CC BY
62
3. Степанова К.М. Обеспечение качества продукции на основе управления физическими активами предприятия // Современные материалы, техника и технологии, научно-практический рецензируемый журнал, №5(13), 2017, Курск, ЮЗГУ, 2017, С.70-76.
Stepanova Kristina Mihailovna, Student (e-mail: o3orni3a@yandex.ruj Vladimir state University, Russia
Sushchev Anatoly Konstantinovich, Cand. Eng. Sci, Docent, Academician of the Academy of quality problems (e-mail: aksushev@yandex.ru) Vladimir state University, Russia
ORGANIZATION OF EQUIPMENT SERVICE BY TRM METHOD IN MANUFACTURING AUTOCOMPONENTS
Abstract: Afunctional model for the organization of maintenance of equipment using the TRM method in the production of auto components was developed. An algorithm for servicing equipment at the production site is proposed. Key words: equipment maintenance, model, TPM method.
УДК 621.793.74: 519.873
ТОЛЩИНА ПОКРЫТИЯ ДЕТАЛИ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ
НАПЫЛЕНИИ
Трифонов Григорий Игоревич, соискатель, младший научный сотрудник
(e-mail: grishakip@yandex.ru) Воронежский государственный технический университет, Россия Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина»
г. Воронеж, Россия Жачкин Сергей Юрьевич, д.т.н., профессор (e-mail: zhach@list.ru) Воронежский государственный технический университет,
г. Воронеж, Россия
В данной статье рассматриваются различные расчетные методики по определению величин толщины плазменного покрытия на поверхности детали. Предлагаются усовершенствования в расчетах толщины получаемого покрытия, в частности кинематических режимов плазменного напыления.
Ключевые слова: плазменное напыление, толщина покрытия, кинематика, поверхность, деталь.
Введение. Плазменное напыление является одним из самых качественных и эффективных методов нанесения покрытий различного назначения на поверхность детали. С помощью потоков газотермической плазмы можно напылять любые композитные порошковые материалы [1-3]. Порошки металлов и сплавов используются для нанесения износо-, корози-онно-, кавитационно-, жаростойких и других функциональных покрытий.
При нанесении покрытий одной из актуальных и практически не решенных проблем является управление размерами покрытий. Обеспечение контроля за размерами и поверхностным рельефом покрытий особенно актуально при восстановлении крупногабаритных деталей с напылением износостойких материалов.
Необходимо отметить, что получение слоев с контролируемыми геометрическими параметрами возможно при условии точного математического анализа и теоретического проектирования кинематики относительного перемещения обрабатываемой детали и плазматрона.
Данная работа посвящена проблеме оценки и оптимизации различных расчетных методов по определению толщины плазменного покрытия, нанесенного на цилиндрическую поверхность промышленной детали.
Постановка задачи. В качестве детали для проведения научных исследований был выбран вал промышленного образца.
Рассматриваемый нами вал по характеру работы и в виду повреждений контактных цилиндрических поверхностей, образовавшихся при эксплуатации, нуждается в износостойком покрытии. Для подтверждения и проверки целесообразности нанесения плазменного напыления на контактные поверхности вала, были проведены расчеты на конечные элементы в системе прочностного анализа APM FEM программы КОМПАС-3Б V15.1 [1]. На рисунке 1 представлены результаты данного расчета.
Рисунок 1 - Результаты прочностного расчета APM FEM программы КОМПАС-3Б V15.1: а - модель; б - конечно-элементная сетка; в - суммарное линейное перемещение; г - коэффициент запаса по прочности; д -
коэффициент запаса по текучести
б)
Прогнозирование теоретической толщины плазменного покрытия путем математического моделирования процессов размерного формообразования выполняется с принятием следующих допущений:
1) напыление осуществляется последовательным наложением параллельных валиков материала с постоянным шагом;
2) кинематические режимы в процессе нанесения покрытия постоянны;
В общем виде схема напыления вала показана на рисунке 2. В результате перемещения плазмотрона относительно цилиндрической поверхности вала напыляемый материал осаждается в виде полувалика. Для получения покрытий на больших поверхностях напыление производят в два или несколько рядов. При этом смещение оси плазменного потока устанавливается так, чтобы при напылении произошло взаимное наложение и частичное перекрытие соседних полуваликов.
Рисунок 2 - Схема напыления промышленного вала
Для получения плазменных покрытий на больших цилиндрических поверхностях вала покрытие напыляют в два или несколько рядов. При этом смещение оси плазменного потока устанавливается таким, что в результате происходит взаимное наложение и частичное перекрытие соседних полуваликов.
Исследования. В работе [2] проведены подробные исследования по моделированию размерного формообразования при нанесении плазменных покрытий на поверхность разнопрофильных деталей. В частности, с учетом принятых автором допущений средняя толщина слоя напыленного покрытия связана с условиями напыления следующим уравнением:
а К 0 х ^
8 =-^-х-^--(1)
V х 6 х р р
' ' отн
где а - среднемассовый расход напыляемого материала, V - скорость перемещения пятна плазмотрона относительно поверхности; 6 - шаг поперечной подачи распылителя; р - плотность напыляемого материала; ротн - относительная плотность напыленного покрытия; К0 - коэффициент использования материала; ^ - показатель формообразования валика.
В данном уравнении для расчета толщины плазменного покрытия автор с одной стороны учитывает кинематические параметры и режимы технологического процесса напыления, а с другой стороны также учитывает качественную составляющую напыляемого материала. Приведенный расчетный метод целесообразно использовать после проведения эксперимен-
тального процесса напыления или же после окончания всех технологических операций. Для предварительной оценки получаемой величины толщины плазменного слоя данное уравнение использовать нецелесообразно.
В работе [3] также проводились исследования по моделированию расчетных методик для оценки толщины плазменных покрытий на поверхности сложнопрофильных деталей.
Но решение поставленной задачи автор реализует посредством управления и подробного анализа кинематических режимов, для оптимизации которых необходимо определить зависимости кинематических параметров процесса.
Также при разработке расчетной модели формирования слоя напыленного покрытия были приняты следующие допущения:
- частицы имеют одинаковый диаметр;
- диаметр напыляемых частиц много меньше диаметра газовой струи;
- поток частиц практически перпендикулярен поверхности напыления.
В итоге для крупногабаритных деталей толщина напыленного слоя может быть рассчитана по формуле:
5 х^щ ---х < ехр(———) + ехр —-Р—( — — А)2 + ехр " (—+ А)2Т 2
V 1 Р 1 Р ] 1 р и
(2)
где 8 - коэффициент, характеризующий скорость увеличения толщины покрытия в центре пятна распыла, — - координата движения сопла плазма-трона относительно плоскости напыления детали; р1 - радиус пятна распыла, А - шаг смещения.
Для более подробного и уточненного анализа и решения задачи по расчету толщины плазменного покрытия было принято решение использовать формулу (2), которая в большей степени связана с кинематикой процесса, а также способна приблизительно просчитать теоретическую величину искомого параметра.
Методики исследования и результаты. Проанализировав составляющие формулы (2), а также учитывая кинематические режимы и параметры плазменного напыления, их влияние на процесс формирования равнотол-щинного покрытия, можно сделать вывод, что для разработки математических зависимостей, позволяющих определить уточненное значение толщины плазменного покрытия на цилиндрической поверхности вала требуется смоделировать:
1. Условия обеспечивающие заданную толщину и шаг волнистости покрытия в виде системы уравнений.
2. Уравнения, которые в полной мере описывали бы скорость перемещения плазматрона V.
Так для поверхности вала уравнение образующей поверхности примет
вид: р — Я, где Я - радиус цилиндрической напыляемой поверхности. Следовательно, согласно работе [4] скорость перемещения распылителя примет вид:
V ФФ + Ф22 (3)
йф йх где--скорость вращения вала,--продольная скорость перемещения
плазмотрона.
йф йф йх 1 йх
Опираясь на уравнение —— = —— х — = ~х—, где в - шаг спирали
/
траектории перемещения центра пятна напыления, получаем уравнения для определения скорости вращения вала и продольной скорости перемещения плазмотрона:
йх /V ; йф V (4)
dt 7Я2 + /2 ' ^я2 + /2 Опираясь на приведенные уравнения формула (3) примет вид:
V = я '(-г;!—У- + (-гтЧг )2 (5)
\ у/я2 + /2 у/я2 + 3
Полученное уравнение (5) стоит использовать в формуле (1) и (2) для уточненного расчета толщины плазменного покрытия для цилиндрических поверхностей вала.
Выводы. Проведенные исследования и полученные зависимости позволяют определить необходимые номинальные значения для расчета толщины плазменного покрытия, а также диапазоны регулирования технологических параметров управления формой по заданным требованиям к толщине покрытий, поверхности детали и режимам напыления.
В свою очередь, требования к средней толщине и режиму напыления обосновываются расчетно-аналитическим и экспериментальным путем.
Список литературы
1. Жачкин С.Ю. Математическое моделирование нанесения композитных покрытий плазменным напылением / С.Ю. Жачкин, Г.И. Трифонов, С.В. Нелысов // Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн: материалы IV Международной научно-практической конференции: в 3 т. / под общ. ред. В. А. Немтинова; ФГБОУ ВО «ТГТУ». - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2017. - Вып. 4., - С. 63-69.
2. Ильющенко А.Ф. Процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование / А.Ф. Ильющенко, А.И. Шевцов, В.А. Оковитый, Г.Ф. Громыко // Национальная академия наук Беларуси. Институт порошковой металлургии. Минск: Беларус. навука, 2011. - 357 с.
3. Воронкова М.Н. Упрочнение и восстановление деталей оборудования промышленности строительных материалов плазменным напылением // Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005. 137 с.
4. 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.
Trifonov Greogory Igorevich, PhD student, junior researcher
(e-mail: grishakip@yandex.ru)
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 Zhachkin Sergey Yurievich, Doctor of technical Sciences, professor (e-mail: zhach@list.ru)
Voronezh state technical university, Voronezh, Russia
THE THICKNESS OF THE COATING PARTS IN PLASMA SPRAING
Abstract. This article discusses various computational techniques for determining values for the thickness of the plasma coating on the surface of the part. Improvements are proposed in calculating the thickness of the resulting coating, in particular kinematic modes of plasma spraying.
Keywords: plasma spraying, coating thickness, kinematics, surface, detail.
