CC BY
64
ш
нлты
ЫКРА1НИ «bJHTÜ» ,
»imiB
Науковий BicHMK Н/1ТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280520 Article received 07.05.2018 р. Article accepted 31.05.2018 р.
УДК 629.113:004.67
"ф~| ISSN 1994-7836 (print) ШЯ ISSN 2519-2477 (online)
@ El Correspondence author M. I. Herys mherys@ukr.net
Г. С. Гудз1, М. I. Герис2,1. Я. Захара3, М. М. Осташук1
1 Нацюнальнийутверситет "Львiвська полтехтка", м. Львiв, Украша 2Нацюнальний лкотехтчний утверситет Украши, м. Львiв, Украша 31вано-Франювський нацюнальний техтчний утверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Украша
ВИЗНАЧЕННЯ ВЗАЕМОЗВ'ЯЗКУ ТЕМПЕРАТУРИ ЕЛЕКТРОЛ1ТУ ТА ВАГОМИХ ЧИННИК1В ПРОЦЕСУ ХРОМУВАННЯ П1Д ЧАС В1ДНОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Дослщжено актуальне питання взаемовпливу температури електролпу з показниками продуктивное^ процесу та експлуатацшними властивостями деталей, вiдновлених хромуванням. Встановлено, що на продуктивнiсть процесу та експлуатацшш властивостi вiдновлених деталей значною мiрою впливають такi чинники, як густина струму, температура електролпу та тривалiсть процесу електролiзу. Для визначення взаемозв'язку температури елекгролiту з коефщентом вихо-ду за струмом, мiкротвердiстю та зносостiйкiстю осаджень хрому за рiзиоl тривалостi процесу застосовано системний тд-хiд, домшаншою передумовою якого е прагнення з максимальною повнотою врахувати початковi та в^дт характеристики об'екта дослiдження. На тдст^ використання методу планування експерименту отримано регресiйнi рiвняння, якi да-ють змогу оцiнити взаемозв'язок температури електролпу з густиною струму, мжротвердютю та зносостiйкiстю хромованих деталей. За результатами аналiзу цих рiвнянь й оцшки числових значень та знаюв при коефiцiентах з'ясовано, що для рiзиоl тривалостi електролiтичного процесу сила й характер впливу чинникiв е неоднаковими. За отриманими регресiйними рiв-няннями можна визначити температуру електролпу для отримання хромового покриття деталей iз заданими експлуата-цiйними властивостями, що дасть змогу вдосконалювати технолопчш процеси вiдновлення деталей машин.
Ключовi слова: задаш експлуатацiйнi властивостi деталей; мшротвердють i зносостiйкiсть покриття; тривалють процесу електролiзу; рiвняння регресп.
Вступ. Зпдно зi сгагисгичними даними 85 % деталей вщновлюють в разi зношення не бiльше 0,3 мм (МоМук et а1., 1989), тобто 1хня працездагнiсгь вщнов-люеться за нанесення покриття незначно! товщини. Од-нак напрацювання на вщмову вiдновлених деталей, по-рiвняно з новими, здебшьшого залишаеться низьким. В той же час е приклади, коли ресурс деталей, вщновле-них прогресивними способами, в калька разiв вищий вiд ресурсу нових деталей. До таких способiв варто вщнес-ти елекгролiгичне хромування деталей ^опЛагепко, 1968).
Аналiз останнiх досл1джень та публшацш. У роботах ^опЛагепко, 1968, Mas1ov, 1975, Honcharov, 2008) визначено вплив окремих чинник1в на показники процесу хромування деталей, але !х дослвджували з до-помогою однофакторного або послвдовного експери-менпв. Результата таких експерименгiв представлено значною шльшстю графiкiв або дiаграм, за якими важко отримати числовi значения взаемопоеднання чинник1в, що !х визначають. Це й становить акгуальнiсгь досль дження.
Мета досл1дження - визначити взаемозв'язок температури електролпу з коефщентом виходу за струмом, м^отвердютю та знососгiйкiсгю осаджень хрому за рiзноl гривалосгi процесу.
Основш результата досл1дження. Пiд час вивчен-ня складних систем широко застосовують системний шдхщ вихiдна передумова якого полягае у прагненш з максимальною повнотою врахувати уа вхiднi i вихщш характеристики системи. Найпоширенiшими i найефек-тивнiшими методами реалiзацil системного тдходу е методи математично! теорп експерименту (планування експерименту), яш е подальшим розвитком iдей багато-чин-никового аналiзу.
У загальному виглядi задачу дослщження багато-чинникових процесiв математично формулюють так (Vinarskii et а1., 1975): необхщно отримати функцiю
П=АХ\. Х2. ..., хк), (1)
де: п - параметр процесу; Х1, х2, ..., хк - незалежш змiннi (чинники, якими можна варшвати).
Якщо функцiя п мае вигляд полiнома, один з найпо-ширешших способiв 11 зображення
1нформащя про aBTopiB:
Гудз Густав Степанович, д-р техн. наук, професор. Email: ggudz@polynet.lviv.ua
Герис Микола 1ванович, канд. техн. наук, доцент. Email: mherys@ukr.net
Захара 1гор Ярославович, канд. техн. наук, доцент. Email: texnikigor83@gmail.com
Осташук Микола Михайлович, канд. техн. наук, доцент. Email: miikola.ostashuck.m@gmail.com
Цитування за ДСТУ: Гудз Г. С., Герис М. I., Захара I. Я., Осташук М. М. Визначення взаемозв'язку температури електролпу та вагомих чинниюв процесу хромування тд час вщновлення деталей машин. Науковий вкник НЛТУ УкраТни. 2018, т. 28, № 5. С. 93-96.
Citation APA: Gudz, G. S., Herys, M. I., Zakhara, I. Ya., & Ostashuk, М. М. (2018). Determining the correlation between the electrolyte temperature and the significant factors of chrome plating during machine parts restoration. Scientific Bulletin of UNFU, 28(5), 9396. https://doi.org/10.15421/40280520
де: р0, Д, ву, Ра - коефiцieнти регресii, то задача вирь шуеться шляхом отримання функцii вiдгуку у (штер-поляцiйноi формули) у виглядi
У = ь0 + кЬт + X bijXjXi + Т.ЬпХ2 +..., (3)
'=1 i< j i=1 '
де Ь0, Ь, Ьу, Ъц,... - оцiнки теоретичних коефщенпв регресii р0, в', Ру, Ра,...; к - к1льк1сть чиннишв.
Тодi розв'язок задачi зводиться до визначення коефь цiентiв регресii, як можна отримати шляхом опрацю-вання результатiв експерименту методами регресiйного аналiзу. Пiд плануванням експерименту у цьому випад-ку мають на увазi вибiр кiлькостi та умов проведения експерименпв, необхiдних i достатнiх для розв'язку поставленоi задачi. Методи планування експерименту рiзноманiтнi (лiнiйнi, нелiнiйнi) i використовуються для пошуку оптимальних умов та оптимiзацii параметрiв, для отримання формул, яш вiдображають взаемодiю чиннишв й пояснюють механiзм явищ, для вибору нашстотшших чинник1в.
Одним з методiв лiнiйного планування експерименту е повний чинниковий експеримент, в якому реалiзу-ються усi можливi комбiнацii рiвнiв усiх чинник1в. Основою для матриц планування повного чинникового експерименту слугують плани 2к, де к - к1льк1сть чиннишв, яш варiюються на двох рiвнях. При цьому кожен чинник, включений в експеримент, розглядаеться на де-якому iнтервалi й в експерименп варiюють двома його значеннями, як1 вiдповiдають верхнiй i нижнш межам iнтервалу варшвання.
У стандартнш формi запису матрицi планування експерименту використовують тшьки знаки значень гра-ниць iнтервалiв у вщносних одиницях ±1. 1х називають ввдповвдно верхнiм i нижнiм рiвнями й переходять вiд дiйсних значень границь iнтервалу варшвання до кодо-ваних значень ±1 (чи просто + i -) за допомогою ствввд-ношення
X0i
0,5/
(4)
де: Xj - кодоване значення чинника; xt - натуральне
значення чинника; x0j - натуральне значення нульового рiвня (середина iнтервалу варшвання); / - натуральне значення штервалу варшвання.
Матрицi планування повних чинникових експерименпв ортогональнi i дають змогу визначити коефь цieнти регресп дослщжувано! моделi за допомогою формули (Vinarskii et al., 1975)
1 n n _
=-Zyj bj=ZWi'j=1 k' (5)
n j=1 j=1
bo
де: yj - значення параметра оптимiзацil в j-му експери-ментi; Xj - значення i-го чинника в j-му експерименп; j - шльшсть експериментiв.
Пiд час хромування температура електролиу визна-чае продуктивнiсть i фiзико-механiчнi властивостi пок-риття. Тому побудуемо регресшну модель, яка дасть змогу визначити температуру електролиу Те залежно вiд коефiцiента виходу хрому за струмом (Хр), м^от-вердосп осаджень (МТ) та зносостiйкостi (Зн), викорис-товуючи метод повного чинникового експерименту.
Матрицю планування експерименту 2 наведено у табл. 1, а у табл. 2 подано значення рiвнiв та iнтервалiв варшвання чиннишв, за допомогою яких здшснено пе-рехiд вiд дiйсних значень змши чинник1в до кодованих, як1 приймають на границях iнтервалiв значення ±1. Табл. 1. План експерименту 2
№ експерименту Чинник Температура елекгролгту T, °С
X1 X2 X3 Xj x2 Xj x3 X2 X3 Т.1 Те2
1 - - - + + + 55 58
2 + - - - - + 35 43
3 - + - - + - 35 43
4 + + - + - - 15 28
5 - - + + - - 75 73
6 + - + - + - 55 58
7 - + + - - + 55 58
8 + + + + + + 35 43
Табл. 2. Дат для кодування чинниюв
Ршень та ш-тервал Тл, при Тк=9 хв, Та=10 с Те2, при Тк=15 хв, Та=15 с
X1 X2 X3 X1 X2 X3
Хр, % МТ, МПа Зн, мг Хр, % МТ, МПа Зн, мг
нульо-вий 12,5 8150 1,24 12,1 8375 1,48
верхнш 16 8900 1,9 14,2 9000 2,1
нижнш 9 7400 0,58 10 7750 0,86
штер-вал 3,5 750 0,66 2,1 625 0,62
Залежносп температури електролiту вщ продуктив-ностi та фiзико-механiчних властивостей покриття наведено на рис. на пiдставi (Goncharenko, 1968).
Г/ С
70
60
50 40
Те,° с
70 60 50 40
Те,° С 70
60
50
40
2
/
9 10 11 12 13 14 15 16 17 Хр,%
2
1
\
7000
7500
8000
8500
9000 МГ,МПа
1
2
/
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 Зн,мг Рисунок. Залежноста температури електролиу вiд продуктивном! i фiзико-механiчних властивостей хромового покриття:
х
х
1 - Тк=9 хв, Та=10 с; 2
Тк=15 хв, Та=15 с
Для розрахунку регресшних рiвнянь, що дають змо-гу визначити температуру електролиу, за яко1' будуть забезпеченi (у вибраному дiапазонi змiни чинник1в) ба-жанi фiзико-механiчнi властивостi хромового покриття, необхiдно реалiзувати план експерименту 23 (див. табл. 1). Там також наведено результати експериментiв.
Розраховуемо коефщенти регресiйного рiвняння: • для випадку Тк=9 хв, Та=10 с
ь = 1(55 + 35 + 35 + 15 + 75 + 55 + 55 + 35) = 360 = 45;
Ь° ^ > 8 '
1 —80
Ь1 = -(-55 + 35 - 35 +15 - 75 + 55 - 55 + 35) =-= -10;
8 8
b 23 = 1(58 + 43 - 43 - 28 - 73 - 58 - 58 + 43) = 0 = 0. 8 8
Тодi Тв2=50,5-7,5х1-7,5х2+7,5х3,
де
Xp -12,1 ; = MT - 8375 ;
X 2 "
2,1
625
(7)
= Зн -1,48 = 0,62 .
1 -80
b2 =- (-55 - 35 + 35 +15 - 75 - 55 + 55 + 35) =-= -10;
8 8
1
80
b =- (-55 - 35 - 35 -15 + 75 + 55 + 55 + 35) = — = 10; b3 8 8
b12 = -(55 - 35 - 35 +15 + 75 - 55 - 55 + 35) = - = 0; 8 °
b13 = - (55 - 35 + 35 -15 - 75 + 55 - 55 + 35) = - = 0; 8 °
b23 = -(55 + 35 - 35 -15 - 75 - 55 + 55 + 35) = - = 0. 8 °
ТодГ Тв1 =45-10x1-10x2+10x3, (6)
= Xp -12,5 = MT - 8150 = Зн -1,24
де X1 = ~ ; X 2 " '
3,5
• для випадку Тк=15 хв, Та=15 с 1
750
0,66
404
b0 = -(58 + 43 + 43 + 28 + 73 + 58 + 58 + 43) =-= 50,5;
8
8
b1 = !(-58 + 43 - 43 + 28 - 73 + 58 - 58 + 43) = — = -7,5; b1 8 8
-60
Отримаш регресiйнi рiвняння повнiстю вщтворю-ють експериментальнi данi. Наприклад, розрахуемо значения температури електролiту для 4-го i 5-го експери-менпв (див. табл. 1):
(Тв1)4 =45-10-10-10=15; (Тв1)5 =45+10+10+10=75; (Тв2)4 =50,5-7,5-7,5-7,5=28; (Тв2)5 =50,5+7,5+7,5+7,5=73.
Регресiйнi рiвняння, отриманi за допомогою повно-го чинникового експерименту 23 для визначення темпе-ратури електролггу за тривалосп Тк=9 хв, Та=10 с i Тк=15 хв, Та=15 с, показують, що вплив температури на показники майже однаковий для обох режимiв, знак " -" вказуе на те, що зГ збiльшенням чинника його вплив зменшуеться, знак "+" - на те, що вплив зростае, а величина коефщГенпв вказуе на стутнь впливу.
Висновок. Отримаш регресшш рГвняння (6) та (7) дають змогу розрахувати температуру електролиу для отримання хромового покриття деталей Гз заданими експлуатацшними властивостями.
Перелiк використаних джерел
Goncharenko, K. S. (1968). Poristoe khromirovanie detalei mashin.
Moscow: Mashinostroenie, 192 p. [In Russian]. Honcharov, V. H. (2008). Pidvyshchennia resursu transportnoi tekhniky udoskonalenniam tekhnolohii remontu kolinchastykh va-liv. Abstract of candidate dissertation for technical sciences (05.22.20 - Ekspluatatsiia ta remont zasobiv transporta). Kharkiv, 20 p. [In Ukrainian]. Maslov, N. N. (1975). Kachestvo remonta avtomobilei. Moscow:
Transport, 368 p. [In Russian]. Molodyk, N. V., & Zenkin, A. S. (1989). Vosstanovlenie detalei mashin. Moscow: Mashinostroenie, 480 p. [In Russian]. Vinarskii, M. S., & Lure, M. V. (1975). Planirovanie eksperimenta v tekhnologicheskikh issledovaniiakh. Kyiv: Tekhnika, 168 p. [In Russian].
Г. С. Гудз1, Н. И. Герис2, И. Я. Захара3, Н. М. Осташук1
1 Национальный университет "Львовская политехника", г. Львов, Украина 2 Национальный лесотехнический университет Украины, г. Львов, Украина 3 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, Украина
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОЛИТА И ВЕСОМЫХ ФАКТОРОВ ПРОЦЕССА ХРОМИРОВАНИЯ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Исследован актуальный вопрос взаимовлияния температуры электролита с показателями производительности процесса и эксплуатационными свойствами деталей, восстановленных хромированием. Установлено, что на производительность процесса и эксплуатационные свойства восстановленных деталей в значительной степени влияют такие факторы, как плотность тока, температура электролита и продолжительность процесса электролиза. Для определения взаимосвязи температуры электролита с коэффициентом выхода по току, микротвердостью и износостойкостью осаждений хрома при различной продолжительности процесса применен системный подход, доминирующей предпосылкой которого является стремление с максимальной полнотой учесть начальные и выходные характеристики объекта исследования. На основе использования метода планирования эксперимента получены регрессионные уравнения, позволяющие оценить взаимосвязь температуры электролита с плотностью тока, микротвердостью и износостойкостью хромированных деталей. По результатам анализа этих уравнений и оценки числовых значений и знаков при коэффициентах выяснено, что для разной продолжительности электролитического процесса сила и характер влияния факторов являются неодинаковыми. Полученные регрессионные уравнения позволяют определить температуру электролита для получения хромового покрытия деталей с заданными эксплуатационными свойствами, что позволит совершенствовать технологические процессы восстановления деталей машин.
Ключевые слова: заданные эксплуатационные свойства деталей; микротвердость и износостойкость покрытия; продолжительность процесса электролиза; уравнения регрессии.
b 2 = - (-58 - 43 + 43 + 28 - 73 - 58 + 58 + 43) =-= -7,5:
8
8
60
b3 = - (-58 - 43 - 43 - 28 + 73 + 58 + 58 + 43) = — = 7,5:
8
8
b12 = - (58 - 43 - 43 + 28 + 73 - 58 - 58 + 43) = - = 0; 12 8
b13 = - (58 - 43 + 43 - 28 - 73 + 58 - 58 + 43) = - = 0; 13 8
G. S. Gudz1, M. I. Herys2,I. Ya. Zakhara3, M. M. Ostashuk1
1 Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine 2 Ukrainian National Forestry University, Lviv, Ukraine 3 Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine
DETERMINING THE CORRELATION BETWEEN THE ELECTROLYTE TEMPERATURE AND THE SIGNIFICANT FACTORS OF CHROME PLATING DURING MACHINE PARTS RESTORATION
Chrome plating is the most widely used of all the electroplating processes in the repair industry in order to compensate parts wear, as well as anticorrosive and decorative coatings. The dominant use of chromium is due to the high hardness of electrolytic chromium and its high wear resistance, which 1.5-2 times exceeds the same property of tempered Steel 45. Electrolytic chrome has high acid resistance and heat resistance, and also tightly ties with almost all metals. In this case, the temperature regime of chromium most strongly affects the nature of the coating structure. By changing the combination of the temperature of the electrolyte with other parameters of the process (coefficient of current output, duration of exposure), it is possible to obtain different indicators of microhardness and wear resistance of the coating. At present, there are separate dependencies of the above factors in the literary sources, but their interconnections are not investigated. This is due to the fact that such studies were carried out using one-factor or sequential experiments, it is difficult to determine their numerical values for a new combination of factors using these results. Therefore, now during the conceptual studies of complex technical objects, a systematic approach is used, the initial preconditions of which are trying to take into account maximally the input and output characteristics of the object. The most worked out and effective methods of implementing a systematic approach should include the mathematical planning of the experiment, which in this case is understood as the choice of the number and conditions for conducting the experiments necessary and sufficient to solve the problem. The mathematical theory of the experiment in the general case limits neither the number of investigated factors nor the number of parameters that are evaluated and optimized. Consequently, during practical implementation of the methods of this theory, in order to increase their capacity and efficiency, they try to reduce both the number of investigated factors and optimization parameters (output indicators). For this, apriori information on the behavior of the object is widely used and specially designed methods for isolating non-significant factors such as ranking method, expert estimation method, random search, etc., transition to a generalized optimization parameter and consideration of some of the optimization parameters as constraints are used as well. Therefore, the article presents a plan of a full factor experiment for three factors (current output ratio, microhardness, and durability of coverage on two levels). Working out the matrix allowed estimating the correlation between the temperature of the electrolyte and the above-mentioned factors at different values of the duration (mode) of electrolysis. According to the results of the analysis of regression equations and the estimation of numerical values and signs of their coefficients, we found that the effect of temperature on the parameters of the process is almost the same for both modes, and signs with regression coefficients indicate the direction of influence of this or that factor, which will enable improving the technological process of parts recovery by chrome plating.
Keywords: given operating characteristics of parts; microhardness and wear-resistance of coating; the electrolysis process duration; regression equation.
