CC BY
33
УДК 621.793.74: 620.19
ОЦЕНКА ИЗНОСА СЛОЖНОПРОФИЛЬНОЙ ДЕТАЛИ ПОСЛЕ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ Трифонов Григорий Игоревич,
соискатель, младший научный сотрудник (e-mail: [email protected]) Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина»
г.Воронеж, Россия
В данной статье представлен анализ видов изнашивания шнека транспортирующего конвейера, влияние различных факторов на интенсивность износа винтовой поверхности, разработанные расчетные уравнения по оценке износа сложнопрофильной поверхности шнека после плазменной обработки.
Ключевые слова: покрытие, плазменное напыление, износ, абразив, деталь.
Введение. Со стороны экономической целесообразности восстановление деталей, в частности с помощью газотермического обработки, обусловлено тем, что около половины деталей, поступающие на ремонтные работы, могут быть использованы после восстановления при его себестоимости 15...30% цены новых деталей. При этом стоит отметить, что лишь 5...9% деталей не подлежат восстановлению [1].
Одним из перспективных способов восстановления изношенных деталей является плазменное напыление. В этой связи, вопросы исследования, анализа и увеличения ресурса деталей с помощью плазменного напыления являются весьма актуальными как в теоретическом, так и в практическом отношении [2].
Рассматривая машины и механизмы, которые в виду своих эксплуатационных характеристик подвергаются значительному износу, и вследствие этого нуждаются в восстановлении с помощью напыления износостойких покрытий, стоит особое внимание уделить шнеку транспортирующего конвейера. Данный шнек активно используется в строительных и сельскохозяйственных отраслях промышленности.
Цель работы - анализ видов изнашивания шнека транспортирующего конвейера, влияния различных факторов на износ винтовой поверхности шнека, усовершенствование существующих расчетных уравнений по оценке износа поверхности детали после газотермической обработки.
Исследования. При перемещении абразива различной плотности, фракции и массы по рабочим (винтовым) поверхностям шнека транспортирующего конвейера возникает пара трения «абразивная смесь - плазменное покрытие», и в результате этого взаимодействия изнашивается плазменное покрытие. Известно [3], что плазменное покрытие относят к твердым по-
лимерам, которое получают путём нанесения композитных порошковых материалов. Таким образом, для теоретического представления износа плазменного покрытия рабочих поверхностей шнека необходимо рассмотреть теорию трения и износа полимеров.
Пару трения «абразивная смесь - плазменное покрытие» стоит рассматривать с учетом известных классификаций, изображенных на рисунке 1. Исходя из исследований [4], при перемещении абразивной неоднородной массы по рабочим сложнопрофильным поверхностям шнека происходит абразивное изнашивание плазменного износостойкого покрытия.
Рисунок 1 - Виды фрикционных связей и изнашивания покрытий
В свою очередь И.В. Крагельский называет наиболее характерными видами контакта при абразивном изнашивании упругий контакт и пластический контакт [5].
Работы таких ученых, как Ильюшенко А.Ф., Пузряков А.Ф., Тополян-ский П. А., Табаков В.П., позволили получить представление о влиянии различных факторов на износ плазменного покрытия при трении в паре с абразивом. Краткий анализ работ выше перечисленных ученых представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Факторы, влияющие на износ плазменного покрытия детали при трении в паре с абразивом
Поскольку в данной работе рассматривается износостойкое покрытие плазменного напыления, то к дальнейшему анализу приняты только внутренние факторы покрытия, формируемого на рабочей поверхности шнека горизонтального транспортирующего конвейера, а именно: адгезионная прочность, твердость, шероховатость и толщина покрытия (рисунок 3).
Рисунок 3 - Влияние свойств плазменного покрытия и технологии напыления на параметры износостойкого покрытия
Методики исследования и результаты. Для определения интенсивности абразивного изнашивания при упругом контакте абразивной смеси и плазменного покрытия может использоваться формула [6]:
= (1)
2
где с\ - константа шероховатости; р - контурное удельное давление (Н/м );
2
V - коэффициент Пуассона; Е - модуль Юнга (Н/м ).
Рассматривая формулу (1) стоит учитывать, что в расчетах интенсивности абразивного изнашивания при упругом контакте и уравнениях, описывающих Закон Гука, присутствуют коэффициенты Ламе к и л [7]:
Еу
Х =
(1 + у)(1 - 2у)
Е
(2)
^ 2(1 + у)
?
Рассмотрев коэффициенты Ламе к и ¡, формула (1) примет вид:
1 = с, р (1 - V2) " 2^(1 + V)
При этом контурное удельное давление выражается [8]:
1,4 НВ 2(1 - V2)4
(3)
Р = А2Е4 , (4)
где НВ - твердость по Бринеллю (Мпа); А - комплексная характеристика шероховатости (учитывает остроту выступов и распределение шероховатого плазменного слоя по высоте профиля).
Запишем итоговое расчетное уравнение для определения величины изнашивания при упругом контакте:
" = 0,0875 С1НВ 2(1 - " ^ (5)
" А У(1 + V )4 (5)
?
Интенсивность абразивного изнашивания при пластическом контакте определяется [6]:
1р =
С2 Р
НВ ,
Учитывая формулу (4), уравнение (6) преобразуется:
2
(6)
г 1,4с2НВ(1 - V2)4
= ' 22 ^-^ (7)
Р А >4(1 + V )4 ,
где с2 - константа шероховатости (характеризует поверхность).
Для дальнейшего изучения природы износа газотермических покрытий, и рассмотрения связи между тензором напряжений и тензором деформаций, во главу математического моделирования ставят Закон Гука, который описывают уравнениями с другими постоянными, например, с техниче-
скими модулями Е и V. Эти модули можно выразить через коэффициенты Ламе [7]:
Е = ц(3Я + 2,ц) = Я
Е = Я + ц , ^ 2(Я + ц) (8)
Из формул (4,5,7) можно сделать вывод, что интенсивность абразивного изнашивания плазменного покрытия зависит в основном от твердости и шероховатости поверхности.
Выводы. Проведен анализ видов изнашивания шнека рабочей поверхности шнека. Составлены расчетные уравнения по оценке износа поверхности детали после плазменного напыления, в частности уравнение по определению интенсивности абразивного изнашивания при упругом контакте абразивной смеси и плазменного покрытия и уравнение определения интенсивность абразивного изнашивания при пластическом контакте.
Список литературы
1. Ельцов В.В. Разработка схемы технологического процесса для восстановления деталей машин сваркой: учеб.-метод. пособие / В.В. Ельцов // Тольятти : Изд-во ТГУ, 2013. - 95 с.
2. Трифонов Г.И. Моделирование тепловых процессов в композиции «покрытие-основа» при плазменном напылении / Г.И. Трифонов, С.Ю. Жачкин // Приложение к журналу. Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. - Тамбов, 2018. - Т. 23, №123. - С. 531-534.
3. Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления // Учеб. пособие по курсу «Технология конструкций из металлокомпозитов». 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Е. Баумана, 2008. - 360 с.
4. Жачкин С.Ю. Оценка интенсивности абразивного износа плазменного покрытия / С.Ю. Жачкин, Г.И. Трифонов, С.Н. Шарифуллин // Журнал «Ремонт, восстановление, модернизация». №10. 2018. - С.41-43.
5. Крагельский И.В. Трение и износ / Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.
6. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. - М.: Машиностроение, 1976. - 271 с.
7. Ильюшенко А.Ф. Процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование / А.Ф. Ильюшенко, А.И. Шевцов, В.А. Оковитый, Г.Ф. Громыко // - Минск: Беларус. навука, 2011. - 357 с.
8. Косачев В.Б. Коррозия металлов / В.Б. Косачев, А.П. Гулидов // Новости теплоснабжения. 2002 (17). - № 1. - С. 34-39.
Trifonov Gregory Igorevich, PhD student, junior researcher
(e-mail: [email protected])
Voronezh state technical university, Voronezh, Russia
Military Educational Scientific Center Air Force «Air Force academy name of Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin», Voronezh, Russia
EVALUATION OF WEAR FIGURINE DETAILS AFTER PLASMA SPRAYING
Abstract. This article presents an analysis of the types of wear of the screw conveyor of the conveyor, the influence of various factors on the wear of the screw surface of the screw, the preparation of the estimated equations for the evaluation of wear of geometrically-complex surface of the screw after plasma treatment. Keywords: coating, plasma spraying, wear, abrasive, detail.
