CC BY
175. Коломейченко, А. В. Устройства для микродугового оксидирования деталей [Текст] / А. В. Коломейченко, В. Г. Васильев, Н. В. Титов, В. Н. Логачев, Н. С. Чернышов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2005. - № 2. - С. 45-46.
УДК 631.316.022.4.004.67:621.793
ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ЛАП КУЛЬТИВАТОРОВ ВИБРОДУГОВОЙ НАПЛАВКОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТАЛЛОКЕРАМИКИ
Титов Н.В., Виноградов В.В., Петриков И.А. Руководитель: Титов Н.В., к.т.н., доцент
ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, д. 69. Телефон: (4862) 43-19-79. E-mail: [email protected]
Лапа культиватора, металлокерамика, вибродуговая наплавка, износостойкость, ресурс, режущая кромка
The paw of a cultivator, metal ceramics, dip-transfer air baffle me, wear resistance, resource, cutting edge
В статье рассмотрены перспективы использования вибродуговой наплавки металлокерамики для повышения износостойкости и ресурса лап культиваторов, работающих в абразивной среде. Разработана технология восстановления и упрочнения стрельчатых лап культиваторов, позволяющая в среднем в 1,8...2,0 раза повысить их ресурс.
The article considers the prospects of the use of vibrato-the creation of surfacing cermets to improve wear resistance and lifetime of the clutches of the cultivators, working in abrasive environment. Scheme has been the technology of restoration and strengthening of the paws cultivate-ditch, allowing an average of 1.8 to 2.0 times to increase their resource/
В сельском хозяйстве Российской Федерации для обработки почвы используется большое количество отечественных и зарубежных культиваторов, рабочими органами которых являются
стрельчатые лапы. Вследствие прямого воздействия абразивных частиц лапы культиваторов интенсивно изнашиваются, их лезвия затупляются, происходит существенное изменение формы, профиля и рабочих размеров (рисунок 1). В результате значительно снижается качество выполняемых полевых работ.
Рисунок 1 - Изношенные стрельчатые лапы культиваторов: 1 - WIL-RICH QUAD X (США); 2 - Lemken Kompaktor (Германия); 3 - типа КПС, КШУ, КРН (Россия)
Ситуация усугубляется тем, что лапы культиваторов и другие рабочие органы почвообрабатывающих машин стали выпускать предприятия, никогда в прошлом этим не занимавшиеся (ремонтные, оборонные и т.д.). Для повышения износостойкости рабочих органов эти предприятия используют различные виды наплавок. Однако, не имея соответствующего оборудования и технологий, качество получаемых покрытий часто не отвечает предъявляемым требованиям (рисунок 2). В результате ресурс лап оказывается крайне низким, что приводит к необходимости их замены по нескольку раз за сезон полевых работ.
Рисунок 2 - Дефекты лап культиваторов, имеющих упрочненные наплавкой режущие кромки: 1 - «наплывы» сварочного материала на режущей кромке; 2 - ненаплавленный участок режущей кромки
В настоящее время перспективным способом упрочнения, позволяющим значительно повысить твердость и износостойкость режущих кромок рабочих органов, является их вибродуговая наплавка (ВДН) с применением металлокерамики (МКМ) [1-3]. При ВДН на упрочняемую поверхность детали в виде пасты наносится МКМ и при горении прямой дуги происходит как термодиффузионное упрочнение поверхности детали легирующими элементами, входящими в состав МКМ, так и наплавка металлокерамических покрытий. Отличительной особенностью ВДН является отсутствие значительного теплового вложения в деталь при упрочнении.
Комплекс проведенных научных исследований и анализ
литературных источников позволили разработать и предложить ремонтному производству технологию восстановления с упрочнением стрельчатых лап культиваторов, позволяющую существенно повысить их ресурс. Разработанная технология включает следующие основные операции: механическую обработку лапы, изготовление компенсирующего элемента, его заточку с образованием режущей кромки и сварку с восстанавливаемой лапой, упрочнение компенсирующего элемента ВДН с использованием МКМ в виде пасты.
Механическую обработку восстанавливаемой стрельчатой лапы проводят для удаления следов износа ее режущей части. При этом целесообразно использовать угловую шлифовальную машину, например, типа МШУ-2-230, и отрезные шлифовальные круги. Использование газопламенной резки при выполнении данной технологической операции нежелательно, так как может произойти деформация лапы, а также выгорание легирующих элементов, углерода и изменение структуры исходного материала.
Компенсирующий элемент, предназначенный для компенсации износа режущей части стрельчатой лапы, изготавливают путем вырубки и изгиба под требуемым углом заготовки из конструкционной легированной стали (например, марок 40ГР или 45Г2) при помощи кривошипно-механического пресса. Использование для изготовления компенсирующего элемента конструкционной легированной стали позволяет повысить износостойкость его верхней лезвийной части, которая не подвергается упрочнению. Форму и размеры компенсирующего элемента выбирают в зависимости от износа лапы. Далее компенсирующий элемент затачивают под требуемым углом с образованием режущей кромки на универсально-заточном станке.
Затем компенсирующий элемент приваривают к восстанавливаемой стрельчатой лапе, используя при этом ручную электродуговую сварку и электроды для углеродистых сталей серии УОНИ диаметром 3 мм. Сила тока при сварке составляет 130...140 А, напряжение - 50...60 В. Приваривание компенсирующего элемента к восстанавливаемой лапе перед ее упрочнением способствует получению более качественного сварного соединения, что также позволяет повысить износостойкость восстановленных и упрочненных стрельчатых лап культиваторов лап в эксплуатации.
После приваривания компенсирующий элемент упрочняют ВДН, используя при этом МКМ в виде пасты. Пасту готовят путем
смешения порошка типа ПГ-10Н-01 (или ПР-Н67Х18С5Р4), являющегося матрицей, с оксидами алюминия Л120з или кремния 8Ю2, карбидом бора В4С, а также азотом и алюминием. Связующей жидкостью для этих компонентов является 50% водный раствор клея ПВА. Пасту наносят шпателем на тыльную сторону компенсирующего элемента со стороны его заточки. Толщина слоя накладываемой пасты - 2,0...2,5 мм, после нанесения она высушивается до затвердевания. При температуре 90...95°С время затвердевания обычно не превышает 8.10 мин.
Оксиды алюминия и кремния, а также карбид бора являются керамическими армирующими элементами МКМ. Применение данных материалов обусловлено их очень высокой твердостью и стойкостью к абразивному и коррозионно-механическому изнашиванию. Оксиды алюминия и кремния имеют более низкую стоимость по сравнению с карбидом бора. Однако при их использовании хуже зажигается и горит дуга, что приводит к некоторому снижению износостойкости упрочненной детали [4]. Азот и алюминий являются легирующими компонентами МКМ. Азот входит в его состав в виде азотнокислого натрия МаМ03 или карбамида (технической мочевины) МН2С0КН2. Алюминий входит в состав МКМ в виде алюминиевого порошка дисперсностью 2 мкм.
Для ВДН используют установку ВДГУ-2, разработанную ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии. Установка содержит инверторный источник тока на 200...250А, пульт управления и вибратор с закрепленным в нем графитовым электродом диаметром 6.10 мм. При работе установки между графитовым электродом и упрочняемой поверхностью с нанесенным слоем пасты зажигают электрическую дугу прямого действия обратной полярности, в результате чего на упрочняемой поверхности из элементов пасты образуется металлокерамическое покрытие. Процесс ведут на следующих режимах: сила тока - 70.80 А, напряжение - 55.60 В, частота вибрации графитового электрода - 25 Гц. Одновременно с образованием покрытия при горении электрической дуги происходит легирование упрочняемой поверхности соответствующими элементами пасты вследствие их термодиссоциации, а также углеродом за счет его диффузии вследствие сублимации графитового электрода. Перемещение графитового электрода позволяет упрочнить всю тыльную поверхность компенсирующего элемента. Толщина полученного
металлокерамического покрытия составляет 0,8.0,9 мм, глубина упрочнения - 1,5.1,6 мм, твердость - 78.80 HRC.
Разработанную технологию можно использовать не только для восстановления с упрочнением изношенных стрельчатых лап культиваторов, но и для упрочнения новых лап. Упрочнение можно осуществлять как в стационарных условиях на специализированных заводах-изготовителях с. -х. техники, так и в небольших мастерских с.-х. предприятий и даже в полевых условиях при наличии источника электроэнергии.
Термодиффузионное насыщение упрочняемой поверхности легирующими элементами пасты и углеродом с одновременным образованием металлокерамического покрытия приводит к увеличению ресурса восстановленных с упрочнением или только упрочненных новых стрельчатых лап культиваторов в среднем в 1,8.2,0 раза. Нанесенное металлокерамическое покрытие состоит из относительно мягкой и эластичной стальной основы (матрицы) и включенных в ее состав сверхтвердых керамических компонентов, образующихся при горении электрической дуги. В результате восстановленные с упрочнением или только упрочненные лезвия лап имеют высокую ударную вязкость.
Литература
1. Титов, Н. В. Метод вибродуговой наплавки металлокерамики деталей техники, работающей в условиях абразивного износа / Н. В. Титов, Н. Н. Литовченко, В. Н. Коротков // Труды ГОСНИТИ, 2013.-Т.111.-Ч.2. - С. 219-222.
2. Титов, Н. В. Упрочнение рабочих органов машин, эксплуатируемых в абразивной среде / Н. В. Титов // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании-2012 : сб. мат. Междунар. науч.-практ. конф. Т. II. Одесса : КУПРИЕНКО, 2012. - С. 46-48.
3. Литовченко, Н. Н. Электровибродуговое упрочнение рабочих органов почвообрабатывающих машин металлокерамическими материалами / Н. Н. Литовченко, Н. В. Титов, А. В. Коломейченко // Тракторы и сельхозмашины, 2013. -№ 2. - С. 49-50.
4. Литовченко, Н. Н. Нанометаллокерамические порошковые композиты - эффективный материал для упрочнения рабочих органов машин / Н. Н. Литовченко, Н. В. Титов, А. В. Коломейченко и др. // Ремонт, восстановление, модернизация, 2013.-№8. - С. 35-38.
