=340; свн.т6=450+123,75-10+26,25+1,25-1,25=590; свнт.7=450-123,75+10+26,25+1,25+1,25=365; авн.т8=450+123,75+10+26,25-1,25+1,25=610.

Оцiнки коефiцiенгiв регресiйного рiвняння незалеж-нi i 1х числовi значення та знаки вказують на силу i характер впливу чиннишв. Чим бшьша величина коефь щента, тим сильнiшим е вплив чинника на параметр оп-гимiзацil. Якщо коефiцiент мае знак "+", то зi збшьшен-ням значення чинника параметр ошгашзацп збшь-шуеться, а якщо " - " - то зменшуеться.

За силою впливу чинники розташовуються в ташй послщовностг густина струму, температура електроль ту, кислотшсть електролiту.

Аналогiчно отримано рiвняння регресп для покриття:

• завтовшки 10 мкм:

свнт =460+105х!-15х2+95х3

• завтовшки 20 мкм:

свнт =400+55^+20х2+60х3.

За силою впливу на вну^шш напруження у пок-риттях завтовшки 10 мкм чинники розташовуються в ташй послщовностг густина струму (Х1), температура електролпу (х3) та кислотнiсть електролiту (х2). При цьому зростання значень чиннишв (Х1) та (х3) призво-

дить до зростання свн, а зростання чинника (х2) - до зменшення.

Стосовно впливу на внутрiшнi напруження у пок-риттях завтовшки 20 мкм чинники розташовуються у ташй иослщовностг температура електролiту, густина струму та кислотшсть електролпу. Зростання величини кожного з чинник1в призводить до зростання внутрш-нiх напружень у покритп.

Висновок. На пiдставi застосування методу плану-вання експерименту отримано регресшш рiвняння для визначення внутршшх напружень рiзноl товщини нас-талених покритпв деталей, як1 дають змогу ощнити ступiнь та характер взаемовпливу на них густини струму, температури та кислотносп електролiту.

Перелш використаних джерел

Polianskyi, O. S., Savchenkov, B. V. & Baitsur, M. V. (2012). Tekhnolohiia vidnovlennia detalei ta remontu avtomobiliv. Khar-kiv: Vyd-vo KhNADU. 320 p. [in Ukrainian]. Melkov, M. P. (1971). Tverdoe ostalivanie avtotraktornykh detalei.

Moscow: Transport. 224 p. [in Russian]. Honcharov, V. H. (2008). Pidvyshchennia resursu transportnoi tekhniky udoskonalenniam tekhnolohii remontu kolinchastykh va-liv. Abstract of Candidate Dissertation for Technical Sciences (05.22.20 - Ekspluatatsiia ta remont zasobiv transportu. Kharkiv, 20 p. [in Ukrainian]. Polianskyi, O. S. (2004). Formuvannia vlastyvostei nadiinosti avtot-raktornykh dvyhuniv u harantiinyi i pisliaharantiinyi periody ekspluatatsii. Abstract of Candidate Dissertation for Technical Sciences (05.22.20 - Ekspluatatsiia ta remont zasobiv transportu). Kharkiv. 34 p. [in Ukrainian]. Krug, G. K., Sosulin, Iu. A. & Fatuev, V. A. (1977). Planirovanie eksperimenta v zadachakh identifikatcii i ekstrapoliatcii. Moscow: Nauka. 207 p. [in Russian].

Г. С. Гудз1, Н. И. Герис2, И. Я. Захара3, Н. М. Осташук1

1 Национальный университет "Львовская политехника", г. Львов, Украина 2Национальный лесотехнический университет Украины, г. Львов, Украина 3Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, Украина

КОМПЛЕКСНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЕСОМЫХ ФАКТОРОВ НА ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ОСТАЛЕННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Исследован актуальный вопрос комплексного влияния режимов электролиза на структуру и величину внутренних напряжений в поверхностных слоях различной толщины осталенных автомобильных деталей. Установлено, что на качество ос-таленных покрытий в значительной степени влияют такие весомые факторы, как плотность тока, температура и кислотность электролита. Для определения комплексного воздействия весомых факторов на внутренние растягивающие напряжения в поверхностных слоях осталенных деталей при различной их толщине применен системный подход, исходной предпосылкой которого является стремление с максимальной полнотой учесть начальные и выходные характеристики объекта. На основании применения метода планирования эксперимента получены регрессионные уравнения, позволяющие оценить взаимовлияние плотности тока, кислотности и температуры электролита на внутренние напряжения в поверхностных слоях различной толщины осталенных автомобильных деталей. По результатам анализа регрессионных уравнений и оценки числовых значений и знаков их коэффициентов выяснено, что для разной толщины покрытия сила и характер влияния факторов являются неодинаковыми, что позволит усовершенствовать технологические процессы восстановления автомобильных деталей электролитическим наращиванием.

Ключевые слова: плотность тока; температура и кислотность электролита; толщина покрытия; уравнения регрессии.

G. S. Gudz1, M. I. Herys2,I. Ia. Zakhara3, М. М. Ostashuk1

lLviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine 2Ukrainian National Forestry University, Lviv, Ukraine 3Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine

THE SUBSTANTIVE FACTORS COMPLEX INFLUENCE ON THE SURFACE LAYERS' INTERNAL TENSIONS IN THE STEEL HARDENED CAR'S PARTS

The parts steel hardening allows to provide them the high indexes of wear resistance, hardness, corrosion resistance; to restore the dimensions and coatings' properties, what is economically justified. However, all galvanic coatings are characterized by the internal stresses, which are accompanied by the tendency of coat cracking, peeling and the fatigue strength level reduce. The main factors, which have an influence on the coatings' properties under the steel hardening, are: the electric current density; the electrolyte acidity and temperature. Until recently, the studies of these factors were carried out by methods of one-factor or sequential experiments, by

the results of which it is difficult to determine their numerical values for a new combination of the factors. Therefore now, during the conceptual studies of complex technical objects, the systemological approach is used, which initial preconditions are in trying to maximally take into account the input and output characteristics of the object. To the most designed and effective methods of the systemological approach implementation should considered the mathematical planning of experiment. In this case, is means as the choice of the number and the conditions of the conducting experiments, as it is necessary and sufficient for the problem solving. The mathematical theory of the experiment, in general case, does not limit, neither the number of investigated factors, nor the number of parameters, which are evaluated and optimized. Consequently, during practical implementation of those theory methods, in order to increase their capacity and efficiency, there is the tendency to reduce both: the number of investigated factors and optimization parameters (output indicators). For this purpose it is widely used: a priori information of the object behavior, the specially designed methods of the non-significant factors isolating (ranking method, expert estimation method, random search, etc.), the transition to a generalized optimization parameter and the consideration some of the optimization parameters as constraints. Therefore, in the article provides a plan for a complete factor experiment for three factors (current density, acidity and electrolyte on the two levels temperature). Working out of the matrix, make it possible to estimate the mutual influence of the above factors on internal stresses in the different thicknesses surface layers of the steel hardened car's parts. According to the results of the regression equations analysis, of the numerical values estimates and of their coefficients signs, it has been established that the nature of such influence and its intensity are qualitatively different in the case of different thicknesses of the coating. This will make possible to improve the technological processes of car's parts restoring by the electrolytic augmentation.

Keywords: electric current density; electrolyte temperature and acidity; coating thickness; regression equation.