CC BY
34
УДК 621.8.004.67:621.791.76/79
П.И. Бурак, канд. техн. наук А.В. Серов
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПРИВАРКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ И АМОРФНОЙ ЛЕНТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Процессы, связанные с электроконтактной приваркой (далее ЭКП) металлов, могут быть охарактеризованы с помощью математических моделей. Такое моделирование положено в основу метода математического планирования экспериментов. Применяя его, можно значительно сократить объем экспериментальных работ, необходимых для оптимизации основных параметров процесса ЭКП и установления зависимости конечных свойств покрытия от этих параметров [1, 2].
Метод математического моделирования был применен для установления зависимостей прочности соединения покрытия из стальной ленты 50ХФА, толщиной 0,5 мм через аморфную ленту Стемет 1311, толщиной 60 мкм, с цилиндрической основой из стали 45 и глубины зоны термического влияния от мощности источника теплоты и перекрытия сварочных точек.
Электроконтактную приварку производили на установке «011-1-10» «Ремдеталь». Прочность соединения покрытия с основой определяли по методу среза фиксированных площадок. Глубину зоны термического влияния устанавливали на микроскопе «Axiovert 40 MAT».
Условия опытов выбирали таким образом, чтобы удалось раздельно оценить влияние на процесс факторов и взаимодействий (т. е. совместного дей-
ствия двух или более факторов). При этом давление электродов P = 1,5 кН = const; длительность паузы ?п = 0,1 с = const; расход охлаждающей жидкости Уохл.ж = 1,5 л/мин.
В качестве основных факторов, определяющих процесс, были выбраны:
• мощность источника теплоты [3], кДж:
Q = nUItH, (1)
где п — кпд процесса ЭКП, %; U — напряжение, В; I — сила тока, кА; ги — длительность импульса, с;
• коэффициент перекрытия сварочных площадок по диаметру, дп;
• коэффициент перекрытия сварочных площадок между витками приварки,
Основной уровень и интервалы варьирования факторов (табл. 1) выбраны на основании исследований, проводимых с помощью однофакторного эксперимента.
В качестве параметров оптимизации использованы:
• прочность покрытия с основой — Y1, МПа;
• глубина зоны термического влияния — Y2, мкм. Обработка результатов эксперимента включала: кодирование факторов, составление план-матрицы эксперимента, реализацию плана эксперимента, проверку воспроизводимости опытов, проверку адекватности модели, оценку значимости коэффициентов регрессии.
Многочисленные работы, раскрывающие существо технологического процесса восстановления изношенных деталей ЭКП, не дают полной аналитической расчетной формулы для определения частоты вращения n и подачи S электродов с заданными коэффициентами перекрытия сварочных точек по диаметру и сварочных точек между витками приварки.
Для определения продольной подачи сварочных электродов, коэффициента перекрытия сварочных точек по диаметру дп между
Таблица 1
Кодирование факторов
Фактор и единица измерения Ко- довое Ин- тервал Уровни варьирования натуральные Уровни варьирования кодовые
обо- зна- чение варьи- рова- ния Верх- ний Ну- ле- вой Ниж- ний Верх- ний Ну- ле- вой Ниж- ний
Мощность источника теплоты в импульсе Q, кДж * 0,02 0,19 0,17 0,15 + 1 0 -1
Коэффициент перекрытия сварочных площадок по диаметру Х2 0,145 1 0,855 0,71 + 1 0 -1
Коэффициент перекрытия сварочных площадок между витками приварки Хз 0,145 1 0,855 0,71 + 1 0 -1
витками приварки авторами были получены следующие математические зависимости:
(60ц2^Т.
Цп =
кВіп ппВіп _
7І60'
5
^ „п ,2 ИЛИ Ив = >
V120с 2^тп
(2)
(3)
(4)
где 5 — продольная подача, мм/мин; ^ — коэффициент перекрытия; ёт — диаметр сварочной точки, мм; Б — диаметр детали, мм.
Для случая, когда продольная подача 5 электродов при ЭКП устанавливается в миллиметрах на оборот, тогда будет определяться так:
?об
2й т’
где Sоб — продольная подача, мм/об.
(5)
Согласно данным [4], оптимальное значение перекрытия сварочных точек как по диаметру, так и между витками ЭКП равно 0,71й?т или ^ = 0,71.
В соответствии с этим условием качественная ЭКП металлической ленты через аморфный ленточный припой будет обеспечиваться при значениях дп = < 0,71.
Для проверки формул (3) и (5) был произведен расчет вершин цп, по рекомендуемым режимам
ЭКП компактных и порошковых материалов [5] и расчетные значения цп, представлены в табл. 2.
Анализ данных показывает, что расчетные значения величин цп, для диаметров восстанавли-
ваемых деталей от 15 до 130 мм находятся в интервале от 0,07 до 0,68, что обеспечивает оптимальное значение перекрытия сварочных точек как по диаметру, так и между витками приварки. А это зна-
чит, что формулы (3)—(5) можно использовать для прогнозирования качества ЭКП и назначения оптимальной частоты вращения детали и продольной подачи электродов в зависимости от режимов ЭКП и диаметра восстанавливаемой детали (табл. 2).
Далее с учетом величин цп, были получены
следующие уравнения для расчета прочности соединения и зоны термического влияния:
т = 209,853 + 5176 - 355,52дп - 71,4^; (6)
Zзтв = 559,77 + 36466 - 461,21^ - 472д8. (7)
Для проверки полученных уравнений регрессии использовали компьютерные программы 81а1Мюа 6.0 и 8Р88 17.0.
Практическая проверка результатов расчета показала, что значения т и Zзтв, рассчитанные по уравнениям (6) и (7) соответственно, отличаются от значений, полученных экспериментально, не более чем на 4 %, что для оперативных инженерных расчетов может быть признано удовлетворительным.
Анализ результатов расчета и экспериментальных данных показал зависимость т и Zзтв от коэффициента перекрытия сварочных площадок по диаметру дп и коэффициента перекрытия сварочных площадок между витками приварки ц8, которые легко находятся по формулам (3), (4) и (5) с учетом параметров процесса ЭКП и диаметра восстанавливаемой детали. Поэтому полученные результаты целесообразно представить в виде зависимости прочности соединения покрытия с основой (рис. 1) и глубины зоны термического влияния (рис. 2) от величин дп и ц8. Из которых видно, что увеличение дп и до 1 приводит к уменьшению т
и Zзтв, причем т соединения покрытия с основой дп и < 0,71 равнопрочно основному металлу (стали 45), а Zзтв < 0,6 мм.
Таблица 2
Расчетные значения коэффициентов цп и в зависимости от диаметра восстанавливаемой детали
и режима ЭКП, при рабочей ширине электрода Ь = 4 мм
Диаметр детали, мм Частота вращения детали п, об/мин Продольная подача электродов S, мм/об Минимальный диаметр сварочной точки йт, мм Длительность паузы Гп, с Коэффициент перекрытия сварочных площадок по диаметру ^п Коэффициент перекрытия сварочных площадок между витками
15 7...10 2.3 3,1 0,08.0,12 0,14.0,30 8 ,4 0, 2 ,3 0,
20 7...8 3 3,3 0,08.0,12 0, 8 0, 3 О 0,45
30 40 1П 4 3,5 0,08.0,12 2 ,3 0, 8 0, 0,57
40 4.5 4 3,7 0,08.0,12 4 ,3 0, 8 0, 0,54
50 3.4 4.5 3,9 0,08.0,12 2 ,3 0, 6 0, 4 ,6 0, ,51 0,
60 ,5 3, 3 5 4,0 0,10.0,12 3 ,3 0, 4 ,2 0, 0,63
70 ,5 3, ,5 СЧ 40 5 4,2 0,10.0,12 7 ,3 0, 2 ,2 0, 0,60
80 2,0...2,5 6 4,4 0,10.0,12 ,2 0, сК 0, 0,68
100 1,5...2,0 6 4,4 0,10.0,12 ,2 0, 8 0, 0,68
130 0,5...1,0 6 4,4 0,10.0,12 0,07.0,19 0,68
Рис. 1. Зависимости прочности соединения от тепловложений и коэффициентов перекрытия по диаметру и между витками ЭКП:
-----— экспериментальные данные;-------— расчетные данные
Рис. 2. Зависимости протяженности зоны термического влияния от тепловложения и перекрытия сварочных точек:
-----— экспериментальные данные;------— расчетные данные
С учетом этого данные зависимости можно использовать при назначении технологических режимов восстановления деталей ЭКП стальной и аморфной лент.
Список литературы
1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Марков, Ю.В. Грановский. — М.: Мир, 1976. — 270 с.
2. Хайлис, Г.А. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных / Г.А. Хайлис, М.М. Ковалёв. — М.: Колос, 1994. — 170 с.
3. Латыпов, Р.А. Расчетно-экспериментальная оценка качества соединения при электроконтактной приварке стальной ленты к детали через промежуточный слой из металлического порошка / Р.А. Латыпов, П.И. Бурак // Сб. тр. Московского государственного вечернего металлургического института и Союза кузнецов «Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением». — 2004. — С. 121-124.
4. Беречикидзе, А.В. Оптимизация сроков службы чайных машин и усовершенствование технологических процессов восстановления и упрочнения их деталей: автореф. дис. . доктора техн. наук: 05.20.03 / Беречикидзе Автандил Венедиктович. — Тбилиси: Грузин. гос. аграр. ун-т, 1997. — 60 с.
5. Латыпов, Р. Выбор компактных и порошковых металлических материалов и управление качеством покрытий при упрочнении и восстановлении деталей электроконтакт-ной приваркой: автореф. дис. . доктора техн. наук: 05.02.01 / Латыпов Рашит. — М.: Моск. гос. вечер. металлург. ин-т, 2007. — 48 с.
УДК 631.3.004.67
А.С. Дорохов, канд. техн. наук
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина
ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ВХОДНОМ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ СЕЛЬХОЗМАШИНОСТРОЕНИЯ
Характерной особенностью современного контроля качества изделий сельскохозяйственного машиностроения на дилерских предприятиях системы агроснабжения является его гибкость, позволяющая осуществлять быстрый переход от контроля одного типа деталей к другому. Важнейшую роль
в этом процессе приобретают операции контроля размеров деталей, обеспечивающие необходимый уровень качества. К сожалению, имеющиеся механические средства измерений (СИ) не в полной мере обеспечивают требования точности измерений, особенно запасных частей.
