CC BY
4УДК 62-233.132: 629.331
М.Н. Горохова, докторант, ФГБОУ ВПО МГУ Д.Н. Бышов, канд. техн. наук, доцент, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
М.А. Вашурина, ассистент, ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА»
А.А. Горохов, студент, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
РАНЖИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛА ДЕТАЛЕЙ ИМПОРТНОЙ ТЕХНИКИ С НЕОПРЕДЕЛЕННЫМ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ ПО КОСВЕННОМУ ПАРАМЕТРУ
В настоящее время одним из основных резервов повышения эффективности использования техники, экономии материальных, топливно-энергетических и трудовых ресурсов является нанесение металлопокрытий при изготовлении новых и восстановлении изношенных деталей. Экономическая целесообразность восстановления обусловлена возможностью повторного и неоднократного использования 65-75 % изношенных деталей. Себестоимость восстановления не превышает 10-30 % стоимости новых деталей, а расход материалов в 15-20 раз ниже, чем на их изготовление [1].
Однако, в рыночных условиях экономического спада ремонтного производства традиционные технологические решения, ориентированные на массовый и крупносерийный тип, утратили практическую значимость. Реформирование экономики невозможно без развития и совершенствования различных форм хозяйствования, одна из которых - малые экономические структуры, которые рассматриваются в качестве символа производственной мобильности, рыночной гибкости и инновационной восприимчивости. Углубление специализации в научных разработках привело к тому, что во многих случаях малые предприятия работают в неперспективных отраслях и довольно успешно конкурируют на рынках с крупными предприятиями. Массовый выпуск сельскохозяйственной техники вызывает потребность в промышленных услугах по ее ремонту и обслуживанию, которые часто осуществляют малые ремонтные предприятия, так как монополии вынуждены создавать разветвленную сеть филиалов. Особенно остро стоит вопрос нанесения металлопокрытий на детали импортной техники с неопределенным
химическим составом [2].
Известно, что применение присадочных порошков позволяет формировать необходимый химический состав смесей и получать покрытия с заданными физико-механическими свойствами. Однако в процессе намагничивания присадочного материала на изношенные поверхности деталей с неопределенным химическим составом имеют место случаи, когда ферромагнитный порошок концентрируется с образованием индикаторных рисунков [3].
Существуют кривые по определению способа намагничивания по ГОСТ 21105-87 (рисунок 1). Способ остаточной намагниченности (СОН) возможно применять, если коэрцитивная сила Нс материала более 8 А/см, а материалы с большой коэрцитивной силой возможно намагничивать только способом приложенного поля (СПП) [4].
Существует большое количество конструкционных сталей, из которых изготовлены ответственные детали машин, с коэрцитивной силой менее 8 А/см. Также существуют конструкционные стали с большой коэрцитивной силой, которые возможно намагничивать только способом приложенного поля, что приводит к скоплению присадочного порошка по мнимым дефектам.
Кроме того, напряженность магнитного поля по ГОСТ 21105-87 определяется только по значению коэрцитивной силы (рисунок 2). Однако существуют материалы конструкционных сталей с одинаковым значением коэрцитивной силы, но разным значением магнитной индукции [9].
В качестве косвенного параметра, учитывающего магнитные свойства материала деталей с неопределенным химическим составом, принята удельная магнитная энергия W [5]:
© Горохова М. Н., Бышов Д. Н., Вашурина М. А., Горохов А. А., 2013
W = (Н •Вг)/2 (1)
где Нс - коэрцитивная сила, А/см; Вг - магнитная индукция, Т.
На основе изучения удельной магнитной энергии W установлено, что рекомендации, данные ГОСТ 21105-87 по определению способа намагничивания, требуют значительной доработки, так как значения удельной магнитной энергии отличаются в 2,88 раза (W /W . =17,28/6,00=2,88) (таблица
' ~ v max min ' ' > / \ —i
1).
На основе параметра удельной магнитной энергии кривые по определению способа намагничивания ферромагнитных порошков на поверхность детали с неопределенным химическим составом должны быть кривыми равной удельной магнитной энергии (W /W =6,00/6,00=1) (табли-
~ v max min ' ' ' v
ца 2).
На рисунке 3 представлено семейство кривых по определению способа намагничивания, построенное по рассчитанному параметру равной удель-
ной магнитной энергии [5].
Преимущество параметра удельной магнитной энергии, определенного по промежуточным петлям магнитного гистерезиса, заключается в возможности выбора напряженности магнитного поля ниже предельного ее значения - напряженности магнитного насыщения (рисунок 4).
Параметр удельной магнитной энергии является общим показателем, справедливым для любой марки конструкционных сталей. Однако, при намагничивании порошка на ферромагнитные детали, имеющие высокие значения удельной магнитной энергии, порошок осаждается по мнимым дефектам (рискам от предварительной механической обработки) [4]. Снижение удельной магнитной энергии до 20 Дж/см3 при работе на промежуточных петлях магнитного гистерезиса исключает осаждение порошка по мнимым дефектам.
Таким образом, параметр удельной магнитной энергии обуславливает проектные решения по
100
и О X X
(и £ сс О. С
75
ВО
25
-**
А
Б
jji"''
10
20 ВО 10 50
коэрцитиеная сила, Нс А/см
А, Б, В - уровни чувствительности Рис. 1 - Существующие кривые по определению способа намагничивания присадочных порошков по ГОСТ 21105-87
Рис. 2 - Существующие зависимости по определению оптимального значения напряженности магнитного поля Н по значению коэрцитивной силы (ГОСТ 21105-87)
Таблица 1 - Удельная магнитная энергия W по ГОСТ 21105-87
Н , А/см с' 8 16 24 32 40 48 56 64 72
В, Т г' 1,5 1,14 0,89 0,78 0,67 0,59 0,56 0,5 0,48
W, Дж/ см3 6,00 9,15 10,65 12,43 13,32 14,13 15,54 16,00 17,28
Таблица 2 - Построение кривой равной удельной магнитной энергии W
Н , А/см с' 8 16 24 32 40 48 56 64 72
В, Т г' 1,5 0,75 0,5 0,38 0,3 0,25 0,21 0,19 0,17
W, Дж/ см3 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00
разработке системы автоматического управления по определению оптимальных режимов намагничивания.
Особенностью комбинированного способа обработки является использование технологического тепла, выделяемого при расплавлении намагниченного присадочного порошка электроимпульсным способом, для интенсификации отделочно-упрочняющей обработки комбинированным инструментом в форме скобы-двухполюсника.
Выбор независимых технологических параметров обусловлен тем, что они оказывают основное
влияние на параметры процесса: удельная рабочая нагрузка q, Н/мм; напряженность магнитного поля H, А/м; рабочий зазор Л, мм; скорость продольной подачи S, мм/об; окружная скорость V, м/с. В качестве параметров оптимизации приняты: производительность процесса G; глубина упрочненного слоя h, мм; шероховатость поверхности Rа.
Уровни варьирования основных технологических параметров представлены в таблице 3. Обработку полученных данных производили с помощью пакета прикладных программ MATHCAD PLUS 6.0.
Рис.3 - Семейство кривых по определению способа намагничивания по параметру равной удельной магнитной энергии W
Рис. 4 - Кривые по определению оптимального значения напряженности магнитного поля
Таблица 3 - Уровни варьирования основных технологических параметров
Уровни варьирования Основные технологические параметры
удельная рабочая нагрузка q, H/мм напряженность магнитного поля Н, А/м величина рабочего зазора Л, мм продольная подача S, мм/об окружная скорость V, м/с
х1 X? X3 X4 X5
+ 2 250 140 0,6 0,30 0,10
+ 1 225 120 0,5 0,25 0,09
0 200 100 0,4 0,20 0,08
-1 175 80 0,3 0,15 0,07
-2 150 60 0,2 0,10 0,06
Установлено, что технологические параметры по-разному влияют на параметры оптимизации, зависимость носит экстремальный характер. Обусловлено это совместным действием электрической, магнитной, тепловой и механической энергий (рисунки 5-9) [5].
Удельная рабочая нагрузка q является одним из основных параметров, расширяющих техноло-
гические возможности электроимпульсного способа. При q<225 Н/мм происходит уменьшение шероховатости поверхности и глубины упрочненного слоя. Однако при q >250 Н/мм в поверхностном слое возникают напряжения, при которых образуются трещины. Оптимальным является удельная рабочая нагрузка q при условии 225^<250 Н/мм.
При напряженности магнитного поля Н<80А/м
присадочный порошок слабо удерживается на поверхности детали, и формируется пористое покрытие. С повышением напряженности магнитного поля увеличивается плотность и уменьшается шероховатость покрытия. Однако, начиная с Н>120 А/м, наблюдается образование скоплений порошка по мнимым дефектам. Оптимальным является напряженность магнитного поля в диапазоне: 80<Н<120 А/м.
Влияние продольной подачи S и окружной скорости V на производительность процесса G яв-
ляется основным из рассматриваемых технологических параметров. Чем больше продольная подача S и окружная скорость V, тем выше производительность процесса G. Однако, увеличение подачи более 0,3 мм/об и окружной скорости более 0,09 м/с вызывает увеличение шероховатости поверхности. Оптимальными являются условия: 0,20^<0,30 мм/об и 0,07^<0,09 м/с.
Величина рабочего зазора Л менее 0,3 мм вызывает короткое замыкание. Величина рабочего зазора более 0,5 мм снижает жесткость намагни-
Рис. 5 - Зависимость производительности G (1), шероховатости Ra (2) и глубины упрочненного слоя е (3) от удельной рабочей нагрузки q
Рис.6 - Зависимость производительности G (1), шероховатости Ra (2) и глубины упрочненного слоя е (3) от напряженности магнитного поля Н
Рис.7 - Зависимость производительности G (1), шероховатости Ra (2) и глубины упрочненного слоя h (3) от продольной подачи S
Рис.8 - Зависимость производительности G (1), шероховатости Ra (2) и глубины упрочненного слоя h (3) от окружной скорости V
Рис.9 - Зависимость производительности G (1), шероховатости Ra (2) и глубины упрочненного слоя h (3) от величины рабочего зазора Л, ммН
ченного присадочного порошка и повышает пористость покрытия. Оптимальными являются условия: 0,3<Л<0,5 мм
Наибольшее влияние на производительность процесса оказывают скорость продольной подачи S и окружная скорость детали V ,потому что помимо тепловых процессов при формировании рельефа поверхности особую роль играют формообразующие движения. Замыкает ряд удельная рабочая нагрузка q, которая почти не имеет непосредственного отношения к процессу наплавки. Производительность комбинированного способа обработки достигает 2,1 г/мин, что соответствует электроконтактной приварке присадочных порошков.
Исходя из требований, предъявляемых к деталям в процессе эксплуатации, на основные
технологические параметры наложены ограничения. Получен оптимальный режим комбинированного способа обработки: q = 250 Н/мм; Н = 100 А/м; S = 0,25 мм/об; V = 0,08 м/с; Л = 0,4 мм.
С целью проверки эффективности системы автоматического управления по оптимизации напряженности магнитного поля проведены сравнительные испытания, которые предусматривали обработку двух партий образцов. При этом одна партия обрабатывалась с системой автоматического управления, а другая — без нее. Результаты исследований показали, что меньшие значения дисперсий (не более 0,5%) для параметров оптимизации (глубина упрочненного слоя, шероховатость поверхности и производительность) получены для образцов с использованием системы автоматического управления, что говорит о стабильном протекании комбинированного способа обработки.
Таким образом, ранжирование материала деталей импортной техники с неопределенным химическим составом и назначение оптимальных режимов обработки возможно путем исследования косвенного параметра удельной магнитной энергии.
Библиографический список
1. Черноиванов В.И. Опыт внедрения инновационных технологий при модернизации инженерно-технической базы АПК// Труды ГОСНИТИ. Том 107 часть 1. - Москва: ГОСНИТИ, 2011.
- С.4-10.
2. Черноиванов В.И., Лялякин В.П. Организация и технология восстановления деталей машин
- М.: ГОСНИТИ, 2003. - 448 с.
3. Верхотуров А.Д., Иванов В.И. Критерии оценки эффективности процесса электроискрового легирования// Труды ГОСНИТИ. Том 107 часть 2. - Москва: ГОСНИТИ, 2011. - С.131-138.
4. Горохова М.Н. Повышение эффективности нанесения износостойких покрытий на режущие ножи универсальных измельчителей / М.Н. Горохова, В.В. Коновалов, Ю.Н. Абрамов, Д.Н. Бышов, А.А. Горохов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №01(85). - (20837 кБ).
5. Полищук С.Д. Защита латунных деталей с.-х. техники от воздействия коррозионной среды /С.Д. Полищук, М.Н. Горохова //Тракторы и сельхозмашины. - Москва, 2013. - №4 . - С.50-53.
