CC BY
7УДК 621.9
РЕМОНТ ПОВЕРХНОСТИ КУЗОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
МАШИН В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Бутаков Сергей Васильевич - кандидат технических наук, доцент, Уральский федеральный университет им.первого Президента России Б.Н.Ельцина
(620002, г.Екатеринбург, ул. Мира, д.19, тел.: +7(343)375-46-94, e-mail: bsv 53@mail.ru)
Александров Виктор Алексеевич - кандидат технических наук, доцент, Уральский государственный аграрный университет
(620075, г.Екатеринбург, ул. К.Либкнехта, д.42, тел.: +7(343)221-41-44, e-mail: alexandrov_vikt@mail.ru)
Рецензент Новопашин Л. А. - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-33- 63, Е-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Ключевые слова: подготовка поверхности, кузовные детали, сельскохозяйственные машины, способы очистки, гидроабразивная обработка. Аннотация
Кузовные детали сельскохозяйственных машин, комбайнов, тракторов, автомобилей чаще всего изготавливаются из тонколистового проката углеродистых сталей. Для повышения их коррозионной стойкости на поверхность наносят антикоррозионные покрытия, лакокрасочные материалы. В процессе ремонта таких кузовных деталей встает вопрос об удалении прежних покрытий с поверхности ремонтируемых деталей (очистке поверхностей) и подготовке их к нанесению новых. В настоящее время используются различные технологии очистки поверхностей деталей с целью их подготовки к выполнению последующих технологических операций. Известные методы обработки поверхности, такие, как пескоструйная очистка, дробеструйная обработка не обеспечивают требуемого необходимого ее качества. В статье анализируются различные способы очистки поверхностей, описывается технология гидроабразивной (струйной) обработки. Показаны преимущества предлагаемого способа в сравнении с традиционными. Было определено, что на производительность процесса очистки в первую очередь влияют давление и объем воздуха, расход суспензии, концентрация абразива в технологической среде. Кроме того, была проведена оценка влияния вида абразивного материала на качество очистки. Представленный материал статьи, основанный на результатах проведенных опытов, позволит в некоторой мере решить проблемы подготовки поверхностей деталей к нанесению покрытий методом гидроабразивной обработки.
REPAIR OF THE SURFACE OF BODY PARTS OF AGRICULTURAL MACHINES IN
OPERATION
Butakov S.V. - candidate of technical sciences, associate professor, Ural Federal University of the first President of Russia B. N. Yeltsin, (620002, Ekaterinburg, Mira Str., 19; tel.: +7(343)375-46-94, e-mail: bsv_53@mail.ru)
Aleksandrov V.A. - candidate of technical sciences, associate professor, Ural State Agrarian University (620075, Yekaterinburg, K.Libknecht str., 42; tel.: +7(343)221-41-44, e-mail: alexandrov_vikt@mail.ru)
Reviewer Novopashin L. A. - candidate of technical Sciences, associate Professor, Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, Email: novopashin-leonid@ya.ru)
Keywords: surface preparation, body parts, agricultural machinery, cleaning methods, waterjet treatment.
Summary
The body parts of agricultural machines, combines, tractors, automobiles are most often made from thin-sheet carbon steel. To increase their corrosion resistance, anticorrosion coatings and paints are applied to the surface. In the process of repairing such body parts, the question arises of removing the old coatings from the surface of the parts being repaired (cleaning the surfaces) and preparing them for applying new ones. Currently, various technologies are used to clean the surfaces of parts in order to prepare them for subsequent technological operations. Known methods of surface treatment, such as sandblasting, shot peening do not provide the required required quality. The article analyzes various methods of cleaning surfaces, describes the technology of waterjet (jet) processing. The advantages of the proposed method in comparison with traditional ones are shown. It was determined that the pressure and volume of air, the flow rate of the suspension, and the concentration of abrasive in the process medium primarily affect the performance of the cleaning process. In addition, an assessment was made of the influence of the type of abrasive material on the quality of cleaning. The presented material of the article, based on the results of the experiments, will allow to some extent solve the problems of preparing the surfaces of parts for coating by the method of waterjet processing.
Кузовные детали сельскохозяйственных машин, изготовленные из тонких листов углеродистых сталей, подвергаются интенсивному воздействию химических реагентов, низких и высоких температур, осадков и абразивной среды. В результате достаточно быстро на поверхности разрушаются заводские лакокрасочные и антикоррозионные покрытия. Если вовремя не принять меры к их восстановлению, возникает интенсивная атмосферная коррозия, что в конечном счете ведет к образованию сквозных дыр. Для устранения этих негативных последствий
необходимо восстанавливать защитные покрытия поверхности кузовных деталей. Выполнение ремонтных работ является очень трудоемким процессом.
Антикоррозионные покрытия представляют собой нанесенные на поверхность, обычно в несколько слоев, тонкие пленки краски, битумных составов или специальных составов. Защитные свойства покрытий определяются его сцеплением с металлом. Технология ремонта поврежденных мест поверхности предполагает проведение нескольких последовательно выполняемых операций: мойка кузовных детали с применением средств для нейтрализации химических реагентов, зачистка поврежденных мест, удаление очагов коррозии, обезжиривание, активация поверхности растворами кислот (часто опускается) и нанесение покрытий. Все операции, выполняемые до нанесения покрытия, называются подготовительными. Качество подготовки определяет прочность сцепления покрытия с поверхностью.
Методы удаления повреждений с поверхности кузовных деталей известны давно и практически в неизменном виде применяются в настоящее время. Наиболее распространен способ очистки вручную металлическими щетками и абразивными шкурками. Механическая очистка поверхностей абразивными кругами возможна только для плоских и слабоизогнутых поверхностей. Качество очистки при использовании данных способов невысокое, т.к. невозможно удалить очаги коррозии из мелких пор, временные затраты из-за большой трудоемкости весьма значительны. Растворы кислот и щелочей при ремонтах не используются потому, что представляют опасность для человека.
В промышленности для очистки поверхности от различных загрязнений широко применяется пескоструйная обработка [1]. При всех положительных моментах этого способа можно отметить существенные недостатки. В процессе обработки образуется большое количество абразивной пыли, минимальные размеры абразивных части 0,25 мм, поэтому удаление центров коррозии из мелких пор и скрытых дефектов невозможно. Применение микрошлифпорошков для тонкой обработки также невозможно из-за большой запыленности.
К струйным методам относится технология очистки струей воды сверхвысокого давления (200-300 МПа). В поток воды подмешивается абразив. Из-за высокой стоимости оборудования и особых требований к технике безопасности этот способ применяется редко [1].
Разработанная в последнее время технология гидроабразивной обработки поверхности (ГАО) имеет ряд преимуществ по сравнению с ранее перечисленными [1...6]. Сущность процесса заключается в обработке поверхности рабочим телом, состоящим из смеси абразива определенного фракционного состава с водой, распыленного в струе сжатого воздуха под давлением 0,8-1,2 МПа. При внешней схожести с пескоструйной обработкой гидроабразивная обработка имеет ряд принципиальных отличий. Частицы абразива находятся в гидрооболочке, в связи с чем количество образующейся пыли в виде взвеси невелико, что дает возможность применять шлифпорошки и микрошлифпорошки в качестве абразива. Применение
мелкозернистого абразива позволяет обеспечить обработку поверхностей с исходной шероховатостью менее Яа0,5 мкм без существенного снижения качества [7]. Присутствие воды в технологической среде также дает положительный эффект и оказывает влияние на качество очистки поверхности. В результате ударов капель воды на обрабатываемой поверхности раскрываются поры и мелкие скрытые дефекты (рис.1). Добавление в воду ингибиторов коррозии позволяет повысить коррозионную стойкость обработанной поверхности. Предложенная технология апробирована в различных вариантах применения: при очистке поверхностей от застарелых лакокрасочных покрытий (рис.2), при удалении нефтяных, битумных, жировых загрязнений, ржавчины и окисных пленок, матировании поверхности (рис.3.,
Рисунок 1 - Вскрытые дефекты поверхности в результате гидроабразивной обработки
Рисунок 2 - Процесс очистки поверхности детали перед нанесением лакокрасочных покрытий
Рисунок 3 - Снятие окисных пленок с поверхности металлоконструкции
В качестве абразивных материалов при струйной абразивной обработке могут применяться кварцевый песок, гранатовый концентрат, электрокорунд и др. Стабильно положительные результаты обеспечиваются при использовании электрокорунда и гранатового концентрата.
В процессе обработки частицы абразива от удара о поверхность разрушаются. Электрокорунд наилучшим образом сопротивляется разрушению, т.к. имеет высокую твердость и прочность, в связи с чем его можно использовать многократно.
Электрокорунд в качестве абразивного материала целесообразно использовать для удаления покрытий и загрязнений, имеющих высокую твердость, например, износостойких покрытий, застарелой ржавчины, окисных пленок. Для таких случаев применение гранатового концентрата характеризуется меньшей производительностью гидроабразивной обработки. Для удаления загрязнений в виде жировых пленок, тонких пленок ржавчины и краски может успешно применяться в качестве абразива и кварцевый песок [7, 8].
На производительность процесса очистки влияют следующие параметры: давление и объем воздуха, расход технологической жидкости, концентрация абразива в технологической среде. Зерновой состав абразива выбирается в зависимости от требований к поверхности после обработки. Абразивы с зернистостью 8-25 мкм ГОСТ 3647-80 применяются для удаления с поверхности лакокрасочных покрытий большой толщины, застарелой ржавчины, абразивы зернистостью М63-М10 используются для удаления жировых загрязнений, тонких слоев ржавчины. Проведенные эксперименты показали, что качество очистки поверхностей обработанных деталей соответствует Sa3 ISO 8501, а гидроабразивная обработка абразивом зернистостью М10 (7-10 мкм) позволяет выявлять скрытые мелкие дефекты на поверхностях (рис.
3).
Для оценки влияния вида абразивного материала на качество очистки проведены их сравнительные испытания. Обработка выполнялась электрокорундом 14А ГОСТ 28818-90 и регенерированным после гидроабразивной резки гранатовым концентратом. Рабочие режимы
обработки: давление воздуха 1,0-1,1 МПа, концентрация абразива в технологической среде - 20%, расстояние от сопла инструмента до поверхности детали - 100 мм. Полученные результаты не выявили значительных отличий в показателях качества поверхности.
Одним важных показателей технологического процесса гидроабразивной обработки является производительность процесса. Она определялась опытным путем. В экспериментах использовался электрокорунд регенерированный 12АРК, 90АР (ОСТ 2 МТ 79-3-88). Концентрация абразива (объемная) в технологической среде составляла 19-22%. Оценка производительности процесса выполнялась по величине размерного снятия металла в мкм на разных заданных скоростях относительного перемещения сопла. Результаты проведенных опытов представлены на рис.4. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что с уменьшением скорости перемещения сопла относительно обрабатываемой поверхности величина снятия металла увеличивается, а шероховатость обработанной поверхности после обработки абразивом с зернистостью 10-20 мкм повышается незначительно относительно исходного состояния.
90 80 | 70
гс 60
с;
Р 50 щ
| 40 д 30 20 10
10 15 20 25 30 35 40
Зернистость, мкм
Рисунок 4 - Зависимость величины съёма металла поверхности от зернистости абразивного материала
Скорость относительного перемещения сопла: 1-0,65 м/мин, 2-0,43 м/мин, 3-0,22м/мин. Выводы:
Таким образом, результаты проведённых исследований показывают, что технология гидроабразивной обработки позволяет проводить очистку поверхностей в процессе ремонта кузовных деталей сельскохозяйственных машин изделий с шероховатостью менее Яа 0,5 мкм с незначительным увеличением неровностей. В результате обработки получается чистая матовая
поверхность. Гидроабразивная обработка позволяет вскрыть микродефекты поверхностей, которые при обычной обработке «маскируются».
Библиографический список
1. Полянский С.Н. и др. Обработка поверхности струйными методами // Аграрный вестник Урала. 2015. № 12 (142). С. 43-47.
2. Amit Pawar. Global Wet Blasting Machines Industry Production, Sales and Consumption Status and Prospects Professional Market Research Report 2017-2022. September 15, 2017. URL: https://www.360marketupdates.com/enquiry/request-sample/11014038.
3. Бронщиков Е.Г. Гидроабразивная очистка и обработка. РИТМ: Ремонт. Инновации. Технологии. Модернизация. 2014. № 10 (98). С. 24-26.
4. Полянский С.Н., Бутаков С.В., Александров В.А. Гидроабразивная очистка поверхности// Матер.Всерос.науч.-практ.конф. «Ремонт. Восстановление. Реновация». - Уфа:Башкирский ГАУ, 2010. С.52-54.
5. Полянский С.Н. и др. Струйная гидроабразивная обработка поверхности в машиностроении и ремонтном производстве//Труды ГОСНИТИ. 2012. Т. 109. Ч 1. С 138-142.
6. Расторгуев Г.А. Гидроабразивная обработка плоских деталей сложной формы // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2014. № 7 (208). С. 6-14.
7. Полянский С.Н., Бутаков С.В. Интенсификация использования технологической среды// Вестник машиностроения, 2013. №4. С. 59-61.
8. Полянский С.Н., Бутаков С.В., Ольков И.С. Ресурсосберегающая технология обработки поверхности металлических полуфабрикатов//Металлург. 2014. №1. С.37-40.
Bibliographic list
1. Polyansky S. N. et al. Surface treatment by jet methods // Agrarian Bulletin of the Urals. 2015. No. 12 (142). Pp. 43-47.
2. Amit Pawar. Global Wet Blasting Machines Industry Production, Sales and Consumption Status and Prospects Professional Market Research Report 2017-2022. September 15, 2017. URL: https://www.360marketupdates.com/enquiry/request-sample/11014038.
3. Bronshchikov E. G. Waterjet cleaning and handling. RHYTHM: Repair. Innovations. Technologies. Modernization. 2014. No. 10 (98). Pp. 24-26.
4. Polyansky S. N., Butakov S. V., Alexandrov V. A. Hydroabrasive surface cleaning// Mater.It's okay.science.- pract.Conf. «Repair. Recovery. Renovation.» Ufa: Bashkir state UNIVERSITY, 2010. Pp. 52-54.
5. Polyansky, S. N. etc. Inkjet waterjet surface treatment in mechanical engineering and repair production//Proceedings of GOSNITI. 2012. - T. 109. H 1. 138-142.
6. Rastorguev G. A. Hydroabrasive treatment of flat parts of complex shape // Handbook. Engineering journal with the app. 2014. No. 7 (208). Pp. 6-14.
7. Polyansky S. N., Butakov S. V. intensification of technological environment use. Vestnik mashinostroeniya, 2013. No. 4. Pp. 59-61.
8. Polyansky S. N., Butakov S. V., Olkov I. S. resource-Saving technology of surface treatment of metal semi-finished products. metallurg. 2014. No. 1. Pp. 37-40.
