CC BY
13УДК 621.762
Макейкин А.М.
старший преподаватель кафедры технического сервиса машин
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
(г. Саранск, Россия)
МЕТОДИКА ПЛАНИРОВАНИЯ МНОГОФАКТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ХОЛОДНОГО
ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ НА КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛА
Аннотация: данная работа посвящена планированию многофакторного эксперимента по определению влияния технологических режимов холодного газодинамического напыления на коэффициент использования порошкового материала. По результатам исследования планируется получить математическую модель исследуемого процесса, которая будет являться основой для выбора рациональных режимов холодного газодинамического напыления при восстановлении изношенных поверхностей деталей.
Ключевые слова: эксперимент, холодное газодинамическое напыление, технологические режимы, фактор, интервал варьирования, математическая модель.
Технология холодного газодинамического нанесения покрытий - один из наиболее эффективных способов восстановления параметров изношенных поверхностей деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов. Формирование металлических покрытий, при холодном газодинамическом напылении порошков, основано на явлении прилипания движущихся с большой кинетической энергией твердых частиц порошка к поверхности-подложке в процессе их высокоскоростного удара. Данное явление было открыто российскими учеными около 20 лет назад и продолжает исследоваться в настоящее время [1,2].
На процесс образования покрытия методом холодного газодинамического напыления значительное влияние оказывают технологические режимы напыления: рабочее давление, энергетический режим напыления и расход порошкового материала. Поэтому актуальной задачей является проведение исследований по определению таких параметров холодного газодинамического напыления, при которых обеспечивалось максимальная толщина, сплошность и минимальная пористость получаемых покрытий [3,4].
Для получения математической модели процесса образования покрытия методом холодного газодинамического напыления в зависимости от давления, режима напыления и расхода порошка необходимо провести ряд экспериментальных исследований. На начальном этапе необходимо выбрать параметр оптимизации. От правильного выбора параметра оптимизации в значительной мере зависят достоверность и возможность практического использования полученных результатов [5].
За параметр оптимизации предлагается взять коэффициент использования порошкового материала (обозначим символом У). Как параметр оптимизации У соответствует следующим требованиям:
— изменяется при любом изменении (комбинации) факторов, определяющих процесс напыления;
— как параметр оптимизации имеет физический смысл, т.е. обладает возможностью достижения полезного результата определенного свойства;
— статистически эффективный параметр, т.е. измеряется с наибольшей точностью, что позволяет сократить до минимума дублирование опытов;
— однозначный параметр, т.е. максимизирует либо минимизирует только одно свойство процесса [5].
В качестве факторов, определяющих процесс холодного газодинамического напыления взяты: рабочее давление (ХД режим напыления (Х2) и расход порошкового материала (Хз). Исследуемые факторы в действительных и кодированных значениях представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Исследуемые факторы в действительных и кодированных значениях
Уровни Факторы процесса в единицах измерения
Давление, МПа Энергетический режим Расход, г/с
Верхний 0,7 4 0,3
Нижний 0,5 2 0,1
Основной 0,6 3 0,2
Интервал варьирования 0,2 1 0,1
Кодовое обозначение Xi X2 Хз
Для определения интервалов варьирования каждого фактора был проведен предварительный пассивный эксперимент. Условно эксперимент был разделен на 3 части:
— определение влияния давления на коэффициент использования порошкового материала;
— определение влияния режима напыления на коэффициент использования порошкового материала;
— определение влияния расхода порошка на коэффициент использования порошкового материала.
Исследования проводились на установке ДИМЕТ модели 405.
На первом этапе давление изменялось в интервале от 0,1 МПа до 0,9 МПа с шагом 0,1 МПа.За константы были приняты расход 0,3 г/с и энергетический режим 2, 3 и 4.
Второй этап эксперимента заключался в определении влияния энергетического режима на коэффициент использования порошка. За константы были приняты: давления 0,5 МПа и 0,7 МПа, расход порошка 0,3 г/с. Эксперимент проводили по тому же алгоритму, изменяя режим напыления для каждого из выбранных давлений.
На третьем этапе эксперимента определяли влияние величины расхода порошка на коэффициент использования порошка. За константы были приняты:
давление 0,5 МПа и 0,7 МПа, энергетические режимы 2 и 4. Эксперимент проводили для каждого из давлений и энергетических режимов, изменяя величину расхода порошка. Были выбраны значения 0,1 0,3 0,5 и 0,8 г/с.
По результатам пассивного эксперимента были определены интервалы варьирования факторов:
— установлен диапазон рабочего давления от 0,5 МПа до 0,7 МПа, при котором наблюдается стабилизация процесса ХГДН и коэффициент к стремится к максимальному значению. Максимальное значение к = 28% наблюдается на 4 энергетическом режиме при давлении 0,7МПа;
— был найден диапазон наиболее рациональных энергетических режимов от 2 до 4. Максимальное значение к = 32% было получено при давлении 0,5МПа и энергетическом режиме 5;
— установлен наиболее рациональный диапазон расхода порошка от 0,1 г/с до 0,3 г/с. максимальное значение к = 28% было получено при давлении 0,7 МПа, энергетическом режиме 4 и расходе 0,3 г/с.
Полученные диапазоны технологических режимов холодного газодинамического напыления являются исходными данными многофакторного эксперимента. При проведении многофакторного эксперимента, согласно матрице планирования, необходимо испытать 8 вариантов с различными комбинациями факторов в трехкратной повторности.
По результатам исследования планируется получить математическую модель исследуемого процесса в виде уравнения регрессии, связывающего варьируемые факторы с параметром оптимизации, которая будет являться основой для выбора рациональных режимов холодного газодинамического напыления при восстановлении изношенных поверхностей деталей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Козлов И.А., Лещев К.А., Никифоров А.А., Демин С.А. Холодное газодинамическое напыление покрытий (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. №8 (90). С. 77-93.
2. Ухалин А.С., Куприянов Г.В., Конин Д.И. Влияние технологических режимов холодного газодинамического напыления на прочность сцепления порошкового материала / Ухалин А.С., Куприянов Г.В., Конин Д.И. // Ремонт, восстановление, модернизация. 2011. №10. С. 15-18.
3. Иванов В. И., Костюков А. Ю., Денисов В. А., Раков Н. В., Потапов А. В. Применение электроискрового и холодного газодинамического метода нанесением металлопокрытий при ремонте блоков цилиндров // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2012. № 3. С. 11-15.
4. Бурумкулов Ф. Х., Сенин П. В., Раков Н. В., Макейкин А. М. Повышение надежности головок блока цилиндров комплексным ремонтом с применением прогрессивных методов восстановления деталей // Труды ГОСНИТИ. 2013. Т. 111. № 2. С. 004-008.
5. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий/ Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский // М.: Издательство «Наука». 2004. С. 624.
Makeykin A.M.
senior lecturer of technical service machines chair National Research Mordovia State University (Saransk, Russia)
METHODOLOGY FOR PLANNING MULTIFACTORIAL EXPERIMENT OF INFLUENCE OF COLD GAS DYNAMIC
SPRAYING MODE ON COEFFICIENT OF MATERIAL USAGE
Abstract: this work is dedicated to the planning of multifactor experiments to determine the influence of technological regimes of the cold gas dynamic spraying by a factor of uses of the powder material. According to a study scheduled to get a mathematical model of the process, which will be the basis for selection of efficient routines for the cold gas dynamic spraying recover a worn-out surfaces of the parts.
Keywords: experiment, cold gas dynamic spraying, technological modes, factor, variation/interval, mathematical model.
