Научная статья на тему 'Способ восстановления вала редуктора с применением ремонтной детали и полимерных материалов'

Способ восстановления вала редуктора с применением ремонтной детали и полимерных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
679
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник НГИЭИ
ВАК
Ключевые слова
абразив / азотирование / анаэроб / анаэробный клей / восстановление / втулка / изнашивание / износ / манжета / полимер / редуктор / ремонт / ремонтная деталь / ресурс / упрочнение / abrasive / anaerobe / anaerobic glue / bushing / cuff / life / nitrogening / polymer / recovery / wear / reducer / repair / repair part / strengthening

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Игнаткин Иван Юрьевич, Серов Антон Вячеславович, Дроздов Андрей Викторович

Введение. В статье рассмотрены особенности работы редукторов, встречаемые дефекты. Установлено, что для 70 % ремонтируемого оборудования характерно нарушение герметичности соединения вал-манжета по причине абразивного износа посадочной поверхности вала под манжету. Проанализированы возможные способы восстановления изношенной поверхности, указаны достоинства и недостатки применяемых методов. Выявлено, что наиболее перспективным является способ восстановления вала редуктора в соединении вал-манжета с применением упрочнённой ремонтной детали и полимерных материалов. Материалы и методы. Рассмотрены недостатки предлагаемого метода восстановления и пути их устранения. Проанализированы применяемые в промышленности анаэробные полимерные составы и обосновано приме-нение состава Унигерм-6. Рассмотрены технологии упрочнения поверхностного слоя втулки, обосновано применение азотирования. Приведена методика проведения азотирования и испытаний на износостойкость. Оценка износостойкости полученного покрытия производилась на машине трения ИМ-01 по ГОСТ 23.208-79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о не жестко закрепленные абразивные частицы. Описано разработанное приспособление для проведений испытаний на износостойкость образцов типа «втулка», позволяющее испытывать образцы указанного типа в условиях, приближенных к эксплуатационным. Результаты и обсуждение. Установлено, что оптимальная длительность химико-термической обработки для получения необходимого качества поверхностного слоя находится в диапазоне 8–16 часов, что обеспечивает обработку материала на достаточную глубину и формирует упрочненный слой, износостойкость которого превышает показатели новой детали в 1,96…2,59 раз. Заключение. Предлагаемый способ восстановления изношенной шейки вала редуктора с помощью упрочненной ремонтной детали, зафиксированной на валу посредством клеевого соединения, позволяет восстановить работоспособность вала без значительного термического и силового воздействия на восстанавливаемую поверхность, обеспечивая лучшую ремонтопригодность и превосходство в износостойкости в сравнении с новой деталью.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Игнаткин Иван Юрьевич, Серов Антон Вячеславович, Дроздов Андрей Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Method for recovery of the reducer shaft using repair parts and polymer materials

Introduction. The article discusses the features of the gearboxes, the defects encountered. It was found that 70 % of the equipment being repaired is characterized by a violation of the tightness of the shaft-collar connection due to abrasive wear of the shaft seating surface under the collar. Possible ways of restoring the worn-out surface are analyzed, the advantages and disadvantages of the applied methods are indicated. It was revealed that the most promising method is to restore the gearbox shaft in the shaft-collar connection with the use of a hardened repair part and polymer materials. Materials and methods. The disadvantages of the proposed restoration method and the ways to eliminate them are considered. The anaerobic polymer compositions used in industry are analyzed and the application of the composition Uni-germ-6 is substantiated. The technologies of strengthening the surface layer of the sleeve are considered, the application of nitriding is substantiated. The technique of nitriding and testing for wear resistance is presented. The wear resistance of the obtained coating was assessed using an IM-01 friction machine in accordance with GOST 23.208-79. Ensuring wear resistance of products. Method of testing materials for wear resistance when rubbing against loosely fixed abrasive particles. The developed device for testing the wear resistance of samples of the «sleeve» type is described, which makes it possible to test samples of the indicated type under conditions close to operational ones. Results and discussion. It was found that the optimal duration of chemical-thermal treatment to obtain the required quality of the surface layer is in the range of 8–16 hours, which ensures the processing of the material to a sufficient depth and forms a hardened layer, the wear resistance of which exceeds the performance of a new part by 1,96...2,59 times. Conclusion. The proposed method for restoring a worn out journal of the gearbox shaft using a hardened repair part fixed on the shaft by means of a glue joint allows restoring the operability of the shaft without significant thermal and force impact on the restored surface, providing better maintainability and superior wear resistance in comparison with a new part.

Текст научной работы на тему «Способ восстановления вала редуктора с применением ремонтной детали и полимерных материалов»

05.20.03 ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

05.20.03

УДК 62-762.846, 621.785.532

DOI: 10.24412/2227-9407-2021-5-53 -64

Способ восстановления вала редуктора с применением

ремонтной детали и полимерных материалов

И. Ю. Игнаткин, А. В. Серов, А. В. Дроздов*

МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия *18^к18@шай. ги

Аннотация

Введение. В статье рассмотрены особенности работы редукторов, встречаемые дефекты. Установлено, что для 70 % ремонтируемого оборудования характерно нарушение герметичности соединения вал-манжета по причине абразивного износа посадочной поверхности вала под манжету. Проанализированы возможные способы восстановления изношенной поверхности, указаны достоинства и недостатки применяемых методов. Выявлено, что наиболее перспективным является способ восстановления вала редуктора в соединении вал-манжета с применением упрочнённой ремонтной детали и полимерных материалов.

Материалы и методы. Рассмотрены недостатки предлагаемого метода восстановления и пути их устранения. Проанализированы применяемые в промышленности анаэробные полимерные составы и обосновано применение состава Унигерм-6. Рассмотрены технологии упрочнения поверхностного слоя втулки, обосновано применение азотирования. Приведена методика проведения азотирования и испытаний на износостойкость. Оценка износостойкости полученного покрытия производилась на машине трения ИМ-01 по ГОСТ 23.208-79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы. Описано разработанное приспособление для проведений испытаний на износостойкость образцов типа «втулка», позволяющее испытывать образцы указанного типа в условиях, приближенных к эксплуатационным.

Результаты и обсуждение. Установлено, что оптимальная длительность химико-термической обработки для получения необходимого качества поверхностного слоя находится в диапазоне 8-16 часов, что обеспечивает обработку материала на достаточную глубину и формирует упрочненный слой, износостойкость которого превышает показатели новой детали в 1,96.. .2,59 раз.

Заключение. Предлагаемый способ восстановления изношенной шейки вала редуктора с помощью упрочненной ремонтной детали, зафиксированной на валу посредством клеевого соединения, позволяет восстановить работоспособность вала без значительного термического и силового воздействия на восстанавливаемую поверхность, обеспечивая лучшую ремонтопригодность и превосходство в износостойкости в сравнении с новой деталью.

Ключевые слова: абразив, азотирование, анаэроб, анаэробный клей, восстановление, втулка, изнашивание, износ, манжета, полимер, редуктор, ремонт, ремонтная деталь, ресурс, упрочнение.

Для цитирования: Игнаткин И. Ю., Серов А. В., Дроздов А. В. Способ восстановления вала редуктора с применением ремонтной детали и полимерных материалов // Вестник НГИЭИ. 2021. № 5 (120). С. 53-64. DOI: 10.24412/2227-9407-2021-5-53-64

© Игнаткин И. Ю., Серов А. В., Дроздов А. В., 2021

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.

Method for recovery of the reducer shaft using repair parts and polymer materials

I. Y. Ignatkin, A. V. Serov, A. V. Drozdov*

Bauman Moscow State Technical University (BMTSU), Moscow, Russia

* 18vik18@mail.ru

Abstract

Introduction. The article discusses the features of the gearboxes, the defects encountered. It was found that 70 % of the equipment being repaired is characterized by a violation of the tightness of the shaft-collar connection due to abrasive wear of the shaft seating surface under the collar. Possible ways of restoring the worn-out surface are analyzed, the advantages and disadvantages of the applied methods are indicated. It was revealed that the most promising method is to restore the gearbox shaft in the shaft-collar connection with the use of a hardened repair part and polymer materials.

Materials and methods. The disadvantages of the proposed restoration method and the ways to eliminate them are considered. The anaerobic polymer compositions used in industry are analyzed and the application of the composition Uni-germ-6 is substantiated. The technologies of strengthening the surface layer of the sleeve are considered, the application of nitriding is substantiated. The technique of nitriding and testing for wear resistance is presented. The wear resistance of the obtained coating was assessed using an IM-01 friction machine in accordance with GOST 23.208-79. Ensuring wear resistance of products. Method of testing materials for wear resistance when rubbing against loosely fixed abrasive particles. The developed device for testing the wear resistance of samples of the «sleeve» type is described, which makes it possible to test samples of the indicated type under condit ions close to operational ones.

Results and discussion. It was found that the optimal duration of chemical-thermal treatment to obtain the required quality of the surface layer is in the range of 8-16 hours, which ensures the processing of the material to a sufficient depth and forms a hardened layer, the wear resistance of which exceeds the performance of a new part by 1,96...2,59 times.

Conclusion. The proposed method for restoring a worn out journal of the gearbox shaft using a hardened repair part fixed on the shaft by means of a glue joint allows restoring the operability of the shaft without significant thermal and force impact on the restored surface, providing better maintainability and superior wear resistance in comparison with a new part.

Key words: abrasive, anaerobe, anaerobic glue, bushing, cuff, life, nitrogening, polymer, recovery, wear, reducer, repair, repair part, strengthening.

For citation: Ignatkin I. Y., Serov A. V., Drozdov A. V. Method for recovery of the reducer shaft using repair parts and polymer materials // Bulletin NGIEI. 2021. № 5 (120). P. 53-64. DOI: 10.24412/2227-9407-2021-5-53-64

Введение

Редукторы широко распространены во всех отраслях промышленности. Нередко от их работоспособности зависит бесперебойность работы как отдельной машины, так и целого предприятия.

В процессе эксплуатации на быстроходный вал редуктора воздействуют трение, знакопеременные нагрузки, вибрация, абразивные частицы и другие факторы. Ввиду этого возникают дефекты, приведённые в таблице 1 [1; 2].

Нарушение герметичности соединения вал-манжета является одной из самых распространённых причин последующей невозможности эксплуатации редукторов (характерно для 70 % ремонтируемого оборудования). Причина - абразивный износ поса-

дочной поверхности вала под манжету [1; 2; 3; 4]. Помимо понесённых финансовых затрат, связанных с простоем оборудования, компания также вынуждена тратить ресурсы на решение вопросов, связанных с экологией. Из-за большей частоты вращения интенсивнее изнашивается быстроходный вал. Чаще всего он представляет собой вал-шестерню - ответственное дорогое изделие. Поэтому изношенную шейку целесообразно восстанавливать.

На сегодняшний день применяются различные способы восстановления, в работе рассматривается метод устранения дефекта с использованием дополнительной упрочнённой ремонтной детали, изготавливаемой из сортовой трубы и полимерных материалов.

Таблица 1. Перечень дефектов и их повторяемость Table 1. List of defects and their repeatability

Наименование дефекта / Defect name

Износ посадочной поверхности под подшипник / Wear of the bearing surface Износ зубчатого зацепления / Gear wear Износ шпоночного паза / Keyway wear Изгиб вала / Shaft bending Износ посадочной поверхности под неподвижные соединения / Wear of the seating surface for non-moving joints Разрушение резьбовых поверхностей / Destruction of threaded surfaces Нарушение герметичности соединения «вал-манжета» / Violation of the tightness of the shaft-cuff connection Трещины / Cracks Источник: составлено авторами на основании данных из

Поверхность контакта вала и манжеты восстанавливают до номинальных размеров следующими способами:

1) напыление;

2) использование полимерных материалов;

3) точение на ремонтный размер;

4) электроконтактная приварка ленты (ЭКП);

5) использование ремонтной детали.

Рассмотрим особенности каждого способа

восстановления.

Напыление. Данный способ восстановления классифицируют в основном по способу расплавления металла:

1) газопламенное (порошковое или проволочное);

2) электродуговое;

3) детонационное напыление;

4) плазменное.

Из приведённых способов напыления самым распространённым является электродуговая металлизация. Сущность способа - нанесение покрытий путем распыления воздухом двух электропроводных проволок, между которыми возбуждается дуговой разряд. Струя сжатого воздуха эвакуирует с электродов частицы расплавленного металла и переносит их на обрабатываемую поверхность. Способ ЭДМ включает в себя как обязательную составную часть процесса одновременное диспергирование напыляемого материала. В отличие от ввода в зону нагрева порошка с заданными размерами ча-

Коэффициент повторяемости КП от количества ремонтопригодных деталей, % / Repeatability coefficient (RC) of the number of repairable parts, %

0.7 0.6

0.4 0.5

0.45 0.35

0.05 0.03

0.6 0.8 0.5 0.65

0.7 0.7

0.2 0.05

литературных источников [1; 2]

стиц в случае с ЭДМ получают гранулометрический состав частиц металла в широком диапазоне распределения по диаметрам [4].

Достоинства:

1. Возможность получения покрытий из большинства материалов.

2. Нет высокого нагрева детали, вследствие чего не изменяется структура (температура не превышает 80 °C).

3. Возможность нанесения покрытий на изделия, изготовленные практически из любого материала.

4. Толщина покрытия в большом диапазоне от 5 мкм до 10 мм и более (оптимально от 50 мкм до 1 мм).

5. Отсутствуют ограничения по размеру обрабатываемых изделий.

Недостатки:

1. Невысокая прочность сцепления покрытия с основой.

2. Неравномерная усадка покрытия и возникновение напряжений.

3. Высокая пористость напылённых слоёв.

4. Потребность в высококвалифированном персонале.

5. Потребность в дорогостоящем оборудовании.

Восстановление поверхности полимерными составами холодного отверждения. Данный способ восстановления заключается в том, что на предва-

Коэффициент повторяемости (КП) от общего количества деталей, % / Repeatability coefficient (RC) of the total number of parts,%

рительно подготовленной восстанавливаемой поверхности формируется слой полимерной композиции, который впоследствии становится твёрдым (составы холодного отверждения) [5]. Чаще всего нанесённый слой подвергается механической обработке. Путем добавления различных наполнителей или их различного сочетания можно формировать разные свойства полимерно-композитного слоя [6]. Например, в эпоксидную смолу добавляют металлическую пудру или мелкую стружку с последующим введением отвердителя и эластомера. При этом улучшаются прочностные характеристики и теплопроводность формируемого слоя композиции. Формируемые композиции могут иметь достаточную твердость и прочность сцепления с восстанавливаемой поверхностью, но плохо переносят нагрев и ударные нагрузки, кроме того нанесенный слой имеет невысокую износостойкость в парах трения.

Этот состав наносится непосредственно на изношенные места. В случае, если шейка вала имеет механические повреждения, выполняется протачивание поверхности и состав наносится на всю сточенную поверхность.

Достоинства:

1. Значительная прочность полимера.

2. Хорошая химическая стойкость.

3. Высокие антифрикционные и диэлектрические свойства.

4. Высокая вибростойкость.

Недостатки:

1. Ограниченный диапазон рабочих температур.

2. Невысокая теплопроводность и теплостойкость без использования нанонаполнителей.

3. Низкая стойкость к знакопеременным нагрузкам.

4. Необходимость механической обработки либо изготовления одноразовой оснастки (шаблонов).

5. Нерациональный расход материала.

Восстановление поверхности точением на ремонтный размер. Для получения такого размера необходимо сначала проточить вал, а потом отполировать. Но при этом снимется закалённый слой. Вследствие чего поверхность вала станет менее твёрдой, и это приведёт к преждевременному повторному износу шейки [7; 8; 9; 10].

Достоинства:

1. Не требуется специальное оборудование.

2. Дешевизна.

3. Отточенная технология восстановления.

Недостатки:

1. Необходима повторная закалка поверхности.

2. Снижение взаимозаменяемости, так как отремонтированная таким способом деталь становится оригинальной.

3. Высокие требования к точности.

Восстановление поверхности электроконтактной приваркой ленты. Сущность процесса - точечная приварка стальной ленты (проволоки) к поверхности детали в результате воздействия мощного импульса тока. В точке сварки происходит расплавление металла ленты (проволоки) и детали [8].

Достоинства:

1. Высокая производительность процесса.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Малое тепловое воздействие на деталь (не более 0,3 мм).

3. Упрочнение поверхности.

4. Небольшая глубина давления.

5. Незначительный расход материала.

6. Благоприятные санитарно-производствен-ные условия работы.

Недостатки:

1. Ограниченность толщины наплавленного

слоя.

2. Сложность установки и технологического процесса.

3. Потребность в дорогостоящем оборудовании.

4. Высокая трудоёмкость, энергоёмкость, себестоимость.

Восстановление с использованием ремонтной детали. Для восстановления вала с использованием ремонтной втулки на данный момент существуют две основные технологии:

1) напрессовка ремонтной втулки SKF;

2) напрессовка втулки с предварительной механической обработкой поверхности.

Втулка SKF SPEEDI-SLEEVE - это тонкостенная втулка с толщиной 0,28 мм, которая изготовлена из нержавеющей стали высокого качества. Поверхность втулки имеет очень высокую коррозионную и абразивную износостойкость, сопоставимую с износостойкостью деталей с алмазным покрытием, шероховатость поверхности втулки Яа от 0,25 до 0,5 мкм в зависимости от размера.

Достоинства:

1. Малая длительность процесса восстановления (около 5 минут).

2. Восстановление вала без демонтажа оборудования и специальных приспособлений.

3. Не меняется типоразмер уплотнений - использование стандартной складской гаммы.

Недостатки:

1. Остаются мелкие трещины и другие поверхностные дефекты по причине отсутствия механической обработки, которые, в свою очередь, будут дальше развиваться.

2. Втулка садится на вал с натягом, следовательно, уменьшается коэффициент запаса по сопротивлению на усталость.

3. Ограниченная номенклатура ремонтных размеров.

В связи с вышеизложенным была поставлена цель - разработать способ восстановления вала редуктора в соединении вал-манжета с применением упрочнённой ремонтной детали и полимерных материалов.

Предлагаемый метод восстановления основывается на методе напрессовки ремонтной втулки, в котором между втулкой и валом посадка с

натягом. Серьёзными недостатками данного способа являются:

- из-за натяга возникает сложное напряжённое состояние поверхности вала;

- усложняется процесс монтажа, возникает риск повреждения деталей под действием значительных усилий прессования;

- уменьшается ресурс вала (предел выносливости валов с натягом уменьшается в 1,5...3 раза) из-за больших напряжений при запрессовке;

- в процессе работы возникает фреттинг-коррозия в сопряжении;

- затрудняется процесс демонтажа втулки без повреждений вала [9; 10; 11].

При восстановлении шейки вала напрессовкой втулки необходимо предварительно обточить вал, обеспечив минимальное снятие дефектного слоя [10]. Модель вала с втулкой представлена на рис. 1.

а (a) б (b)

Рис. 1. Вал с ремонтной втулкой: а - модель; б - опытные образцы Fig. 1. Shaft with a repair sleeve: a - model; b - prototypes Источник: смоделировано авторами в среде 3Б-моделирования Autodesk Inventor (а); составлено авторами в процессе выполнения эксперимента (б)

Использование анаэробных полимерных материалов позволяет устранить описанные выше недостатки и предоставляет возможность варьировать посадкой от области гарантированного зазора (в рамках возможностей полимерного материала) до натяга.

На данный момент на рынке представлено большое количество полимеров для фиксации вал-втулочных соединений. Но для уменьшения трудоёмкости восстановления и соответствия техническим требованиям на восстановленный вал необходимо, чтобы анаэробный состав удовлетворял требованиям:

- полимеризация состава в максимально допустимых зазорах, при этом обладание высокими адгезионными свойствами;

- маслостойкость;

- виброустойчивость.

Анализировались составы компаний Loctite, Wurth, ФГУП «НИИ полимеров». С точки зрения импортозамещения и доступности приобретения

целесообразным является использование состава ФГУП «НИИ полимеров» Унигерм-6. Данный состав является анаэробным клеем-герметиком средней прочности, с максимальным зазором до 0,3 мм. Прочность при сдвиге после полимеризации составляет около 10 Мпа [10; 11; 12].

Для получения качественного поверхностного слоя, который бы обеспечивал высокие эксплуатационные свойства (твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость), в настоящее время применяют различные способы поверхностного упрочнения, которые можно разделить на две группы:

1) упрочнение без изменения химического состава, но с изменением структуры (поверхностная закалка ТВЧ, ППД и др.):

а) поверхностная закалка ТВЧ;

б) поверхностно-пластическая деформация:

- алмазное выглаживание;

- дробеструйная обработка;

- обработка роликами;

- обработка проволочным инструментом;

2) упрочнение с изменением химического состава и изменением структуры (химико-термическая обработка, нанесение защитных покрытий):

а) химико-термическая обработка [13]:

- цементация;

- азотирование;

- нитроцементация (цианирование);

- борирование;

б) нанесение защитных покрытий:

- диффузионная металлизация (алитирование, хромирование, силицирование и т. д.).

В процессе закалки возможно коробление втулки из-за её тонкостенности [14]. Применение методов ППД для тонкостенных втулок связано с необходимостью применения оправок и невозможности получения необходимого профиля шероховатости, что, в свою очередь, не позволит удовлетворить техническим требованиям. Различные методы химико-термической обработки возможно использовать для ограниченных материалов (определённый диапазон содержания углерода, наличие легирующих элементов и др.). Способы диффузионной

металлизации позволяют добиться хорошего качества покрытия без дополнительных операций, но для их реализации требуется дорогостоящее оборудование и материалы.

В качестве используемого было выбрано азотирование, как способ, при котором отсутствует коробление и достигаются необходимые характеристики поверхности. Сортамент труб регулируется ГОСТом 8733-74. Из приведённых в ГОСТе сталей условиям проведения азотирования отвечают стали: 35, 45, 40Х, 30ХГСА. Наличие хрома и кремния положительно влияет на процесс азотирования, поэтому выбор пал на сталь 30ХГСА (ГОСТ 8733-74. Трубы стальные бесшовные холоднодеформиро-ванные и теплодеформированные) [15; 16; 17; 18].

Материалы и методы

Азотирование образцов проводилось в вакууме при следующем режиме:

- температура - 540 °С;

- насыщающая атмосфера - аммиак;

- давление - 5 600 Па;

- время обработки 8, 16 и 24 ч.

Образцы втулок до азотирования и после приведены на рисунке 2.

а (а) б (b)

Рис. 2. Ремонтные втулки: а - до азотирования; б - после азотирования

Fig. 2. Repair sleeves: а - before nitriding; b - after nitriding Источник: составлено авторами в процессе выполнения эксперимента

Оценка износостойкости полученного покрытия производилась на машине трения ИМ-01 по ГОСТ 23.208-79. Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы (рисунок 3). Контактное дав-

ление в зоне трения составляло 0,33 МПа, расход абразивного материала - 7,0 г/мин. Длительность испытаний составила от 10 до 30 мин., что при частоте вращения ролика 115 мин.-1 соответствует N = 1 150.3 450 оборотам.

а (a) б (b)

Рис. 3. Машина трения ИМ-01 а) схема; б) общий вид: 1 - установка; 2 - кронштейн с образцом и грузом Fig. 3. Friction machine IM-01 a) diagram; b) general view: 1 - installation; 2 - bracket with sample and weight

Источник: составлено авторами на основе [19]

В качестве абразивного материала использовали кварцевые частицы размером 0,16.0,32 мм. Контроль износа производился взвешиванием до и после испытаний с точностью 0,0001 г. По результатам испытаний вычислялось среднее арифметическое значение массового износа.

Расчет относительной износостойкости образцов производился по формуле: к = Ш РиК И Ш Рэ^э

где рэ, ри - плотность эталонного и исследуемого материалов, г/см3; дй, дй - потеря массы эталонным и исследуемым образцами, г; Л?э, Л?И - количество оборотов ролика за период испытаний эталонного и исследуемого образцов.

Установка ИМ-01 предназначена для оценки износостойкости плоских образцов, однако для приближения условий испытаний к эксплуатационным и повышения универсальности установки ИМ-01 за счет увеличения номенклатуры испытуемых образцов нами было принято решение о доработке технологической оснастки установки [19]. В частности, был разработан кронштейн для фиксации цилиндрических втулок в установке. Это позволяет

увеличить достоверность результатов за счет приближения механизма изнашивания к протекающему в реальных парах трения (рис. 4).

Предлагаемое устройство состоит из державки, двух радиальных подшипников, которые необходимы для установки державки на установку ИМ-01 и обеспечения возможности поворота вокруг оси. Винты необходимы для фиксации подшипников в державке, так же они дают возможность регулировки вылета державки по оси крепления. Между двумя конусными втулками зажимается исследуемая втулка с помощью болта и гайки.

Конструкция предлагаемого устройства позволяет проводить испытания на деталях типа «втулка» с диаметром отверстия от 8 до 39 мм и внешним диаметром до 100 мм.

Устройство работает следующим образом: между двумя конусными втулками зажимается исследуемая втулка. К державке крепится груз согласно ГОСТ 23.208-79 и зажимается гайками. В процессе проведения испытаний груз обеспечивает постоянное контактное давление между испытываемым образцом и вращающимся роликом.

а (а) б (b)

Рис. 4. Кронштейн для испытания втулок: а - модель; б - образец, установленный в машине трения Fig. 4. Bracket for testing bushings: a - model; b - a sample installed in a friction machine Источник: смоделировано авторами в среде SD-моделирования Autodesk Inventor (а); составлено авторами в процессе выполнения эксперимента (б)

Результаты и обсуждение

Глубина азотированного слоя прямо пропорциональна времени проведения обработки. Предположительный оптимум экспозиции азотирования находится в диапазоне 8.16 часов, поскольку не происходит пересыщения сердцевины, а толщина упрочненного слоя превышает глубину предельного износа. Твёрдость поверхности, при увеличении

длительности обработки, растет, что способствует повышению износостойкости ремонтной детали. Следовательно, определение оптимального значения продолжительности обработки требует учета условий эксплуатации и данных испытаний износостойкости покрытия.

Результаты испытаний на износостойкость приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты испытаний на износостойкость при трении о нежёстко закрепленные абразивные частицы

Table 2. Results of tests for wear resistance when rubbing against loosely fixed abrasive particles

Тип образца / Sample type

Твёрдость/ Hardness

Средняя потеря массы, г / Average weight loss, g

Ки / Ur

Сталь 45 (объемная закалка) / Steel 45 (volume hardened) Втулка 30ХГСА (азотирование 8 ч) / Bushing 30HGSA (nitriding 8 h) Втулка 30ХГСА (азотирование 16 ч) / Bushing 30HGSA (nitriding 16 h) Втулка 30ХГСА (азотирование 24 ч) / Bushing 30HGSA (nitriding 24 h) Источник: составлено авторами в процессе выполнения эксперимента

58 HRC

41 HRC

45 HRC

47 HRC

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,0088 0,0045 0,0034 0,0032

Эталон / Reference

1,96 2,59 2,75

Относительная износостойкость азотированных втулок оказалась в 1,96 (8 ч); 2,59 (16 ч) и 2,75 (24 ч) раз больше, чем у закаленной стали 45. Следовательно, можно ожидать эквивалентное увеличение ресурса, восстановленной предложенным способом детали.

Заключение

1. Предлагаемый способ восстановления изношенной шейки вала редуктора с помощью упроч-

ненной ремонтной детали, зафиксированной на валу посредством клеевого соединения, позволяет восстановить работоспособность вала без значительного термического и силового воздействия на восстанавливаемую поверхность.

2. Прочность соединения обеспечивается применением переходной посадки ремонтной детали на валу и анаэробного клея-герметика Унигерм-6, обеспечивающим при зазоре до 0,3 мм прочность при

сдвиге 10 МПа. Незначительная механическая обработка позволяет устранить эксплуатационные дефекты изношенного поверхностного слоя практически без ослабления конструкции вала.

3. Разработанный кронштейн позволяет испытывать в установке ИМ-01 детали типа «втулка» в режиме трения более приближенному к эксплуатационному.

4. Износостойкость восстановленной поверхности с применением упрочненной ремонтной втулки превышает износостойкость новой детали и может быть скорректирована экспозицией при азотировании. Так при длительности обработки 8 часов относительная износостойкость составляет 1,96, а при 24-часовой обработке - 2,75.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кононенко А. С., Кильдеев Т. А., Соловьева А. А. Особенности восстановления шпиндельных валов металлорежущих станков полимерными материалами и нанокомпозициями на их основе // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2018. № 10. С. 3-8.

2. Кононенко А. С., Псарев Д. Н., Рожнов А. Б. Стойкость к старению и вибрационным нагрузкам полимерного композиционного материала на основе анаэробного герметика «АН-111» // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «МГАУ имени В. П. Горячкина». 2019. № 5 (93). С. 4-8.

3. Кононенко А. С. Повышение надежности неподвижных фланцевых соединений сельскохозяйственной техники использованием наноструктурированных герметиков : автореферат дис. ... доктор техн. наук: 05.20.03. М., 2012. 34 с.

4. Стручков Н. Ф. Исследование влияния технологических параметров электродуговой металлизации на микроструктуру и микротвёрдость покрытий // Труды ГОСНИТИ. 2015. С. 173-175.

5. Ашейчик А. А., Полонский В. Л. Экспериментальное исследование свойств уплотнительных резин при высоких и низких температурах // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17. № 3. С. 656-664.

6. Филиппов Р. А. Переходные слои в композитных материалах как области новой фазы // Вестник ННГУ. 2011. № 4-2. С. 545-546.

7. Мельников О. М. Работоспособность соединений «вал-манжета» и повышение их надёжности // Вестник Федерального Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский Государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина. 2018. № 2 (84). С. 50-54.

8. Мельников О. М., Казанцев С. П., Чеха О. В. Оценка показателей качества деталей и соединения «вал-манжета» // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». 2019. № 5 (93). С. 8-13.

9. Воронов Е. В., Жамалов М. Х., Малафеев М. И. Восстановление шаровых соединений // Современная наука: актуальные проблемы и перспективы развития. 2018. С. 182-189.

10. Мельников О. М., Казанцев С. П., Чеха О. В. Оценка показателей качества деталей и соединения «вал-манжета» // Агроинженерия. 2019. № 5 (93). С. 8-13.

11. Кононенко А. С., Соловьева А. А. Повышение прочностных характеристик анаэробных полимерных составов, используемых при восстановлении посадок подшипников качения // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2019. № 2. С. 35-38.

12. Кононенко А. С., Кузнецов И. А. Восстановление посадочных мест под подшипники качения в корпусных деталях машин полимерными нанокомпозитами // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 124 (2). С. 81-85.

13. Козечко В. А. Комплексная химико-термическая обработка конструкционных сталей // SR. 2015. № 2. С. 59-63.

14. Кононенко А. С. Герметизация неподвижных фланцевых соединений анаэробными герметиками при ремонте сельскохозяйственной техники : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2001. 18 с.

15. Федоров С. К., Морозов А. В. Электромеханическая поверхностная закалка втулок трака бульдозера коматsu // Вестник АГАУ. 2013. № 3 (101). С. 102-107.

16. Михальский Е., Воловец-Корецкая Э. Исследование параметров процессов азотирования. Часть 1 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 3. С. 44-52.

17. Смирнов А. Е., Фахуртдинов Р. С., Рыжова М. Ю., Пахомова С. А. Определение режимов вакуумной цементации на основе расчетного метода // Упрочняющие технологии и покрытия. 2018. № 6. С. 269-274.

18. Чупятов Н. Н. Повышение долговечности деталей гидравлических систем с применением CVD-метода металлоорганических покрытий : автореферат дис. ... д-ра техн. наук. Москва, 2018. 39 с.

19. Кононенко А. С., Соловьева А. А., Комогорцев В. Ф. Теоретическое определение минимальной толщины полимерного слоя, обеспечивающей защиту соединения вал - подшипник от фреттинг-коррозии // Наука о полимерах. Серия Д. 2020. Т. 13. № 1. С. 45-49.

20. Аулов В. Ф., Рожков Ю. Н., Ишков А. В., Кривочуров Н. Т., Иванайский В. В., Новиков В. С., Конев-цов Л. А. Экспериментальные исследования износостойкости образцов из стали 65Г и с покрытием скоростным ТВЧ-борированием // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. № 2-2. С. 507-511.

Дата поступления статьи в редакцию 3.03.2021, принята к публикации 29.03.2021.

Информация об авторах: ИГНАТКИН ИВАН ЮРЬЕВИЧ,

доктор технических наук, доцент кафедры «Технологии обработки материалов»

Адрес: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 105005, Россия, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5

E-mail: ignatkinivan@gmail.com

Spin-код: 4391-8002

СЕРОВ АНТОН ВЯЧЕСЛАВОВИЧ,

кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии обработки материалов» Адрес: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 105005, Россия, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5 E-mail: serovav@bmstu.ru Spin-код: 8269-4840

ДРОЗДОВ АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ,

студент кафедры «Технологии обработки материалов»

Адрес: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 105005, Россия, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5 E-mail: 18vik18@mail.ru Spin-код: 9691-9246

Заявленный вклад авторов: Игнаткин Иван Юрьевич: общее руководство проектом, написание окончательного варианта текста. Серов Антон Вячеславович: критический анализ и доработка текста, участие в обсуждении материалов статьи.

Дроздов Андрей Викторович: проведение экспериментов, подготовка первоначального варианта текста.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Kononenko A. S., Kildeev T. A., Solov'eva A. A. Osobennosti vosstanovleniya shpindel'nyh valov metal-lorezhushchih stankov polimernymi materialami i nanokompoziciyami na ih osnove [Features of restoration of spindle shafts of metal-cutting machines with polymer materials and nanocompositions based on them], Remont. Voss-tanovlenie. Modernizaciya [Remont. Recovery. Modernization] 2018, No. 10, pp. 3-8.

2. Kononenko A. S. Psarev D. N., Rozhnov A. B. Stojkost' k stareniyu i vibracionnym nagruzkam po-limemogo kompozicionnogo materiala na osnove anaerobnogo germetika «AN-111» [Resistance to aging and vibration loads of a polymer composite material based on anaerobic sealant «AN-111»], Vestnik Federalnogo gosu-darstvennogo obrazovatelnogo uchrezhdenia vishego professionalnogo obrazovania «MGAU imeni Goryach-kina V. P.» [Bulletin of the Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «MSAU named after Goryachkin V. P.»] 2019, No. 5, pp. 4-8.

3. Kononenko A. S. Povishenie nadezhnosti nepodviznih flancevich soedineniy selskochozaistvennoi techniki ispolzovaniem nanostrukturirovannich germetikov [Improving the reliability of fixed flange joints of agricultural machinery using nanostructured sealants. Dr. Sci. (Engineering) thesis], Moscow, 2012, 34 p.

4. Struchkov N. F. Issledovanie vliania technologicheskich parametrov electrodugovoi metallizacii na micro-structuru i micritverdost pokritiy [Investigation of the influence of technological parameters of electric arc metallization on the microstructure and microhardness of coatings], Trudi GOSNITI [Proceedings of GOSNITI], 2015, pp.173-175.

5. Asheichik A. A., Polonsky V. L. Eksperimentalnoe issledovanie svoistv yplotnitelnich rezin pri visokych i nizkich temperaturach [Experimental study of the properties of sealing rubbers at high and low temperatures], Vestnik SibGAU [Bulletin of SibGAU], 2016, pp. 656-664.

6. Filippov R. A. Perechodnie sloi v kompozitnich materialach kak oblasti novoi fazi [Transition layers in composite materials as areas of a new phase], VestnikNNGU [Bulletin NNSU], 2011, No. 4-2, pp. 545-546.

7. Melnikov O. M. Rabotosposobnost soedineniy «Val-manzheta» i povisheniy ich nadezhnosti [Efficiency of Shaft-Cuff Connections and Increasing Their Reliability], Vestnik Federalnogo gosudarstvennogo obrazovatelnogo uchrezhdenia vishego professionalnogo obrazovania «MGAU imeni Goryachkina V. P.» [Bulletin of the Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «MSAU named after Goryachkin V. P.»], 2018, No. 2 (84), pp.50-54.

8. Melnikov O. M., Kazantsev S. P., Chekha O. V. Ocenka pokazateley kachestva detaley i soedinenia «val-manzheta» [Assessment of quality indicators of parts and connection «shaft-cuff»], Vestnik Federalnogo gosudarstvennogo obrazovatelnogo uchrezhdenia vishego professionalnogo obrazovania «MGAU imeni Goryachkina V. P.» [Bulletin of the Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «MSAU named after Goryachkin V. P.»], 2019, No. 5 (93), pp. 8-13.

9. Voronov E. V., Zhamalov M. H., Malafeev M. I. Vosstanovlenie sharovyh soedinenij [Restoration of ball joints], Sovremennaya nauka: aktual'nye problemy i perspektivy razvitiya [Modern science: actual problems and development prospects], 2018, pp. 182-189.

10. Melnikov O. M., Kazantsev S. P., Chekha O. V. Ocenka pokazateley kachestva detaley i soedinenia «Val-manzheta» [Assessment of quality indicators of parts and connection «Shaft-cuff»], Agroinzheneria [Agroengineering], 2019, No. 5 (93), pp. 8-13.

11. Kononenko A. S., Solov'eva A. A. Povishenie prochnostnich charakteristik anaerobnich polimernich sostavov, ispolzuemich pri vosstanovlenii posadok podshipnikov kachenia [Improving the strength characteristics of anaerobic polymer compounds used in restoring the landings of rolling bearings], Remont. Vosstanovlenie. Moderni-zaciya [Remont. Recovery. Modernization], 2019, No. 2, pp. 35-38.

12. Kononenko A. S., Kuznetsov I. A. Vosstanovlenie posadochnich mest pod podshipniki kachenia v kor-pusnich detalach machin polymernimi nanokompoziciami [Restoration of seats for rolling bearings in housing parts of machines with polymer nanocomposites], Trudi GOSNITI [Proceedings of GOSNITI], 2016, Vol. 124 (2), pp. 81-85.

13. Kozechko V. A. Kompleksnya chimiki-termicheskay obrabotka konstrukcionnych staley [Complex chemical-thermal treatment of structural steels], SR, 2015, No. 2, pp. 59-63.

14. Kononenko A. S. Germetizacia napodvizhnich flancevich soedineniy anaerobnimy germetikami pro remonte selskochozaistvennoi techniki [Sealing of fixed flange joints with anaerobic sealants during the repair of agricultural machinery], Ph. D. (Engineering), Moscow, 2001. 18 p.

15. Fedorov S. K., Morozov A. V. Electromechanicheskay poverchnostnya zakalka vtulok traka buldozera Ko-matsu [Electromechanical surface hardening of the track bushings of the Komatsu bulldozer], Vestnik AGAU [Bulletin AGAU], 2013, No. 3 (101), pp. 102-107.

16. Mikhal'skiy E., Volovets-Koretskaya E. Issledovanie parametrov processov azotirovania. Chast 1 [Research of parameters of nitriding processes. Part 1], Metallurgia I termicheskaya obrabotka metallov [Metallurgy and heat treatment of metals], 2019, No. 3, pp. 44-52.

17. Smirnov A. E., Fakhurtdinov R. S., Ryzhova M. Y., Pakhomova S. A. Opredelenie rezhimov vakuumnoi cementacii na osnove raschetnogo metoda [Determination of modes of vacuum carburizing based on the computational method], Uprochnyaushie technologoo i pokrytia [Strengthening technologies and coatings], 2018, No. 6, pp.269-274.

18. Chupyatov N. N. Povischenie dolgovechnosti detalei gidravlicheskich sistem s primeneniem SVD-metoda metalloorganicheskich pokritiy [Increasing the durability of parts of hydraulic systems using the CVD method of or-ganometallic coatings. Dr. Sci. (Engineering) thesis], Moscow, 2018. 39 p.

19. Kononenko A. S., Solov'eva A. A., Komogortsev V. F. Theoreticheskoe opredelenie minimalnoi tolshini polimernogo sloya, obespechivaushei zashity soedinenia val-podshipnik ot fretting-korrozii [Theoretical determination

of the minimum thickness of a polymer layer providing ensured protection of a shaft - bearing joint from fretting corrosion], Nayka opolimerach [Polymer Science], 2020, Vol. 13, No. 1, pp. 45-49.

20. Aulov V. F., Rozhkov Y. N., Ishkov A. V., Krivochurov N. T., Ivanayskiy V. V., Novikov V. S., Kon-evtsov L. A. Eksperimentalnye issledovania iznosostoikosti obrazcov iz stali 65G i s pokritiem skorostnim TVCH-borirovaniem [Experimental studies of the wear resistance of samples made of 65G steel and coated with high-speed HDTV-boring], Trydi Kolskogo Naychnogo cwntra RAN [Kola Science Center RAS], 2018, No. 2-2, pp. 507-511.

The article was submitted 3.03.2021, accept for publication 29.03.2021.

Information about the authors: IGNATKIN IVAN YURIEVICH,

Dr. Sci. (Engineering), Docent «Materials Processing Technologies» Address: Bauman Moscow State Technical University, 105005, Russia, Moscow E-mail: ignatkinivan@gmail.com Spin-code: 4391-8002

SEROV ANTON VYACHESLAVOVICH,

Ph. D. (Engineering), Docent «Materials Processing Technologies» Address: Bauman Moscow State Technical University, 105005, Russia, Moscow E-mail: serovav@bmstu.ru Spin-code: 8269-4840

DROZDOV ANDREY VIKTOROVICH, student of «Materials Processing Technologies » department, Address: Bauman Moscow State Technical University, 105005, Russia, Moscow E-mail: 18vik18@mail.ru Spin-code: 9691-9246

Contribution of the authors: Ivan Yu. Ignatkin: general project management, writing the final version of the text.

Antov V. Serov: critical analysis and revision of the text, participation in the discussion of the materials of the article. Andrey V. Drozdov: conducting experiments, preparing the initial version of the text.

All authors have read and approved the final version of the manuscript.

The authors declare no conflicts of interest.

, 2nd Baumanskaya street, 5

, 2nd Baumanskaya street, 5

, 2nd Baumanskaya street, 5

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.