CC BY
29
••• Известия ДГПУ, №3, 2009
УДК 621.436
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОПОР СКОЛЬЖЕНИЯ ВАЛОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПРИВАРКОЙ СПЕЧЕННОЙ ПОРОШКОВОЙ ЛЕНТЫ
© 2009 Мусагаджиев А.М., Хаппалаев А.Ю., Кораблин А.В.*
Дагестанский государственный педагогический университет ^Астраханский государственный технический университет
Рассмотрены вопросы оптимизации процесса восстановления опор скольжения коленчатого вала в блок-картере дизелей наиболее нагруженной детали (знакопеременные нагрузки, термические напряжения, структурные изменения). Вопросы оптимизации были рассмотрены на базе применения новых материалов восстановления и способа их приварки на изношенную поверхность детали.
The authors of the article consider the problems of creation technology and optimization of modes of restoration process of support of sliding of a cranked shaft in the block-crankcase of diesel engines of the most loaded detail (sign-variable loadings, thermal pressure, structural changes). The problems of optimization were studied on the basis of application of new materials of restoration and the way of their welding on the worn out surface of the detail.
Ключевые слова: восстановление, приварка, лента, опора, дизель, чугун, порошок.
Keywords: reconstruction, stud welding, band, support, diesel engine, cast iron, powder.
Восстановление исходных
размеров, форм поверхностей и их взаимного расположения у изношенных опор скольжения валов двигателей внутреннего сгорания
(ДВС) крайне важно, что обусловлено
высокой стоимостью корпусных деталей, составляющей 70%
стоимости дизеля. Как правило, из дизелей, поступающих на капитальный ремонт, до 20% требуют восстановления соосности и макрогеометрии коренных опор коленчатого вала блок-картеров.
Поэтому разработка технологии и оптимизация режимов восстановления опор скольжения валов в блок-картере является актуальной научнотехнический задачей. Нами был
проведен анализ (более 20) известных
методов восстановления
первоначальных размеров изношенных деталей. Как наиболее перспективный был выбран способ восстановления электроконтактной приваркой
порошковых стальных лент, позволяющий варьировать в широких пределах состав соответственно свойствам приваренного слоя.
Решать вопросы оптимизации можно на базе применения новых материалов восстановления и способа их нанесения на изношенную поверхность деталей, отлитых из серого чугуна с применением в качестве
восстановительного материала СПЛ марок ЛС-02Х5Н4, ЛС-03Х4НЗ и ЛС-03Х2Н1 с содержанием: углерода 0,02^0,03%; кремния 0,1; марганца
0,3^1; хрома 1,6^5,9; никеля 1,2^4,9; кислорода 0,2; серы и фосфора не более 0,02%, пористостью до 20% и толщиной (0,8-1,2)±0,1мм.
С учетом того, что после наплавки нанесенный слой подлежит
растачиванию режущим лезвийным инструментом и хонингованию, то параметрами оптимизации стали:
У1 - РСр - усилие на срез, МПа,
У2 - твердость приваренного слоя, НВ,
УЗ - Р2 - усилие резания, Н, а в качестве независимых факторов, влияющих на параметры
оптимизации, приняты следующие величины:
XI - 1 - сила сварочного тока, А,
Х2 - Ш - длительность импульса,
с;
ХЗ - Рэ - сила прижатия электродов,
Н.
С помощью пробных опытов производились уточнение значений силы тока, давления электродов и длительности импульса, при которых у большинства лент не производилась приварка, а также определение граничных значений этих параметров, при которых наблюдается выплеск отбеленного чугуна («прошивка ленты»), смятие, отслаивание ленты. Таким образом была определена область определения параметров У1, У2, У3. Эксперимент основан на методе Гаусса-Зейделя
(трехфакторный, табл. 1).
Таблица 1 Основные уровни значений входных, управляемых факторов
Характеристика Фактор
I Рэ Ш
Обозначение Хі Х2 Хз
Единицы измерения А Н с
Максимальное значение 700 200 0,20
Минимальное значение 300 40 0,04
Нижний уровень х, = -1 400 80 0,08
Верхний уровень х, = +1 600 160 0,16
Нулевой уровень х, = 0 500 120 0,12
Интервал варьирования, Дх, 100 40 0,04
Оптимальные режимы приварки, полученные в ходе постановки эксперимента, для составов ЛС-
02Х5Н4, ЛС-03Х4Н3 и ЛС-03Х2Н1 приведены в таблице 2.
Таблица 2 Оптимальные режимы приварки СПЛ
Параметры Марки СПЛ
ЛС-03Х2Н1 ЛС-03Х4Н3 ЛС-02Х5Н4
I, кА 6 6 6
Рэ, МПа 0,8 0,8 0,8
и мс О, 2, 2,0 О, 2,
Дополнительно отметим, что в трибосопряженной паре вал - втулка основным критерием качества, наряду с адгезией и когезией, является твердость восстановленной поверхности. Так восстановленный слой подвергся измерениям твердости по толщине. Результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3 Твердость по толщине приваренного слоя, НВ
Марки СПЛ Толщина слоя, мм
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Пористость %
ЛС-03Х2Н1 178 211 245 267 314 362 342 18
ЛС-03Х4Н3 182 226 250 295 328 395 360 19
ЛС-02Х5Н4 191 239 266 322 350 448 371 19
Зависимость усилия среза от
величины сварочного тока и
длительности сварочного импульса, определенная в ходе
экспериментальных исследований, представлена в таблицах 4 и 5.
Как видно из полученных результатов, твердость имеет различные значения, что говорит о переходных состояниях из перлитнографитной структуры в мартенситно-графитную зону с различными мелкодисперсными включениями (феррит, графит, углерод). Учитывая полученные результаты и опираясь на параметры режима
восстановления, можно определить
наиболее оптимальные параметры твердости восстанавливаемой
поверхности.
Итак, с увеличением силы тока (прямо пропорционально ей) увеличиваются площадь и глубина
проплавляемого металла, т.е. зона диффузии, и возрастает усилие на срез, а также наблюдается повышение твердости с 170-240 НВ до 560 НВ.
Таблица 4 Зависимость усилия среза от величины сварочного тока (Яср в кН,
площадь отпечатка Эотп в мм2)
I, кА ЛС-03Х2Н1 ЛС-03Х4Н3 ЛС-02Х5Н4
Р ср Эотп Р ср Р ср Эотп
3 16,6 13 15,5 3 16,6 13
4 16,9 15 17,7 4 16,9 15
5 17,3 17 20,2 5 17,3 17
6 21,4 25 23,0 6 21,4 25
7 26,3 30 25,0 7 26,3 30
Таблица 5 Зависимость усилия среза от длительности сварочного импульса (Рср в кН, площадь отпечатка Эотп в
мм2)
и, мс ЛС-03Х2Н1 ЛС-03Х4Н3 ЛС-02Х5Н4
Р ср Эотп Р ср Эотп Р ср Эотп
2 11,5 9 13,0 8 17,1 14
4 19,6 14 18,4 16 18,5 16
6 22,9 19 21,6 18 22,9 21
8 ,8 СО 2 20 ,8 сС 2 23 ,8 1-0 2 23
10 28,8 30 30,7 26 32,2 26
Однако при больших значениях силы сварочного тока в материале
детали увеличивается вероятность превращения перлита в мартенсит, при этом происходит увеличение объема, что создает дополнительные растягивающие напряжения в сварочной ванне и может снизить адгезионную прочность сцепления восстановленного слоя с материалом основы.
Как видно из результатов работы, при оптимизации процесса происходит сужение области работы, т.е. уменьшается время процесса, объем работы, и повышается степень надежности и качество работы за счет управления свойствами покрытия, что, как правило, приводит к получению качественных
поверхностей, обладающих ресурсом не ниже, чем у новых деталей, а зачастую, по отдельным параметрам, и превосходящих новые детали.
Приведенное выше решение является на сегодняшний день одним из путей повышения качества продукции. Данное направление неизбежно в скором времени получит новый виток развития, так как требования к повышению качества изготовления продукции, ее ремонту по причинам безопасности, рентабельности и т.д. становятся с каждым днем более жесткими.
Статья поступила в редакцию 25.08.2009 г.
