CC BY
7
ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТОКОВ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ДЕТАЛЕЙ ТКАЦКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
1 2
Калугин Ю.К. , Бакулин Б.А. Email: Kalugin6103@scientifictext.ru
1Калугин Юрий Константинович - кандидат технических наук, доцент,
кафедра машиноведения и технической эксплуатации автомобилей, Гродненский государственный университет им. Янки Купалы, г. Гродно;
2Бакулин Борис Александрович - начальник отдела, Конструкторско-технологический отдел, ООО «Диприз», г. Барановичи, Республика Беларусь
Аннотация: в статье анализируются промежуточные результаты исследования параметров обработки материалов высокоэнергетическими методами: магнитно— импульсным и методом лазерного поверхностного упрочнения. Рассматривается влияние упрочняющей обработки этими методами на структуру, фазовое строение и свойства поверхностного слоя контактирующих деталей ткацкого станка. Приведены основные стадии и участки разрушения, закономерности контактного износа упрочненных деталей батанного механизма бесчелночого ткацкого станка.
Ключевые слова: поверхность, модификация, структура, фазовый состав, магнитно-импульсная обработка, лазерное излучение, износостойкость.
INFLUENCE OF THE IMPACT OF HIGH-ENERGY FLOWS ON WEAR RESISTANCE OF PARTS Kalugin Yu.K.1, Bakulin B.A.2
1Kalugin Yuri Konstantinovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING AND TECHNICAL OPERATION OF CARS, GRODNO STATE UNIVERSITY OF YANKA KUPALA, GRODNO; 2Bakulin Boris Aleksandrovich - Head of Department, DESIGN AND TECHNOLOGICAL DEPARTMENT, «DIPRIZ» LLC, BARANOVICHI, REPUBLIC OF BELARUS
Abstract: the article analyzes the intermediate results of studying the parameters of materials processing by high-energy methods: magnetic-pulse and laser surface hardening. The influence of hardening treatment by these methods on the structure, phase structure and properties of the surface layer of the contacting parts of the weaving machine is considered. The main stages and areas of destruction, regularities of contact wear of hardened parts of the batman mechanism of a shuttleless weaving machine are given.
Keywords: surface, modification, structure, phase composition, magnetic-pulse treatment, laser radiation, wear resistance.
УДК 621.78
Одной из наиболее важных задач в машиностроении является увеличение износостойкости и долговечности контактирующих деталей. Действенным технологическим решением данной задачи является упрочнение поверхностного слоя изделия за счёт структурных изменений материала. Для решения этой задачи в области изготовления и эксплуатации деталей ткацкого оборудования, в большинстве случаев, необходимо получение стабильного износоустойчивого поверхностного слоя с сохранением первичной структуры, что гарантирует противодействие внутренних напряжений в металле динамическим нагрузкам и значительное
повышает усталостную прочность [1]. Улучшение характеристик поверхностного слоя, с точки зрения эксплуатационных качеств, позволит получить сжимающие остаточные напряжения и мелкодисперсную структуру, и значительно повысить долговечность деталей подверженных повышенному износу.
Детали, испытывающие наибольшие напряжения на плоскости (изгиб, контактные напряжения), для увеличения износостойкости подвергают поверхностному упрочнению. Одной из задач повышения эффективности ткацкого производства является повышения долговечности механизмов и деталей, контактирующих с текстильной нитью. Решение этой задачи особенно актуально для станков старых моделей, еще состоящих в арсенале ткацких предприятий. К таким станкам можно отнести бесчелночные станки СТБ с малогабаритным прокладчиком [1]. Для исследования выбраны детали, наиболее подверженные износу - «прокладчик утка» и «зуб батана».
Цель исследования - провести анализ воздействия на структурный слой материала режимов магнитно-импульсного (МИО) и лазерного упрочнения; выявить характер изменений структуры, фазового строения и свойств поверхностного слоя, и степень влияния этих факторов на изностойкость деталей ткацкого оборудования.
После первичной магнитно-импульсной обработки (МИО) поверхности было установлено, что воздействие импульсного поля на структуру поверхности деталей приводит к изменению механических свойств: устраняются поврежденные места в кристаллической решетке, стабилизируются внутренние напряжения, уменьшаются размеры структурных элементов поверхности металла, повышается его однородность (рис. 1).
Рис. 1. Микроструктура поверхностного слоя образцов после упрочнения методами (а - магнито-импульсным, б - лазерным)
Воздействие МИО (рисунок 1а) привело к образованию по контуру детали двух слоев: светлого, состоящего из больших крупных кристаллов глубиной до 170 мкм, и темного, с мелкой структурой и глубиной 120 мкм.
Изменение структуры материала после упрочнения поверхности лазерным лучом показано на рисунке 1б. Темные пятна, проявляющиеся в отдельных местах, частично объясняются начальными признаками возникновения мартенситной составляющей [2]. Изменения структуры поверхностного слоя, происходящие в результате лазерного упрочнения, основанные на преобразовании перлита и мартенсита, способствовали повышению микротвердости на 20 %...22 %. Отмеченные особенности лазерной
обработки, а именно, отсутствие высоких остаточных напряжений и преимущественно аустенитное строение поверхностного слоя, отражаются на способности материала сопротивляться контактному изнашиванию. Для подтверждения влияния микроструктуры поверхного слоя образцов на контактную износостойкость были проведены испытания упрочненных деталей, в результате которых было определено, что изнашивание повехности деталей в зоне контакта описывается монотонно возрастающими кривыми, на которых формируются участки с увеличенной интенсивностью износа и видна последующая стадия замедленного разрушения поверхностного слоя (рис. 2).
Износ, мм
1.2
1
0,8 0,6 0,4 0,2 О
О 2000 4000 6000 8000 10000 12000 140СО 16000 18000 20000
Наработка, циклов
Рис. 2. Кривые контактного износа образцов из стали СТ40 (1,2,3 - контрольные партии
образцов)
Проведенные эксперименты показали, что модификация поверхности деталей методами магнитно-импульсного воздействия и лазерного излучения, вызывает изменение топографической структуры слоя толщиной 1...7 мкм, что в результате способствует значительному повышению износостойкости деталей
Установлено, что при магнитно-импульсной обработке происходит изменения механических свойств: устраняются дефектные места в кристаллической решетке, стабилизируются внутренние напряжения, что способствует повышению эффективности последующей лазерной обработки.
Применяемая на вторичном этапе лазерная обработка также приводит к структурным изменениям поверхностного слоя, связанным с преобразованиями мартенсита и перлита. В результате этих изменений микротвердость в зоне обработки увеличилась на 20 %...22 %. Толщина слоя с изменениями структуры составила, в среднем 2.5 мкм. Учитывая полученные результаты, можно сделать вывод, что взаимодополняющие качества данных видов обработки позволят изменить объемную структуру поверхностного слоя ответственных деталей, что существенно повысит их долговечность и износостойкость.
Список литературы /References
1. Фролов E.H. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя и износостойкости деталей машин и оснастки комбинированной обработкой на основе лазерного и электромеханического упрочнения / E.H. Фролов. дисс. Брянск: БИТМ, 1991.
2. Kалугин Ю.К. Выбор оптимальных режимов лазерного упрочнения поверхности деталей высокоскоростных механизмов ткацкого оборудования // Проблемы современной науки и образования, 2017. № 3 (119). С. 23-29.
3. Сизенова Л.К. Технология текстильного машиностроения. / Под ред. д.т.н., проф. Л.К. Сизенова. Учебник для вузов / Л.К. Сизенов, А.А. Мизери, Е.В. Григорьев и др. М.: Машиностроение, 1988. 318.
