Научная статья на тему 'Математическое описание процесса газопламенного напыления чугунных направляющих скольженияметаллорежущих станков'

Математическое описание процесса газопламенного напыления чугунных направляющих скольженияметаллорежущих станков Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
115
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ / НАПЫЛЕНИЕ ГАЗОПЛАМЕННОЕ / НАПРАВЛЯЮЩИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ / МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ / MATHEMATICAL DESCRIPTION / GAS-FLAME DEPOSITION / SLIDE GUIDES / METAL-CUTTING EQUIPMENT

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Симонова Ю. Э., Ткаченко Ю. С., Пачевский В. М.

В статье представлено математическое описание процесса газопламенного напыления с использованием дозирующего устройства подачи порошка в транспортирующую магистраль, обеспечивающего равномерное перемешивание напыляемого материала различного химического состава с плавным изменением механических свойств

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Симонова Ю. Э., Ткаченко Ю. С., Пачевский В. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MATHEMATICAL DESCRIPTION OF THE GAS-FLAME DEPOSITION PROCESS OF THE PIG-IRON SLIDE GUIDES OF METAL-CUTTING EQUIPMENT

This article presents a mathematical description of the gas-flame deposition process employing a dosing powder supply unit for a transporting duct, providing uniform mixing of the deposed material of various chemical composition, with smooth varying of mechanical characteristics

Текст научной работы на тему «Математическое описание процесса газопламенного напыления чугунных направляющих скольженияметаллорежущих станков»

Технология машиностроения

УДК 621.81:538.3

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ЧУГУННЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ СКОЛЬЖЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ Ю.Э. Симонова, Ю.С. Ткаченко, В.М. Пачевский

В статье представлено математическое описание процесса газопламенного напыления с использованием дозирующего устройства подачи порошка в транспортирующую магистраль, обеспечивающего равномерное перемешивание напыляемого материала различного химического состава с плавным изменением механических свойств

Ключевые слова: описание математическое, напыление газопламенное, направляющие скольжения, металлорежущие станки

За основу при газопламенном напылении были выбраны самофлюсующиеся сплавы, которые нашли большое распространение. Напыление покрытий из этих сплавов с одновременным оплавлением, что характерно для восстановления серого чугуна, позволяет получать покрытия без пор. Основу материала сплавов составляет никель, хром с добавками бора и кремния. Напыление порошков таких сплавов даёт возможность получать покрытия, обладающие высокой износостойкостью, стойкостью к окислению при высоких температурах, коррозионной стойкостью и т. д. Форма частиц порошка, используемого для напыления, должна быть сферическая или комкообразная, так как она обладает хорошей сыпучестью, что позволяет достаточно просто регулировать и поддерживать постоянным расход напыляемого материала. Напыление производилось на симметричную призматическую направляющую марки СЧ21.

При оплавлении происходит формирование износостойкой структуры, основу которой составляют боридные и карбидные фазы высокой твердости. При этом кремний является карбидообразующим легирующим элементом, он входит в твердый раствор с железом и упрочняет его, а бор является составляющим боридной фазы.

Рассмотрим процесс газопламенного напыления с переменной по длине износостойкостью, в котором выходом реакции у является интенсивность изнашивания (I мм/г). Она зависит от концентрации легирующих элементов: х1 - хрома Сг, %; х2 - кремния 81, %; х3 - бора В, %.

Симонова Юлия Эдуардовна - ВГТУ, ст. преподаватель, тел. (473) 246-19-77

Ткаченко Юрий Сергеевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 246-19-77

Пачевский Владимир Морицович - ВГТУ, канд. техн. наук, профессор, тел. (473) 246-19-77

С помощью полного факторного эксперимента найдём математическое описание этого процесса в окрестности точки факторного пространства с координатами х01 = 20; х02 =2,5; х03 = 2.

Математическое описание рассматриваемого процесса будет в виде уравнения регрессии.

У = Ьо + ¿1 Хі + ¿2 X 2 + ¿3 X 3 (1)

При этом кодированные переменные связаны с концентрацией легирующих элементов следующими соотношениями:

д = х1 - х01 д = Х2 - хо2 О = Х3 ~ Хо3

1 Ах1 2 Ах2 Ах3

При проведении полного факторного эксперимента задаем условия, представленные в табл. 1.

Таблица 1

_____________Условия эксперимента________________

Характеристика х1, % Х2, % 0х х

Основной уровень 20 2,5 2,0

Интервал варьирования 5 0,2 0,5

Верхний уровень 25 2,7 2,5

Нижний уровень 15 2,3 1,5

При этом матрицу планирования полного факторного эксперимента возможно представить в следующем виде (табл. 2):

Таблица 2 Полный факторный эксперимент 23

Номер опыта Х1 Х2 Х3

1 + + +

2 - + +

3 + - +

4 - - +

5 + + -

6 - + -

7 + - -

8 - - -

Расчет коэффициентов регрессии, на основании полного факторного эксперимента ведется по стандартной методике.

Для проверки воспроизводимости опытов проводилось по три параллельных опыта в рассматриваемой области изменения влияющих факторов. При этом расчётное значение критерия Кохрена равнялось: Ор = 0,33

Что соответствовало условию:

Ор < О, т.е. 0,33 < 0,516 Следовательно, опыты воспроизводимы, а оценки дисперсий - однородные.

Для вычисления погрешности эксперимента, оценки однородных дисперсий нескольких серий параллельных опытов усредняли, и находили величину оценки дисперсии воспроизводимости

Таким образом = 1,6

Ошибка в определении коэффициентов регрессии вычислялась через нахождение значения критерия Стьюдента 8Ь^ = 1,2 .

Для оценки значимости коэффициентов регрессии необходимо рассмотреть следующие соотношения:

|Ь0| = 16,6 > V

|ь1 = 0,8 >

Ы = 1.3 >

|Ь3| = 2,6 >

Отсюда видно, что все коэффициенты регрессии, за исключением Ьь значимы. Это объясняется тем, что регулирование концентрации хрома в указанных концентрациях не оказывает существенного влияния на выходной параметр. Следовательно, искомое уравнение имеет

вид:

У = 16,6 -1,3X - 2,6X2 Оценка дисперсии адекватности определялась через расчетное значение критерия Фишера, и показала, что уравнение регрессии адекватно:

Бр < Б, т.е. 4,7 < 3,01

Для нахождения значения влияющего фактора, при котором одновременно достигаются экстремумы интересующих нас функций отклика, воспользуемся оптимизацией по методу крутого восхождения. Оптимизация процесса проводилась с учётом ограничений, наложенных на все влияющие факторы и функции отклика.

Здесь выходом реакции у является интенсивность изнашивания (I мм/г), х1 - концентрация кремния 81, %, х2- концентрация бора В, %.

Введём также в рассмотрение функцию отклика у2, характеризующую прочность соединения покрытия с основой. Пусть требуется, чтобы выполнялось условие у2 > 230 МПа.

Допустим, что ограничения на влияющие факторы имеют вид 2,5% < х1 < 3%

1,5% < х2 < 3,5%

Оптимизацию выхода реакции, выражали в интенсивности изнашивания методом крутого восхождения.

В качестве базового фактора возьмём концентрацию кремния в порошке и примем шаг движения на крутом восхождении 0,1%, что удовлетворяет условию Ах* < Ах]

Шаг по концентрации на крутом восхождении равен

Ах 2 = у Ь2 Ах2 Ах 2 = 0,5%

Результаты опытов, выполненных по методу крутого восхождения, приведены в таблице 3.

С использованием физических переменных х1 и х2, а также шагов варьирования, были рассчитаны шаги движения и координаты опытов крутого восхождения в кодированных переменных.

Таблица 3 Результаты опытов по методу крутого

восхождения

Характеристика и номер опыта х1 х2 Х1 Х2 6 у 1 у 2 у 2

Центр плана 2,5 2 0 0 16,6 16,4 40

Интервал варьирования 0,2 0,5 1 1 - - -

Шаг движения 0,1 0,5 0,8 0,5 - - -

Крутое восхождение

Опыт № 1 2,6 2,5 0,8 0,5 14,8 14,6 215

№2 2,7 3,0 1,6 1,0 11,7 11,5 230

№3 2,8 3,5 2,4 1,5 9,3 9,2 196

№4 2,9 4,0 3,2 2,0 6,95 7 180

№5 3,0 4,5 4,0 2,5 5,03 5 142

Оксиды таких металлов, как Бе и N1, взаимодействуя с В и 81 способны образовывать силикаты, что важно в процессе наплавки никелевых материалов, так как шлаки кремния и бора являются флюсом при наплавке, который защищает поверхность наплавляемого металла от окисления и обеспечивает лучшую смачиваемость при наплавке; температура плавления сильно зависит от содержания В и 81. С увеличением доли леги-

рующих элементов, а именно совокупности бора и кремния, температура плавления порошка снижается, что влечет за собой жидкотекучесть порошка.

Для оптимальной жидкотекучести в условиях нанесения покрытия газотермическим методом с одновременным оплавлением процентное содержание бора и кремния (В + 81, %) должно быть в пределах 5 - 6 %. А образованные ими карбидные и боридные фазы могут образовывать хрупкое покрытие. Следовательно,

химический состав должен сохраняться в очень узких пределах.

Литература

1. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. - М.: Машиностроение; София: Техника, 1980. - 304 с.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976, 279 с.

3. Евдокимов Ю.А, Колесников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М., Наука, 1980, 228 с.

Воронежский государственный технический университет

MATHEMATICAL DESCRIPTION OF THE GAS-FLAME DEPOSITION PROCESS OF THE PIG-IRON SLIDE GUIDES OF METAL-CUTTING EQUIPMENT Yu. E. Simonova, Yu.S. Tkachenko, V.M. Pachevsky

This article presents a mathematical description of the gas-flame deposition process employing a dosing powder supply unit for a transporting duct, providing uniform mixing of the deposed material of various chemical composition, with smooth varying of mechanical characteristics

Key words: mathematical description, gas-flame deposition, slide guides, metal-cutting equipment

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.