CC BY
30
УДК 621.9:004
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-11-431-435
ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАПЛАВКИ СТЕЛЛИТОМ
Р.Ю. Некрасов, О.А. Темпель, Д.Е. Васьков
Машиностроение крупная отрасль, которая с годами набирает темпы в развитии различных направлений. Одним из таких направлений является сохранение работоспособности изделий в процессе их эксплуатации. В процессе эксплуатации изделие подвергается различным видам нагрузок, что образует неравномерное истирание и износ поверхностей. Для повышения сохраняемости и долговечности крупных деталей с высокой стоимостью существует возможность наплавки твердого материала на пораженные участки с целью минимизации всех видов ресурсов. Данный вид материала достаточно сложно обработать, поэтому немало важным является выбор оптимальной толщины наплавки. Так, в работе представлены исследования с помощью компьютерных технологий по определению оптимальной толщины стеллита на изношенные поверхности детали и представлены результаты.
Ключевые слова: стеллит, модальный анализ, восстановление работоспособности, качество.
Для повышения функциональных возможностей работы объектов сложной конфигурации и сохранения всех материальных и трудовых средств, применяют труднообрабатываемые материалы в качестве наплавляемого элемента на изношенные участки.
В качестве слоя наплавки всё чаще в настоящий момент времени применяют стеллит. Так как, стеллит является твердым сплавом на кобальтовой основе и используется в виде круглых электродов диаметром 3-7 мм и длиной 300-400мм, как правило, общая толщина наплавляемого слоя может колебаться в пределах 0,5-5мм [1].
Причем, при механической обработке деталей с наплавляемым слоем образуется ряд проблем, таких как высокая температура в зоне резания, снижение стойкости инструмента и скорости резания [1,2].
Для сокращения издержек производства при обработке данного материала актуальной задачей является проведение исследований по выбору оптимальной толщины наплавки на поврежденный участок детали.
Материал и методы исследования. В процессе проведения исследований были использованы методы анализа и обобщения, а так же универсальный программный продукт конечно-элементного анализа ANSYS для определения напряжений и деформаций.
А так же модальный анализ, который проводится для определения частот и мод собственных колебаний объекта [3].
Результаты исследования и их обсуждения. В качестве объекта исследования (рис.1) был выбран палец ковша экскаватора габаритных размеров. При работе данного изделия происходит быстрое истирание определенных участков, поэтому существует необходимость в целесообразном использовании ресурсов, наплавке и обработке только мест поражений.
Cobah .jllu|i. Hayn» Sldlitu 6В
18.01.2021 22:13
ANSYS
2020 R2
>
Рис.1. Объект исследования программе ANSYS: 1 - Палец; 2 - Наплавленный материал; 3 - Втулка
Для проведения компьютерных исследований заданы следующие условия [4]:
- наплавляемый материал (стеллит 6), так как является наиболее устойчивым к механическим и химическим воздействиям в широком диапазоне температур;
- характеристики наплавляемого материала (плотность 8440кг/м3; модуль Юнга 240Гпа; коэффициент Пуассона 0,3; предел прочности 790Мпа);
- коэффициент трения между сопрягаемыми поверхностями 0,2.
Стеллит 6 подходит для наплавки и плакирования. Кроме того, возможна токарная обработка данного материала с применением карбидных режущих инструментов [5,6].
Данный вид материала является труднообрабатываемым, который в процессе резания образует, повышенные температуры и влияет на образование стружки, что может привести к не точности обработки.
Важным аспектом при восстановлении работоспособности участка изделия является выбор оптимальной толщины наплавляемого материала для целесообразного использования всех видов ресурсов необходимых для данного процесса.
После компьютерных исследований в программном продукте ANSYS были получены результаты и проведена обработка информации по двум модам: 1 мода «Изгибающие колебания по оси 2» (рис. 2) и 3 мода «Кручение» (рис.3).
2020
Р.МоЫ
Туре: ГЛГ'ГОП'МИ'С;) ЙгсЛ
юяа.1 Н1
и".> ИЬаг
шато!1*1!
3!»
5!5,!1
171.il
гнет
166.М 14,[5
ДОТЭШп
АПНИЫЫИП | I ► 1,
а
; го » 2 (¿то] » с* Ф™
Т*Ьи1дг Ови »!□*
1088,1 109®,7 1605. 2791.« Ш!
1)
2)
Рис.2. Мода «Изгибающие колебания по оси 2» 1 - Наплавка стеллита в 3 мм; 2 - Наплавка стеллита в 5 мм
Было доказано, что является целесообразным наплавлять материал на изношенный участок детали «палец», так как поведение модели с максимальными деформациями образуются при больших значениях. Деформации и напряжения приближены по результатам, полученным по 3мм и 5мм, так в моде «изгибающие колебания» деформации составили 0,90 - 8,12мм.
Кроме того, в результате исследований было выявлено, что максимальная деформация наплавляемого участка образуется при частоте 1587 Гц и тоже является единой при наплавке 3мм и 5мм (рис.4).
V I ^гН^. (■) >(»11 ^ исл^.у Нг
(МЬМнг 40)10111011
117,11 Нп
ми
<77.17
юав »1.»
ЕШЗ
А*
АтлиЬол I
► ВЫ • 25«£4|йо) ' с? .;
1 I? □ К * Ц □ X
ЧиЯ |
1)
шму
Тур*: (г* ',-^г М :('¿.'1:1
у 161&ЛИГ Иг.Л МР. ИЛИ №1
«МИ.1И и»
те«« »им»
1Ю.Ы6
|А№1Л 1011.ТМ
"Й-' НО
~ I
С «С.
2)
и
Рис.3. Мода «Кручение»: 1 - Наплавка стеллита в 3 мм; 2 - Наплавка стеллита в 5 мм
I I I частота
о юоо 2000 зооо Ф000
Рис. 4. Результаты максимальных деформаций в программе ANSYS
Выводы. По результатам модального анализа детали «палец» было определено, что глубина наплавляемого стеллита на изношенный участок в 3мм и 5мм приближены друг к другу, поэтому с точки зрения эксплуатационных характеристик и работоспособности изделия при толщине слоя значительной разницы не выявлено. Но экономически целесообразней применять глубину наплавки 3 мм для сокращения расходов на материал.
Список литературы
1. Верещака А. С. Обработка труднообрабатываемых материалов инструментом из твердого сплава с Re-Co-связкой повышенной теплостойкости и нано-структурированным износостойким покрытием // Материалы МНТК ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России:
433
приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». [Электронный ресурс]. URL: http://mospolytech.ru/science/mami145/scientific/article/s08/s08 04.pdf. (дата обращения: 10.08.2021).
2. Верещака А. С., Дачева А.В., Аникеев А.И. Повышение работоспособности режущего инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов путем комплексного применения наноструктурированного износостойкого покрытия и твердого сплава оптимального состава // Известия МГТУ «МАМИ». 2010. №.1(9). С. 99-105.
3. Леонтьев Н.В. Применение системы ANSYS к решению задач модального и гармонического анализа. // Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Информационные системы в математике и механике». Нижний Новгород. 2006. [Электронный ресурс]. URL: http://www.unn.ru/pages/e-library/aids/2006/2.pdf. (дата обращения: 10.08.2021).
4. Некрасов Р.Ю., Темпель О.А., Стариков А.И. Определение оптимальной толщины наплавки труднообрабатываемого материала для восстановления работоспособности изделия // Вестник МГТУ «Станкин». 2021. Вып. 2 (57), С. 72-76.
5. Твердосплавные наплавки в арматуростроении: Материалы и Процессы [Электронный ресурс] URL: https://astutek.ru/blog/item/tverdosplavnye-naplavki (дата обращения: 18.08.2021).
6. Сварка. Материалы и оборудование. [Электронный ресурс] URL: https://svares.ru/alloy-stellite-6 (дата обращения: 18.08.2021).
Некрасов Роман Юрьевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет,
Темпель Ольга Александровна, аспирант, [email protected], Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет,
Васьков Данил Евгеньевич, студент, [email protected], Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет
RESTORING PERFORMANCE LARGE-SIZED PARTS WITH STELLITE SURFACE R.Yu. Nekrasov, O.A. Tempel, D.E. Vaskov
Mechanical engineering is a large industry, which over the years is gaining momentum in the development of various directions. One of these areas is the preservation of the working capacity of products during their operation. During operation, the product is subjected to various types of loads, which forms uneven abrasion and wear of surfaces. To increase the preservation and durability of large parts with a high cost, there is the possibility of surfacing hard material on the affected areas in order to minimize all types of resources. This type of material is rather difficult to process, therefore, the choice of the optimum thickness of the surfacing is very important. Thus, the work presents studies using computer technologies to determine the optimal thickness of stellite on the worn surfaces of the part and presents the results.
Key words: stellite, modal analysis, health recovery, quality.
Nekrasov Roman Yurievich, candidate of technical sciences, head of chair, docent, [email protected], Russia, Tyumen , Tyumen industrial university,
Tempel Olga Aleksandrovna, postgraduate, [email protected], Russia, Tyumen, Tyumen industrial university,
Vaskov Danil Evgenevich, student, [email protected], Russia, Tyumen, Tyumen industrial
university
