CC BY
22
9. Одарченко И.Б., Жаранов В.А., Прусенко И.Н. Расширенная оценка технологической сложности отливок на основе применения методов нейросетей // Современные проблемы машиноведения: материалы XIII междунар. науч.-техн. конф. (научные чтения, посвящ. 125-летию со дня рождения П.О. Сухого). Гомель: Гомел. гос. техн. ун-т им. П.О. Сухого, 2020. С. 102-105.
10. Тен Э.Б., Белов В.Д. Разработки в области стального и чугунного литья // Литье и металлургия. 2013. № 3S (72). С. 50-53.
References
1. Mikhal'chenkov A.M., Tyureva A.A., Kozhukhova N.Yu. Spetsifichnost' svoystv serogo chuguna s plastinchatym grafitom // Konstruirovanie, ispol'zovanie i nadezhnost' mashin sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya. 2021. № 1 (20). S. 5-10.
2. Smironov A.N., Leyrikh I.V. Proizvodstvo otlivok iz chuguna: ucheb. posobie / M-vo obrazovaniya i nauki Ukrainy. Donetsk: Donets. nats. tekhn. un-t, 2005. 245 s.
3 Girshovich N.G. Spravochnikpo chugunnomu lit'yu. 3-e izd., pererab. i dop. L.: Mashi-nostroenie, Leningradskoe otdelenie, 1978. 758 s.
4. Lamasov A.A., Ostrov E.I. Proizvodstvo avtomobil'nykh otlivok iz serogo chuguna (iz opy-ta ZILa). M.: Mashinostroenie, 1964. 144 s.
5. Senchenko V.T., Yatsenko A.A., Sinev Yu.A. Proizvodstvo otlivok iz chuguna. Ch. 1: Pis'mennye lektsii. SPb.: SZTU, 2001. 56 s.
6. Khudokormov D.N. Proizvodstvo otlivok iz chuguna: ucheb. posobie. Minsk: Vysheyshaya shkola, 1987. 198 s.
7. Potanin S.L. Tekhnologiya izgotovleniya chugunnykh otlivok v peschanye formy: uchebnoe posobie k raschetno-graficheskoy rabote. Yaroslavl': Yaroslavskiy politekhnicheskiy institut, 1992. 80 s.
8. Loshchinina O.A., Ignat'ev D.A. Issledovanie vliyaniya ispol'zovaniya razlichnykh svyazuyushchikh dlya povysheniya tochnosti izgotovleniya otlivki //Molodezhnyy nauchnyy forum: tekhnicheskie i matematicheskie nauki. 2016. № 11 (40). S. 127-134.
9. Odarchenko I.B., Zharanov V.A., Prusenko I.N. Rasshirennaya otsenka tekhnologicheskoy slozhnosti otlivok na osnove primeneniya metodov neyrosetey // Sovremennye problemy mashi-novedeniya: materialy XIII mezhdunar. nauch. -tekhn. konf. (nauchnye chteniya, posvyashch. 125-letiyu so dnya rozhdeniya P.O. Sukhogo). Gomel': Gomel. gos. tekhn. un-t im. P.O. Sukhogo, 2020. S. 102-105.
10. Ten E.B., Belov V.D. Razrabotki v oblasti stal'nogo i chugunnogo lit'ya // Lit'e i metal-lurgiya. 2013. № 3S (72). S. 50-53.
УДК 631.312.021.3 DOI: 10.52691/2500-2651-2022-92-4-60-65
ОБЗОР И АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ
ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ПЛУЖНЫХ ЛЕМЕХОВ
Review and Analysis of Some Technologies to Increase the Durability and Productivity
of Ploughshares Restoration
Коршунов В.Я., д-р техн. наук, профессор Korshunov V.Ya.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Аннотация. Рассмотрены технологии нанесения карбидов титана и вольфрама на рабочую поверхность лемеха, который осуществляется вакуумно-дуговым способом, а также нанесение на его поверхность алмазно-никелевого слоя с помощью гальваностегии. Экспериментальные результаты, проведённые на установке для изучения процессов трения, пока-
зали повышение износостойкости в 1,4-3 раза. Далее рассматривалась технология нанесения на наплавленную на стальной образец тонкого слоя меди, которая снижает коэффициент трения и вызывает проскальзывание значительного количества абразивных частиц и соответственно снижения скорости абразивного износа изделия. Многоэлектродная наплавка значительно повышает производительность процесса и за счёт возможности легирования шихты различными материалами повысить долговечность лемехов и отвалов в 4 раза. При этом уменьшается суммарное тепловыделение, что снижает деформацию детали, значительно снижается глубина проплавления основного металла, снижается расход электроэнергии на килограмм наплавленного металла, улучшается качество наплавленного слоя. Возможность подачи легирующей шихты в слой флюса почти в два раза снижает стоимость наплавленного металла, улучшает использование электроэнергии. Применение рассмотренных технологий может значительно повысить износостойкость почвообрабатывающих орудий при их эксплуатации и ремонте при обработке различных типов почв.
Abstract. The technologies of applying titanium and tungsten carbides to the working surface of a ploughshare, which is carried out by vacuum-arc method, as well as applying a diamond-nickel layer to its surface using electroplating, are considered. The experimental results carried out at the installation for the study of friction processes showed an increase in wear resistance by 1.4-3 times. The technology of applying a thin layer of copper deposited on a steel sample was also thought-out, which reduces the friction coefficient and causes a significant amount of abrasive particles to slip and, accordingly, reduce the rate of abrasive wear of the product. Multi-electrode surfacing significantly increases the productivity of the process and, due to the possibility of alloying the charge with various materials, increase the durability of ploughshares and dumps by 4 times. At the same time, the total heat release is lowered, which reduces the deformation of the part, the depth of penetration of the base metal is considerably decreased, the energy consumption per kilogram of the deposited metal is reduced, the quality of the deposited layer is improved. The possibility of feeding the alloying charge into the flux layer almost halves the cost of the deposited metal, improves the use of electricity. The application of the technologies considered can significantly increase the wear resistance of tillage tools during their operation and repair when treating various types of soils.
Ключевые слова: долговечность, почвообрабатывающие орудия, карбид титана, карбид вольфрама, алмазно-никелевый слой, медь, многоэлектродная наплавка.
Keywords: durability, tillage tools, titanium carbide, tungsten carbide, diamond-nickel layer, copper, multi-electrode surfacing.
Введение. Изнашивание абразивными частицами почвообрабатывающих орудий является главным фактором, ограничивающим срок их службы. Быстрый износ почвообрабатывающих орудий вызывает необходимость их восстановления или изготовления новых. Кроме этой проблемы износ плужных лемехов, фрез, лап культиваторов и других орудий значительно снижает качество обрабатываемой почвы. Поэтому в данной работе поставлена задача сделать обзор применения существующих технологий по упрочнению и восстановлению изнашиваемых поверхностей при изготовлении и ремонте почвообрабатывающих орудий. Это даст возможность специалистам, работающим в данной области народного хозяйства, более широкий выбор технологий упрочнения и восстановления почвообрабатывающих орудий, с учётом технических условий производства.
Материалы и методы. Существуют различные технологии упрочнения поверхностей: химикотермическая обработка стали. поверхностное пластическое упрочнение деталей (ППД), нанесение покрытий карбида титана (TiC) или вольфрама (WC), а также различных износостойких плёнок, широкослойная наплавка различных сплавов и марок сталей. В данной работе будут рассматриваться несколько технологий повышения долговечности, которые могут дать возможность повысить износостойкость почвообрабатывающих орудий при их изготовлении или восстановлении.
Нанесение покрытий карбида титана или вольфрама можно осуществлять на установках типа Булат, которая работает следующим образом. Нанесение покрытий (катодно-дуговое осаждение) осуществляется вакуумно-дуговым способом — это физический метод
нанесения покрытий (тонких плёнок) в вакууме, путём конденсации на подложку (изделие, деталь) материала из плазменных потоков, генерируемых на катоде-мишени в катодном пятне вакуумной дуги сильноточного низковольтного разряда, развивающегося исключительно в парах материала электрода. Пример орудия с нанесённым покрытием НС на рабочую поверхность [1, 2] показан в виде чертежей на рисунках 1,2.
В последнее время широко стали использоваться инструменты, которые получают осаждением на корпус алмазно-никелевого слоя методом гальваностегии. При этом методе при производстве инструментов алмазно-никелевый слой можно осаждать толщиной в 1-2 мм. В общем случае под нанесением алмазно-никелевого слоя на рабочую поверхность инструмента понимают всю совокупность технологических приемов, которые приводят к осаждению алмазно-гальванического покрытия, т.е. закрепление и заращивание никелем алмазных зёрен на корпусе инструмента (катоде). В данной работе, выше описанные методы, были применены для получения образцов круглого сечения, изготовленных на промышленном предприятии, для исследования этих образцов на абразивную износостойкость и применении в дальнейшем этих результатов в почвообрабатывающих орудиях. Чертежи некоторых орудий с нанесённым алмазно-никелевым слоем [3,4] размещены на рисунках 3,4.
Рисунок 1 - Г- образный нож ротационного
плуга
Рисунок 2 - Долото рыхлителя чизельного плуга
Рисунок 3 - Лемех плоский картофелекопателя
Рисунок 4 - Лемех треугольный для почвообрабатывающих орудий
Одним из эффективных способов получения положительных триботехнических характеристик поверхностей трения является покрытие сталь содержащих поверхностей трения пластичных металлов с оптимальной пористостью. Пригодными считаются покрытия, имеющие пористость до 15% при отсутствии особо крупных пор от 0,15 до 0,22 мм. Достоинством этого метода является высокая производительность, экономное расходование электроэнергии, этот метод не приводит к короблению деталей напыляемой поверхности в отличии от методов наплавки.
Другой способ состоит в получении композиционных покрытий с ударным сочетанием пластичных и твёрдых составляющих компонентов недорогим методом с оптимальной поверхностью покрытий [5 - 9].
В настоящее время существует эффективная многоэлектродная технология наплавки изношенных поверхностей почвообрабатывающих орудий, в частности плужных лемехов и отвалов [10-15]. Этот способ ещё называют наплавкой расщеплённым электродом. При этом способе можно одновременно использовать при наплавке 4-15 электродов и более разных диаметров.
Наплавка низкоуглеродистой проволокой по слою легирующего порошка позволяет использовать доступные и недорогие ферросплавы, а порой и оксиды; создавать необходимые композиции сплавов защитного покрытия прямо на поверхности заготовок в ходе самого процесса; стоимость наплавленного металла в 1,5 раза и более по сравнению со стоимостью сплавов, получаемых при наплавке порошковой или легированной проволокой, компенсировать долю участия основного металла в наплавленном подачей соответствующего количества порошка и получить уже в первом на 90-95% его толщины наплавленный металл необходимого состава; снижать температуру ванны жидкого металла, измельчать структуру и уменьшать зону термического влияния. При этом способе наплавки многоэлектродная наплавочная головка оборудована специальным механизмом, позволяющим включать и отключать подачу проволок в зону восстановления изношенных поверхностей. Управление механизмом подачи проволок осуществляется автоматически. Для подачи на поверхность шихты с легирующими элементами использован специальный дозатор. Слой шихты засыпают флюсом АН - 348. Режим наплавки; постоянный ток обратной полярности, зависящий от диаметра проволоки и скорости её подачи, марка проволоки СВ-08, число 12 шт., напряжение наплавки 30 В Наплавленный слой имел состав У55Х12Г10С (состав можно регулировать, изменяя легирующие элементы и их количество в шихте). С учётом непредвиденных остановок, производительность установки составляет 200 шт. за рабочую смену. В год, с учётом праздничных и дней на техническую профилактику, установка может восстанавливать 20 - 22 тысячи лемехов в год.
Результаты и их обсуждение. Результаты экспериментальных испытаний образцов в среде масла с добавлением абразива по контр телу (закалённая сталь 45) показали: что образцы с покрытием плёнкой ТЮ снизили скорость износа в 1,4-1,7 раза, а образцы с алмазно-никелевым слоем повысили износостойкость в 3 раза.
По такой же методике испытывались образцы с нанесённым на них наплавочным материалом, на который потом напылялась тонкая медная плёнка толщиной 1-5 мкм. Эта плёнка значительно снижала коэффициент в зоне трения, что вызывало проскальзывание определённой части абразивных частиц, а не снятия субмикростружек с материала изделия. Износостойкость образцов повышалась при этом в 1,5-2 раза. Такую технологию можно попытаться использовать не только в почвообрабатывающих орудиях, но и некоторых деталях сельхозтехнике.
Технология многоэлектродной наплавки, разработанная для восстановления изношенных лемехов и отвалов плугов, прошла проверку в сельском хозяйстве [11,15]. Испытание наплавленных лемехов показало увеличение их износостойкости по сравнению с не наплавленными в 4 раза. Предварительный экономический расчёт показал, что в современных ценах на этой установке, с такой произволительностью, можно получать до 3-х млн. рублей в год финансовой прибыли. Обеспечивая восстановленными плужными лемехами Брянскую и приграничные районы соседних областей.
Выводы. Обзор и анализ существующих технологий показал, что их использование может принести, при положительном эффекте в сельском хозяйстве, значительное повышение износостойкости почвообрабатывающих орудий, снижения их расхода при обработке почвы и принести значительный экономический эффект.
Библиографический список
1. Г- образный нож ротационного плуга: пат. 187617 Рос. Федерация / Коршунов В.Я., Коршунова Г.Н.; заявитель и патентообладатель Брянский государственный аграрный университет - № 2018139131; заявл. 6.11.2018; опубл. 13.03.2019, Бюл. № 8.
2. Долото рыхлителя чизельного плуга: пат. 200473 Рос. Федерация / Коршунов В.Я., Орехова Г.Н.; заявитель и патентообладатель Брянский государственный аграрный университет - № 2020111770; заявл. 20.03.2020; опубл. 26.10.2020.
3. Лемех плоский картофелекопателя: пат. 204636 Рос. Федерация / Коршунов В.Я.; заявитель и патентообладатель Брянский государственный аграрный университет - № 2020139822; заявл. 2.12.2020; опубл. 2.6.2021, Бюл. № 16.
4. Лемех треугольный для почвообрабатывающих орудий: пат. 186930 Рос. Федерация / Коршунов В.Я., Коршунова Г.Н.; заявитель и патентообладатель Брянский государственный аграрный университет - № 2018139151; заявл. 6.11.2018; опубл. 11.2.2019. Бюл. № 5.
5. Погонышев В.А., Логунов В.В. Повышение износостойкости шеек коленчатого вала путём нанесения плёнок пластичных металлов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 6 (102). С. 47-48.
6. Погонышев В.А. Повышение износостойкости восстановленных узлов трения сельскохозяйственных машин фрикционным нанесением пленок пластичных металлов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Калинин, 1990. 24 с.
7. Способ гашения колебаний: пат. 2126916. Рос. Федерация / Погонышев В.А., Хар-ченков В.С., Матанцева В.А., Романеев Н.А., Хохлов А.Г.; заявитель и патентообладатель Брянская государственная сельскохозяйственная академия; заявл. 31.05.96; опубл. 27.02.99, Бюл. № 6.
8. Корпус плуга: пат. 174407 Рос. Федерация: U1 / Ожегов Н.М., Капошко Д.А., Ковалев В.В., Соловьев С.А., Слинко Д.Б., Кабанова Л.Н.; заявитель и патентообладатель Брянская государственная сельскохозяйственная академия - № 20171117974; заявл. 07.04.2017; опубл. 12.10.2017.
9. Погонышев В.А. Повышение износо- и фреттингостойкости деталей машин модифицированием поверхностей: автореф. дис. . д-ра техн. наук. Брянск, 2000. 40 с.
10. Исследование фреттингостойкости плёнок пластичных металлов / В.А. Ермичев, В.С. Харченков, В.А. Погонышев, Н.А. Романеев, В.И. Лемешко // Трение и износ. 1998. Т. 19, № 3. С. 398.
11. Емельянов В.П. Многоэлектродная электродуговая и электрошлаковая наплавка под флюсом // Труды Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. М.: Трансжелдориздат, 2006. Вып. 239. С. 4-51.
12. Сущенко А.П. Автоматическая многоэлектродная наплавка износостойких сплавов. Ташкент: Госиздат Уз.Р, 2007. 39 с.
13. Меликов В.В., Чалабаев Х.Ч. Автоматическая наплавка износостойких сплавов. Ташкент: Узбекистан, 2009. 111 с.
14. Сущенко А.П., Сущенко С.А. Деформация пластин при многоэлектродной наплавке // Сварочное производство. 2006. № 1. С. 25-27.
15. Чалабаев Х.Ч., Меликов В.В. Широкослойная автоматическая наплавка. Ташкент: Узбекистан, 2012. 142 с.
16. Меликов В.В. Многоэлектродная наплавка. М.: Машиностроение, 2014. 144 с.
17. Методы наплавки износостойких покрытий на поверхности деталей почвообрабатывающих машин / Д.А. Капошко, А.А. Воронин, В.В. Ковалев и др. // Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. Брянск: Изд-во Брянский ГАУ, 2016. С. 5-16.
References
1. G- obraznyy nozh rotatsionnogopluga: pat. 187617 Ros. Federatsiya /Korshunov V.Ya., Korshunova G.N.; zayavitel' i patentoobladatel' Bryanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet -№ 2018139131; zayavl. 6.11.2018; opubl. 13.03.2019, Byul. № 8.
2. Doloto rykhlitelya chizel'nogo pluga: pat. 200473 Ros. Federatsiya / Korshunov V.Ya., Orekhova G.N.; zayavitel' i patentoobladatel' Bryanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet - № 2020111770; zayavl. 20.03.2020; opubl. 26.10.2020.
3. Lemekhploskiy kartofelekopatelya: pat. 204636 Ros. Federatsiya /Korshunov V.Ya.; zayavitel' i patentoobladatel' Bryanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet - № 2020139822; zayavl. 2.12.2020; opubl. 2.6.2021, Byul. № 16.
4. Lemekh treugol'nyy dlya pochvoobrabatyvayushchikh orudiy: pat. 186930 Ros. Federatsiya / Korshunov V.Ya., Korshunova G.N.; zayavitel' i patentoobladatel' Bryanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet - № 2018139151; zayavl. 6.11.2018; opubl. 11.2.2019. Byul. № 5.
5. Pogonyshev V.A., Logunov V.V. Povyshenie iznosostoykosti sheek kolenchatogo vala putem naneseniya plenok plastichnykh metallov // Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya. 2013. № 6 (102). S. 47-48.
6. Pogonyshev V.A. Povyshenie iznosostoykosti vosstanovlennykh uzlov treniya sel'skokho-zyaystvennykh mashin friktsionnym naneseniem plenok plastichnykh metallov: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. Kalinin, 1990. 24 s.
7. Sposob gasheniya kolebaniy: pat. 2126916. Ros. Federatsiya / Pogonyshev V.A., Kharchenkov V.S., Matantseva V.A., Romaneev N.A., Khokhlov A.G.; zayavitel' i patentoobladatel' Bryanskaya gosudarstvennaya sel'skokhozyaystvennaya akademiya; zayavl. 31.05.96; opubl. 27.02.99, Byul. № 6.
8. Korpus pluga: pat. 174407 Ros. Federatsiya: U1 / Ozhegov N.M., Kaposhko D.A., Ko-valev V.V., Solov'ev S.A., Slinko D.B., Kabanova L.N.; zayavitel' i patentoobladatel' Bryanskaya gosudarstvennaya sel'skokhozyaystvennaya akademiya - № 20171117974; zayavl. 07.04.2017; opubl. 12.10.2017.
9. Pogonyshev V.A. Povyshenie iznoso- i frettingostoykosti detaley mashin modifitsiro-vaniem poverkhnostey: avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk. Bryansk, 2000. 40 s.
10. Issledovanie frettingostoykosti plenok plastichnykh metallov / V.A. Ermichev, V.S. Kharchenkov, V.A. Pogonyshev, N.A. Romaneev, V.I. Lemeshko // Trenie i iznos. 1998. T. 19, № 3. S. 398.
11. Emel'yanov V.P. Mnogoelektrodnaya elektrodugovaya i elektroshlakovaya naplavkapod flyusom // Trudy Vsesoyuznogo nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta. M.: Transzheldorizdat, 2006. Vyp. 239. S. 4-51.
12. Sushchenko A.P. Avtomaticheskaya mnogoelektrodnaya naplavka iznosostoykikh splavov. Tashkent: Gosizdat Uz.R, 2007. 39 s.
13. Melikov V.V., Chalabaev Kh.Ch. Avtomaticheskaya naplavka iznosostoykikh splavov. Tashkent: Uzbekistan, 2009. 111 s.
14. Sushchenko A.P., Sushchenko S.A. Deformatsiya plastin pri mnogoelektrodnoy naplavke //Svarochnoeproizvodstvo. 2006. № 1. S. 25-27.
15. Chalabaev Kh.Ch., Melikov V.V. Shirokosloynaya avtomaticheskaya naplavka. Tashkent: Uzbekistan, 2012. 142 s.
16. Melikov V. V. Mnogoelektrodnaya naplavka. M.: Mashinostroenie, 2014. 144 s.
17. Metody naplavki iznosostoykikh pokrytiy na poverkhnosti detaley pochvoobrabatyvay-ushchikh mashin / D.A. Kaposhko, A.A. Voronin, V. V. Kovalev i dr. // Problemy energoobespeche-niya, avtomatizatsii, informatizatsii i prirodopol'zovaniya v APK: sb. materialov mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. Bryansk: Izd-voBryanskiy GAU, 2016. S. 5-16.
УДК 631.794.61 DOI: 10.52691/2500-2651-2022-92-4-65-70
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ И РЕСУРС ВОССТАНОВЛЕННЫХ И УПРОЧНЕННЫХ ДВУХСТОРОННИМ НАПЛАВОЧНЫМ АРМИРОВАНИЕМ СОСТАВНЫХ ЛЕМЕХОВ
Wear Resistance and Service Life of Composite Ploughshares Restored and Reinforced with Double-Sided Surfacing Reinforcement
Михальченков А.М., д-р техн. наук, профессор, Гуцан А.А., аспирант, Козарез И.В., канд. техн. наук, доцент Mikhalchenkov A.M., Gutsan A.A., KozarezI.V.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Аннотация. Проведение вспашки сопряжено, как известно, с большими нагрузками воздействующими на плужные лемеха. Кроме того, данные детали работают в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Эти факторы существенно ограничивают ресурс лемехов, что приводит к излишним затратам времени и экономическим издержкам. В связи с вышеизложенным, отмечается наличие сравнительно большого количества работ, направленных на повышение износостойкости, ресурса и долговечности таких изделий. Особую
