Разработка технологии восстановления наружных поверхностей в цилиндрических деталях электроконтактной наваркой сварочной проволоки Св-08Г2С тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, кандидат наук Амеличева Анна Юрьевна

• Амеличева Анна Юрьевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Амеличева Анна Юрьевна

Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Общая характеристика состояния ремонтного производства в Российской Федерации и за рубежом

1.2. Анализ номенклатуры изделий различных цилиндрических деталей, имеющих заданную техническими условиями твердость наружных поверхностей 270 - 310 НВ

1.3. Анализ наиболее применяемых способов восстановления наружных поверхностей цилиндрических изделий, имеющих твердость 270 - 310 ИБ, в Российской Федерации (РФ) и за рубежом

1.4. Применяемое оборудование и технологические варианты электроконтактной наварки сварочной проволокой Св-08Г2С наружных поверхностей в цилиндрических деталях

1.5. Изменения размеров в деталях типа «втулка» после электроконтактной наварки сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром

2 мм и электроконтактной поверхностной осадки (ЭКПО)

1.6. Основные положения предлагаемой технологии восстановления наружных поверхностей в цилиндрических деталях типа «вал» и «втулка» ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм

1.7. Выводы по главе

Глава 2. Исследования влияния параметров режима наварки на формирование наружных покрытий в цилиндрических образцах типа «вал» и «втулка» при ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром

2 мм

2.1. Определение основного параметра технологии ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С

2.2. Исследование влияния жесткости режима наварки на свойства покрытий при ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм

2.3. Выводы по главе

Глава 3. Экспериментальные исследования формирования сплошных наружных покрытий в цилиндрических образцах типа «вал» и «втулка» при ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм

3.1. Определение технологических интервалов изменения осадки е сварочной проволоки Св-08Г2С

3.2. Исследование прочности сцепления асц сварочной поволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм с основным металлом образцов из стали 45 после ЭКН с осадками е, при которых обеспечено образование сплошного покрытия восстанавливаемых изделий

3.3. Исследование твердости наружной поверхности цилиндрических образцов из стали 45 после ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм с осадками е (на режимах ЭКН), при которых обеспечено образование сплошного покрытия восстанавливаемых изделий

3.4. Исследование наличия дефектов и макро и микроструктуры в слое наваренного металла в наружных поверхностях цилиндрических образцов из стали 45 после ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм с осадками е (на режимах наварки), при которых обеспечено образование сплошного покрытия восстанавливаемых изделий

3.5. Определение допустимых интервалов изменения осадки е сварочной проволоки Св-08Г2С

3.6. Основные факторы, влияющие на остаточные радиальные изменения размеров 2У в цилиндрических деталях типа «втулка» после ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм одного

трех слоев и ЭКПО одного - трех проходов

3.7. Связь остаточных радиальных изменений размеров 2У с геометрическими размерами и параметрами режима наварки в цилиндрических образцах типа «втулка» после ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм

3.8. Выводы по главе

Глава 4. Основные положения методики определения режимов ЭКН наружных поверхностей в восстанавливаемых деталях типа «вал» и «втулка» сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм

4.1. Понятие технологических схем ремонта деталей типа «вал» или «втулка»

4.2. Теоретические основы определения осадки s (режимов ЭКН) при восстановлении наружных поверхностей во всех цилиндрических деталях типа «вал» и изделиях «втулка» с равномерным износом при ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм, при ремонте которых не требуется применения технологии ЭКПО

4.3. Теоретические основы определения осадки s (режимов ЭКН) при восстановлении наружных поверхностей в цилиндрических изделиях типа «втулка» с равномерным износом при ЭКН сварочной проволоки Св08Г2С диаметром 2 мм, при ремонте которых необходимо

применение технологии ЭКПО

4.4. Технические приемы, используемые при особых случаях ремонта деталей типа «вал» и «втулка»

4.5. Выводы по главе

Глава 5. Внедрение результатов диссертационной работы

5.1. Методика определения рациональных режимов ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм наружных поверхностей в цилиндрических деталях типа «вал» и «втулка»

5.2. Основные преимущества предложенной технологии ЭКН проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм перед ранее применяемыми способами наварки, а также механизированной дуговой наплавки в углекислом газе

5.3. Выводы по главе

Общие выводы и заключение диссертационной работы

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии восстановления наружных поверхностей в цилиндрических деталях электроконтактной наваркой сварочной проволоки Св-08Г2С»

Введение

В условиях рыночной экономики и конкуренции немаловажной задачей для промышленных предприятий всех направлений является восстановление и ремонт техники и отдельных ее частей. Долгая и надежная работа механизмов достигается либо своевременной заменой изношенных деталей, либо их восстановлением, что, зачастую более выгодно.

Как показывают различные исследования до 80% изношенных цилиндрических деталей машин и механизмов целесообразно восстанавливать применяя современные технологии (способы) ремонта [1 - 4]. При этом необходимо стремиться к повышению качества реставрации при одновременном снижении материальных и трудовых затрат на ремонт деталей.

Одним из путей решения этой задачи является внедрение современных ресурсосберегающих технологий восстановления изношенных деталей машин.

По данным ООО «НПП «Велд» среди изношенных цилиндрических деталей до 15 - 20% изделий должны иметь достаточно низкую твердость наружных поверхностей около 28 - 33 ИКС (270 - 310 НВ), а для 10 - 15% изделий она по условиям эксплуатации может быть любой, поэтому их также целесообразно отнести к изделиям с невысокой твердостью. Таким образом, общий объем ремонтируемых деталей, рассматриваемых в данной работе, составляет около 25 - 35% и распространяется на изделия типа «втулка» или «вал» с наружными цилиндрическими (Рисунок В.1 а, б) и коническими поверхностями с углом конуса не больше 8°.

Объединение цилиндрических и конических деталей возможно, так как технологии нанесения покрытий на наружные поверхности таких изделий, как правило, одинаковы и поэтому в дальнейшем они рассматриваются как цилиндрические детали.

т

а) б)

Рисунок В.1. Цилиндрические детали (образцы), типа «втулка» (а) и «вал» (б), где: D, d, L, Б - размеры деталей (образцов), мм

Рассматриваемая номенклатура изделий распространяется на наружные поверхности цилиндрических и конических деталей, которые в процессе эксплуатации неподвижны по отношению к ответным сопрягаемым изделиям, а также работают на трение качения или скольжения и по условиям работы не требуют применения операции обязательного поверхностно - пластического деформирования (ППД) нанесенного покрытия с целью повышения усталостной прочности.

Для ремонта наружных поверхностей в рассматриваемых изделиях наиболее часто используются различные технологии дуговой наплавки, газотермического напыления и электроконтактной наварки (ЭКН) различными материалами, в том числе, способ электроконтактной наварки проволоки (ЭКНП) [1, 4 - 16].

При ремонте изделий ЭКНП чаще всего применяются проволоки, обеспечивающие высокую твердость наваренного слоя (ИКС > 50) [17 - 22]. По данным ООО «НПП «Велд» для этих целей из отечественных материалов наиболее часто используются: пружинная проволока 2 класса (Нп-65Г), Нп-30ХГСА и Нп-40Х13. Объем их применения достигает 70 - 75% восстановленных изделий. Но, в некоторых случаях, использование таких проволок не выглядит целесообразным, так как их применение не обеспечит технологические свойства наружных поверхностей восстанавливаемых изделий.

Технологию ЭКНП выполняют с применением мягких или жестких режимов, с подплавлением и без подплавления соединяемых металлов, что приводит к изменению прочности сцепления асц между ними и высоты (толщины) подъема валика (слоя) наваренного металла к ЭКНП без подплавления соединяемых металлов позволяет получить меньшую прочность сцепления асц между присадочными и основными металлами, но больший подъем толщины слоя наваренного металла h и незначительные остаточные перемещения размеров, а наварка с подплавлением соединяемых металлов в месте их контакта дает прямо противоположные результаты [16, 17, 19, 24].

Однако, до настоящего времени нет полной ясности, какая прочность сцепления асц между соединяемыми металлами после ЭКНП достаточна для надежной работы деталей в процессе последующей эксплуатации, что, в свою очередь, не позволяет перейти на режимы наварки, повышающие производительность процесса за счет большего подъема толщины слоя наваренного металла h за один проход. Технология ЭКНП наиболее конкурентоспособна по сравнению с другими известными способами нанесения покрытий при устранении износа наружных поверхностей изделий наваркой одного слоя металла С. Значительно меньший эффект от применения технологии ЭКНП наблюдается при наварке второго и особенно последующих слоев С.

По этой причине наиболее целесообразно стремиться выполнять ЭКНП за один проход, обеспечивая максимальный подъем толщины слоя наваренного металла h на возможных допустимых режимах, которые наиболее просто регулировать, изменяя ток !н при постоянных других параметрах технологии.

Однако, использование тока !н в качестве основного параметра, применяемого для подбора и контроля режимов наварки, а также представления технологических свойств покрытия нецелесообразно из-за сильной зависимости его от размеров восстанавливаемых деталей ^ и S) (Рисунок В.1 а, б) и необходимости иметь специальные приборы для измерения.

Значительно проще и удобнее для этих целей использовать размеры валика наваренного металла (изменяющиеся при варьировании тока 1н) в абсолютных (высота И, длина 1 и ширина Ь) и в относительных (осадка проволоки е или ее осевая деформация п) единицах. Наиболее часто в работах по ЭКНП предлагается применять в качестве основного параметра осадку проволоки е (В.1) или ее осевую деформацию п (В.2), а иногда и ширину валика наваренного металла Ь [16 - 19].

Единого мнения, какой из них наиболее целесообразен в качестве основного параметра, в настоящее время не существует, что вызывает необходимость проведения дополнительных исследований в этом вопросе. Из приведенных формул (1 и 2) хорошо видно, что, в отличие от осевой деформации п, осадка проволоки е не зависит от диаметра ремонтируемой детали Э, а изменяется только при варьировании диаметра проволоки ёпр и толщины слоя наваренного металла И.

где И - высота валика наваренного металла, мм; 1ф и 1р - соответственно фактическая и расчетная длины присадочной проволоки, мм, ёпр - диаметр навариваемой проволоки, мм.

Независимость осадки е от размеров деталей Э и простота ее измерения в процессе ЭКНП определили ее выбор в качестве основного параметра технологии с границей равной 70%, разделившей режимы наварки с подплавлением и без подплавления соединяемых металлов. Граница осадки е = 70% была определена для высокоуглеродистой пружинной проволоки 2 класса (Нп-65Г), использование которой позволяет получить твердость наваренного металла не меньше 50 ИКС, что для рассматриваемой номенклатуры деталей приведет к необоснованно высокой, а порой и недопустимой, твердости наружных поверхностей.

Г Ь ^

е = 1--р 100% или Ь = ёпр (1 - 0,01-е);

(В.1)

(В.2)

Между тем, для применения низкоуглеродистых проволок, которые в процессе наварки позволяют получить твердость наиболее близкую к рассматриваемой в этой работе нет достаточных оснований по причине отсутствия исследований технологических свойств таких покрытий после ЭКНП наружных поверхностей изделий из стали 45 и ее аналогов.

По результатам предварительных исследований была выбрана из нескольких проволок сварочная Св-08Г2С (Таблица 1 [25]), которая позволяет в процессе ЭКНП в один - три слоя получать твердость наружных поверхностей образцов равную 270 - 310 НВ, что выше, чем при дуговой наплавке таким же материалом. Однако механизм достижения и сохранения твердости наружных поверхностей цилиндрических изделий 270 - 310 НВ при ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С одного - трех слоев наваренного металла в настоящее время не установлен.

Таблица 1.

Химический состав сварочной проволоки Св-08Г2С

Углерод С Кремний Si Марганец Мп Хром Сг Никель М Сера S Фосфор Р

Св-08Г2С 0,05 - 0,11 0,7 - 0,95 1,8 - 2,1 <0,20 <0,25 <0,025 <0,03

Процессы ЭКН пружинной проволокой 2 класса характеризуются наличием зон отпуска в месте перекрытия валиков наваренного металла, что приводит к наличию структурной неоднородности покрытия [17, 20]. Как будет изменяться твердость наружных поверхностей при ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С деталей из стали 20 и 45 в настоящее время не известно и требуется проведение дополнительных исследований. Исследование закономерностей ведения процесса ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм с применением жестких или мягких режимов, а также изучение их влияния на технологические свойства покрытия не проводились, а если наварка и выполнялась, то с использованием режимов ЭКН (осадки е > 70%), определенных для высокоуглеродистых проволок.

Поэтому необходимо исследовать и установить основные закономерности ведения процесса наварки, которые включают в себя максимально возможные допустимые интервалы изменения осадки проволоки е, при которых достигается наибольшая производительность процесса ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм и механизм получения и сохранения твердости наружных поверхностей деталей 270 - 310 ИВ при наварке одного - трех слоев С, а также обеспечивается достаточная прочность сцепления асц и сплошность покрытий при отсутствии в них дефектов в виде проскоков, шелушения, пор и трещин.

Наибольшая производительность процесса наварки определяется максимальным подъемом слоя наваренного металла Ь, который изменяется при варьировании осадки проволоки е, а также ее диаметра ёпр (В.1). Для максимально возможного при ЭКН диаметра проволоки 2 мм повысить производительность можно только за счет применения осадки е <70% (В.1).

Однако при ЭКНП с осадками е <70% могут появиться вопросы о достаточности прочности сцепления асц между основным и наваренным металлами.

В работах по ЭКН высокоуглеродистыми проволоками качественно доказано, что с ростом осадки проволоки е прочность сцепления асц растет и достигает своего максимума при отсутствии границы раздела и образовании общих зерен при выполнении наварки на режимах с подплавлением соединяемых металлов [24].

В процессе эксплуатации разные детали испытывают различные нагрузки [1, 5 - 10, 26, 27], поэтому нет необходимости для всех изделий обеспечивать одинаковые прочности сцепления асц между соединяемыми металлами, что предполагает распределения восстанавливаемых деталей на группы, с назначением для каждой своих режимов наварки (осадки проволоки е).

Для обеспечения достаточной прочности сцепления асц между основным и присадочным металлом в технической литературе рекомендуется выполнять ЭКН проволоки Нп-65Г без оплавления с осадкой е = 65 - 68% [18], а при наварке с подплавлением не меньше 70% [17].

Научно - обоснованный переход на режимы наварки с осадкой проволоки е <65% является основным резервом повышения производительности технологии ЭКН любыми проволоками и, в частности, Св-08Г2С.

Рекомендации по возможным диапазонам изменения режимов ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С разных групп деталей отсутствуют, поэтому целесообразно рассмотреть их в интервале 40% < е < 90%, в котором образуются надежные соединения при ЭКН проволоки Нп-65Г, назвав его исследовательским.

По методике ООО «НПП «Велд» в цилиндрических деталях типа «втулка» из стали 45 на допустимых режимах наварки также необходимо определить количественные значения остаточных радиальных перемещений размеров после ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм в один - три слоя и электроконтактной поверхностной осадки (ЭКПО) в один - три прохода.

Все вышесказанное показывает актуальность проведения дальнейших исследований, направленных на изучение технологических свойств покрытия, полученного ЭКН проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм.

Целью диссертационной работы является повышение производительности процесса наварки, а также обеспечение достаточной прочности сцепления асц между соединяемыми металлами и твердости покрытия 270 - 310 НВ наружных поверхностей цилиндрических деталей после ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать и обосновать выбор осадки проволоки е в качестве основного параметра предлагаемой технологии ЭКНП.

2. Исследовать и установить технологические и допустимые интервалы изменения осадки е сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 1,6 - 2,0 мм при ЭКН различных групп деталей.

3. Исследовать и установить количественные значения прочности сцепления асц между основным и наваренным металлами, а также твердости

наружных поверхностей образцов из стали 45 при отсутствии дефектов в покрытии после многослойной ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм при варьировании осадки е в допустимых интервалах.

4. Исследовать и установить по микрошлифам образцов из стали 45 изменение структуры наваренного и основного металлов после ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм при варьировании осадки проволоки е в допустимых интервалах.

5. Исследовать и установить количественные значения остаточных радиальных перемещений размеров в образцах типа «втулка» из стали 45, после ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм в один - три слоя и ЭКПО в один - три прохода i при варьировании режимов (осадки е) в допустимых интервалах.

6. Разработать и внедрить в опытное производство ООО «НПП «Велд», а также учебный процесс кафедры М2 - КФ «Технологии сварки» КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана технологии элетроконтактной наварки сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм различных наружных поверхностей в цилиндрических деталях с твердостью 270 - 310 НВ.

Диссертационная работа состоит из пяти глав и четырех приложений.

В первой главе рассмотрены различные способы восстановления наружных поверхностей в деталях типа «вал» и «втулка». Произведен анализ номенклатуры изделий, восстанавливаемых с применением сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм в ООО «НПП «Велд». Сделан вывод о целесообразности применения технологии ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм для определенных изделий, наружные поверхности которых неподвижны относительно ответных деталей, работают на трение качения или скольжения, а также не воспринимают переменные нагрузки в процессе эксплуатации. Такие детали можно восстанавливать без применения технологии поверхностно -пластического деформирования (ППД).

В этой главе рассмотрены существующие способы ЭКНП (без оплавления и с оплавлением соединяемых металлов), показаны положительные и отрицательные стороны каждой технологии наварки. Предложено рассмотреть возможность разработки способа ЭКНП объединяющего преимущества рассмотренных технологий наварки. Для предлагаемого способа ЭКНП необходимо определить основной параметр процесса, представляющий технологические свойства покрытия и служащий для определения режимов наварки. К таким свойствам наваренного металла следует отнести: образование сплошного наружного покрытия с заданной твердостью, прочность соединения его с основным металлом и отсутствие дефектов в виде пор, раковин и трещин.

Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с определением мягких или жестких режимов ЭКН образцов из стали 45 сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм. В данной главе анализируется также выбор одного из четырех возможных основных параметров процесса предлагаемой технологии ЭКНП, а именно: тока наварки 1н, осадки проволоки е и ее осевой деформации п, а также ширины валика наваренного металла Ь. Относительно выбранного основного параметра процесса наварки предлагается представлять технологические свойства наваренного металла и другие технические характеристики технологи ЭКНП.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований технологических свойств наваренного металла (сплошность, прочность сцепления, твердость, отсутствие дефектов) после ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм образцов из стали 45 (Рисунок В.1 а, б) в зависимости от изменения осадки проволоки в исследовательском интервале 40%< е <90%.

В четвертой главе представлены основные положения методики выбора рациональных режимов ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм наружных поверхностей в восстанавливаемых конкретных цилиндрических деталях типа «вал» или «втулка» за минимальное количество наваренных слоев С.

В пятой главе приведена методика выбора рациональных режимов ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм наружных поверхностей в различных цилиндрических деталях типа «вал» или «втулка».

В заключении, по результатам диссертационной работы, сформулированы общие выводы.

В конце диссертационной работы даны четыре приложения. В первом приложении показаны акты внедрения результатов диссертационной работы. Во втором приложении приведены результаты исследования перемещений внутренних размеров в деталях типа «втулка» при ЭКН сварочной проволокой. В третьем - результаты изучения влияния предела текучести стали 45 на изменения внутренних размеров этих деталей. В четвертом приложении представлены фотографии успешно восстановленных по предлагаемой технологии ЭКН сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм деталей типа «вал» и «втулка» и приведены примеры определения режимов наварки (осадки проволоки е) в таких изделиях.

По результатам внедрения результатов диссертационной работы Амели-чевой А.Ю. в ООО «НПП «Велд» суммарный экономический эффект составил более 870 000 рублей.

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Общая характеристика состояния ремонтного производства в Российской Федерации и за рубежом

В настоящее время в РФ и за рубежом ремонт различных деталей машин и механизмов осуществляется на небольших предприятиях и носит, в основном, единичный (разовый) и, очень редко, мелкосерийный характер. Восстанавливают, как правило, сложные в изготовлении, то есть, трудоемкие и металлоемкие в производстве изделия, в которых объем ремонтных работ невелик по сравнению с изготовлением новых деталей.

За рубежом, в свою очередь, принято различать термины «rebuilding» -аналог мелкосерийного ремонта деталей и узлов в мастерских, сервисах и небольших предприятиях и «re-manufacturing» - восстановление работоспособности как отдельных деталей, так и машин целиком в заводских условиях (иногда сопровождается заменой части деталей на новые). Такие услуги предоставляют крупные производители тяжелой техники, например, Caterpillar [28].

При ремонте машин и механизмов осуществляется два сценария исправления дефектов. Первый: разбираются узлы и заменяются изношенные детали на новые, второй: разбираются узлы и производятся восстановления изношенных изделий с доведением до заданных размеров деталей, нередко с улучшением их физико-механических свойств. Сравнение обоих вариантов ремонта сложных в изготовлении деталей показывает, что второй сценарий более выгоден как с точки зрения экологии, так и обеспечения надежности и своевременности поставки запасных частей, особенно импортного производства. Восстановление деталей является технически обоснованным и экономически оправданным мероприятием. Оно позволяет ремонтно - обслуживающим предприятиям и мастерским хозяйствам сокращать время простоя неисправных машин и оборудования, а также повышать качество ремонта и улучшать показатели

надежности работы отремонтированных машин в эксплуатации. Экономическая сторона проведения работ по восстановлению деталей заключается в снижении себестоимости ремонта как агрегатов, так и машин. Восстановление и упрочнение деталей позволяют улучшить и восстановить ресурс работы машины. Исследования показали, что в выбракованных машинах присутствует до 45% годных деталей, восстановлению подлежат до 50%. Окончательно отбраковываются только 5 - 9% [1].

Следует заметить, что при восстановлении деталей количество операций сокращается в 3 - 8 раз, по сравнению с изготовлением новых [2]. Создание ремонтных участков и предприятий требует в 2 раза меньше капитальных вложений, по сравнению с производством запасных частей. Для восстановления необходимо в 20 - 30 раз меньше металла, чем для изготовления новых запасных частей. Стоимость восстановленных изделий составляет до 30 - 50% цены на новые детали [2]. По данным работы [5] около 52% деталей имеют часто встречающийся износ до 0,6 мм. Из них до 40% изделий имеют износ наружной цилиндрической поверхности, а 60% деталей машин и механизмов изнашиваются внутри.

В предлагаемой работе рассматриваются цилиндрические детали различных машин и механизмов, имеющие износ наружных поверхностей изделий, которые в процессе эксплуатации неподвижны или работают на трение качения и скольжения.

На отечественных и зарубежных предприятиях, при восстановлении наружных цилиндрических поверхностей в деталях машин и механизмов, применяются различные способы (технологии) нанесения металлических покрытий. Наиболее распространенными способами восстановления наружных цилиндрических поверхностей деталей являются напыление, металлизация, хромирование, железнение (осталивание) и дуговые способы наплавки, являющиеся основными видами ремонта изношенных деталей, составляя примерно 75% всех работ [1, 5, 7 - 10]. Активно изучается возможность роботизации технологий наплавки [29].

Одним из способов, применяющихся для восстановления изношенных наружных поверхностей в различных цилиндрических изделиях, является способ электроконтактной наварки (наплавки) проволоки (ЭКНП).

Электроконтактная наварка проволоки во многом выгодно отличается от дуговых методов наплавки, например, экономичностью и ресурсоемкостью. На основании многолетнего опыта восстановления (Приложение) было установлено, что многие детали, наружные цилиндрические и конические поверхности которых работают в условиях трения качения или скольжения, а также неподвижны или испытывают переменные нагрузки, ремонтировать с использованием ЭКНП не только возможно, но и гораздо более выгодно, чем применяя дуговую наплавку. При изготовлении деталей машин и механизмов применяются различные стали, а именно - 20, 45, 40Х, 12ХН3А, 38Х2МЮА и т.д [1, 3, 5, 9, 10]. Как будет показано ниже, очень часто при изготовлении цилиндрических изделий используется сталь 45 и ее аналоги.

1.2. Анализ номенклатуры изделий различных цилиндрических деталей, имеющих заданную техническими условиями твердость наружных поверхностей 270 - 310 НВ

Широкое применение в разных отраслях промышленности, транспорта и сельского хозяйства получили различные детали машин и механизмов с наружными цилиндрическими поверхностями.

Эти детали объединяет необходимость восстановления наружных поверхностей всех деталей, а разделяют условия эксплуатации, конструктивные особенности и наличие или отсутствие внутренних отверстий. Минимальная требуемая твердость наружных поверхностей составляет ~270 ИВ, для некоторых устанавливается и максимальная - около 310 ИВ. Многие из этих изделий изготовлены из стали 45. В данной работе рассматриваются изделия, наружные поверхности которых в процессе эксплуатации неподвижны или работают на трение качения или скольжения и не испытывают переменных и ударных нагрузок.

Классификация, требующих восстановления рассматриваемых наружных поверхностей деталей типа «вал» и «втулка» по условиям их эксплуатации приведена в работе [30]. Детали, твердости наружных поверхностей которых составляют, примерно, 270 - 310 НВ, по данной классификации являются деталями 1 - 3 групп (не требуют ППД) и представлены в Таблице 2. Номенклатура этих изделий составлена по данным предприятий ООО «НПП «Велд», АО «Ка-лугапутьмаш», АО Калужский завод «Ремпутьмаш», АО «Калугатехремонт», ООО «ВЭРЗ», АО «ДСП».

Таблица 2

Группа деталей Условия работы восстановленной поверхности Примеры деталей

1 группа Восстановленная наружная поверхность одной детали неподвижна по отношению к сопрягаемой с ней поверхностью ответной детали. Стаканы, а также неподвижные внутренние обоймы подшипников качения осей и т.д.

2 группа Трение скольжения или качения восстановленной поверхности и сопрягаемой с ней в зависимости от пары материалов («сталь - бронза», «сталь - чугун», «сталь - пластмасса», «сталь - резина», а также «сталь - сталь» с принудительной жидкой смазкой соприкасающихся поверхностей). Штоки, оси балансиров, подвижные внутренние обоймы подшипников качения задних и промежуточных осей мостов автомобилей и т.д.

Таблица 2 (продолжение)

Трение скольжения или качения

восстановленной поверхности и со-

прягаемой с ней в зависимости от Пиноли, трубы промежуточ-

3 пары материалов («сталь - сталь», ных опор, поворотные ку-

группа без принудительной смазки сопри- лаки передних мостов авто-

касающихся поверхностей, а также машин и т.д.

для наиболее ответственных ремон-

тируемых изделий).

Например, к деталям первой группы относятся стаканы, а также посадочные места под неподвижные внутренние обоймы подшипников качения различных восстанавливаемых изделий, в частности - шестерен гидропередач и цапфы осевой заднего моста троллейбуса. Наваривают также посадочные места под различные шестерни (со шпонкой и без нее), например, коленвала дизельного двигателя Д-160 (бульдозеров Т-130 и Т-170), а также в других изделиях, в которых восстановленная и ответная поверхности деталей неподвижны между собой.

К изделиям второй и третьей групп относятся пиноли различных станков, штоки гидроцилиндров, оси задних и промежуточных мостов автомобилей, а также другие изделия, в которых восстановленная и ответная поверхности работают на трение скольжения или качения относительно друг друга.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Амеличева Анна Юрьевна, 2019 год

/ / /

Рисунок П.3.18. Эскиз части цапфы промежуточной оси, подлежащей восстановлению

1. Данное изделие относится к деталям типа «вал», что подразумевает только подбор режимов ЭКНП наружной поверхности цапфы оси.

2. По заданному условию эксплуатации восстанавливаемые поверхности оси относятся к первой группе деталей, и могут быть наварены одной и двумя проволоками Св-08Г2С. При наварке одной и двумя проволоками осадка изменяется в интервале 55% ± 2% < е < 80% ± 2% (Таблицы 6 и 7.)

3. Определяем первоначальную требуемую величину подъема наваренного металла для полного устранения износа и механической обработки наружной поверхности детали. Согласно данным примечания к Таблицам 13 и 14, деталь типа «вал» диаметром больше 75 мм с износом 0,1 - 0,4 мм необходимо дополнительно занижать до Аизн = 0,5 мм, тогда: Дпод > 0,5 + 0,9 = 1,4 мм.

4. Определяем минимальное количество слоев при ЭКН проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм при износе равном Аизн = 0,5 мм по данным Таблицы 13. Видно, что минимальное количество слоев С1, необходимое для восстановления износа 0,5 мм при ЭКН одной проволокой получается при осадке ех = 65% в 2 слоя и обеспечивает припуск на механическую обработку 0,9 мм. Минимальное количество слоев С2, необходимое для восстановления износа 0,5 мм при ЭКН двумя проволоками получается при осадке е2 = 65% в один слой и обеспечивает припуск на механическую обработку 0,9 мм.

5. Окончательно выбираем следующие режимы ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм обеих поверхностей - наварка двумя проволоками с осадкой 65% в один проход, Р = 1500 Н, ^ = 0,1 с, ^ = 0,2 с, п = 85/0 = 0,85 об/мин.

6. После ЭКНП выполняется «черновая» токарная обработка, а затем шлифовка наружной поверхности цапфы промежуточной оси в заданный размер О

П.3.10. Выбор осадки 8 (режимов ЭКН) сварочной проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм при восстановлении посадочных мест под неподвижные обоймы подшипников качения наружной поверхности поворотного кулака

Дано: изношенный по наружным диаметрам = 55 мм и 02 = 70 мм поворотный кулак (Рисунок П.3.19, П.3.20). Материал детали - сталь 45, с твердостью поверхности 310 - 330 НВ в нормализованном состоянии. Величина износа посадочных мест под подшипники: для D1 = 55 мм Аизн1 = 0,1 мм на диаметр, для D2 = 70 мм Аизн2 = 0,3 мм на диаметр. Требуемая твердость наружной поверхности не более 300 НВ. Деталь относится к категории «валов». Условия эксплуатации восстанавливаемых частей - неподвижные внутренние обоймы подшипников качения по отношению к наружной поверхности поворотного кулака. Необходимо: определить режимы ЭКНП наружной поверхности кулака.

Рисунок П.3.19. Кулаки поворотные передних мостов автомобилей и троллейбусов

Средний износ поверхности: 0,1 - 0,6 мм на диаметр

Требования к восстановленной поверхности: Твердость не менее 300 НВ

100

к 2

г

Рисунок П.3.20. Эскиз части поворотного кулака, подлежащего восстановлению 1. Первой обязательной операцией перед принятием поворотного кулака к восстановлению изношенной наружной поверхности является определение возможных усталостных трещин на поверхности перехода радиуса от

вала к цапфе. После выполнения операции дефектовки остается 30 - 50% деталей, которые можно ремонтировать.

2. Данное изделие относится к деталям типа «вал», что подразумевает только подбор режимов ЭКНП наружной поверхности кулака.

3. По заданному условию эксплуатации восстанавливаемые поверхности кулака неподвижны, но, в силу ответственности детали, относятся к третьей группе деталей, и могут быть наварены одной и двумя проволоками Св-08Г2С. При наварке одной и двумя проволоками осадка изменяется в интервале 65% ± 2% < е < 80% ± 2% (Таблицы 6 и 7.)

4. Определяем первоначальную требуемую величину подъема наваренного металла для полного устранения износа и механической обработки наружной поверхности детали. Согласно данным примечания к Таблицам 13 и 14, деталь типа «вал» диаметром менее 75 мм с износом 0,1 - 0,4 мм нет необходимости дополнительно занижать, тогда: Апод1 > 0,1 + 0,9 = 1,0 мм и

ДГОд2 > 0,3 + 0,9 = 1,2 мм.

5. Определяем минимальное количество слоев при ЭКН проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм при износе равном Аизн1 = 0,1 мм по данным Таблицы 13. Видно, что минимальное количество слоев С1, необходимое для восстановления износа 0,1 мм при ЭКН одной проволокой получается при осадке ех = 75% в 2 слоя и обеспечивает припуск на механическую обработку 0,9 мм. Минимальное количество слоев С2, необходимое для восстановления износа 0,1 мм при ЭКН двумя проволоками получается при осадке е2 = 75% в один слой и обеспечивает припуск на механическую обработку 0,9 мм.

6. Определяем минимальное количество слоев при ЭКН проволоки Св-08Г2С диаметром 2 мм при износе равном Дизн2 = 0,3 мм по данным Таблицы 13. Видно, что минимальное количество слоев С1, необходимое для восстановления износа 0,3 мм при ЭКН одной проволокой получается при осадке ех = 70% в 2 слоя и обеспечивает припуск на механическую обработку 0,9 мм. Минимальное количество слоев С2, необходимое для восстановления

износа 0,3 мм при ЭКН двумя проволоками получается при осадке е2 = 70% в один слой и обеспечивает припуск на механическую обработку 0,9 мм.

7. Наиболее производительной является наварка двумя проволоками в 1 слой, поэтому для обеих поверхностей и Э2 целесообразно выбрать схемы ремонта двумя проволоками.

8. Окончательно выбираем следующие режимы ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм = 55 мм - наварка двумя проволоками с осадкой 75% в один проход, Э2 = 75 мм - наварка двумя проволоками с осадкой 70% в один проход с Р = 1500 Н, ^ = 0,1 с, ^ = 0,2 с, П1 = 85Ю1 = 1,54 об/мин, п2 = 85/02 = 1,13 об/мин.

9. После ЭКНП выполняется «черновая» токарная обработка, а затем шлифовка наружной поверхности поворотного кулака в заданный размер 55

(-0,012) мм и Э2 75 (-0,032) мм.

О внедрении результатов диссертационной работы Амеличевой Анны Юрьевны «Разработка технологии восстановления наружных поверхностей в различных цилиндрических деталях электроконтактной наваркой сварочной проволоки Св-08Г2С», представленной на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Настоящая справка дана в том, что в АО «ДСП» используется часть результатов исследований, выполненных по теме диссертационной работы Амеличевой А.Ю., что позволило получить экономический эффект около 100 ООО (ста тысяч) рублей за счет снижения затрат на ремонт валов линии по производству гофрокартона в количестве 70 штук.

Положительный результат получен за счет повышения твердости наваренного металла валов до 30 -35 НКС в процессе ЭКН сварочной проволокой Св-08Г2С и увеличению, в связи с этим, продолжительности работы восстановленных деталей между их ремонтами.

Случаев отказа восстановленных валов линии по производству гофрокартона в процессе эксплуатации не зафиксировано.

Голиков А.В.

о внедрении результатов диссертационной работы Амеличевой Анны Юрьевны «Разработка технологии восстановления наружных поверхностей в различных цилиндрических деталях электроконтактной наваркой сварочной проволоки Св-08Г2С», представленной на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Настоящая справка дана в том, что в ООО «ЭЛМАТ» внелрена часть результатов исследований, выполненных по теме диссертационной работы Амеличевой А.Ю., что позволило получить экономический эффект около 170 ООО (ста семидесяти тысяч) рублей за счет использования в производстве восстановленных ЭКН проволоки Св-08Г2С диаметром 2мм цилиндрических

С применением восстановленных в ООО «НПП «Велд» до твердости наружных поверхностей 30-35 НИС цилиндрических деталей ООО «ЭЛМАТ» во многих случаях отпала необходимость в покупке дорогостоящих новых запасных частей отечественного и импортного производства. Сократилось также время простоя оборудования за счет уменьшения сроков ремонта изношенных деталей.

Случаев отказа восстановленных деталей в процессе эксплуатации не зафиксировано.

Главный механик

деталей.

ООО «ЭЛМАТ»

Сурнин В.Ю.

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель директора

СПРАВКА

об использовании результатов диссертационной работы Амеличевой Анны Юрьевны «Разработка технологии восстановления наружных поверхностей в различных цилиндрических деталях электроконтактной наваркой сварочной проволоки Св-08Г2С»

Настоящая справка подтверждает, что разработанные Амеличевой А.Ю. методики определения режимов электроконтактной наварки сварочной проволоки используются в учебном процессе кафедры М2-КФ «Сварка и диагностика» при изучении студентами профиля «Восстановление и изготовление деталей машин и механизмов в условиях рыночной экономики», «Организация и управление сварочным производством в условиях рынка» дисциплин «Теория сварочных процессов», «Научно-исследовательская работа студента», а также при выполнении курсового проектирования.

Царьков А.В.

Страница 1

Количество наиболее часто восстановленных ЭКН проволокой Св-08Г2С диаметром 2мм изделий за 2014-2018 гг.

Период Наименование деталей Кол-во деталей за период Данные о выходе из строя деталей после восстановления

Шток 95.31.09.002 - -

Пиноли различных станков 3 нет

Различные стаканы 5 41-

2014 Кулак поворотный троллейбуса 4 -II-

Валы и оси различных размеров, в т.ч. цапфы

балок промежуточных 116 41-

и задних осей, а также

оси балансиров.

Шток 95.31.09.002 8 41-

Пиноли различных станков 5 -II-

Различные стаканы 4 -II-

2015 Кулак поворотный троллейбуса - нет

Валы и оси различных

размеров, в т.ч. цапфы

балок промежуточных 97 41-

и задних осей, а также

оси балансиров.

Шток 95.31.09.002 - -II-

Пиноли различных -II-

станков

Различные стаканы - 41-

2016 Кулак поворотный троллейбуса 20 -II-

Валы и оси различных

размеров, в т.ч. цапфы балок промежуточных 73 41-

и задних осей, а также

оси балансиров.

2017 Шток 95.31.09.002 - 41-

Пиноли различных 2 41-

отзыв

научного руководителя на диссертацию Амеличевой А.Ю. на тему «Разработка технологии восстановления наружных поверхностей в различных цилиндрических деталях электроконтактной наваркой сварочной проволоки Св-08Г2С», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.10 - Сварка, родственные процессы и технологии.

Научной работой соискатель начала заниматься, будучи студенткой 4 курса кафедры сварки КФ МГТУ им. Н.Э.Баумана и продолжила после поступления в очную аспирантуру филиала университета. В период обучения в аспирантуре Амеличева А.Ю. показала себя грамотным, целеустремлённым и трудолюбивым исследователем, способным самостоятельно решать сложные научно-технические задачи.

Работа над диссертацией велась активно, с большим творческим энтузиазмом. Соискатель самостоятельно выполнила значительный объем экспериментальных и теоретических исследований, проявляла инициативу в поисках наиболее рациональных научно-технических решений поставленных задач. За время работы над диссертацией соискателем был выполнен ряд научно-исследовательских работ, большая часть которых соответствовала теме диссертации. По результатам диссертационной работы были определены рациональные режимы ЭКН проволокой Св-08Г2С наружных поверхностей различных деталей, даны рекомендации по их более качественному и эффективному ремонту, установлена причина повышения твердости наваренного ЭКН металла, по сравнению с аналогичным, наплавленным дуговым способом. Разработаны технологии восстановления наружных поверхностей в различных цилиндрических деталях, которые в настоящее время используются на предприятии ООО «НЛП «ВЕЛД».

Наряду с научно - исследовательской работой соискатель принимала активное участие в разработке и написании курсов лекций и практических занятий по дисциплинам «Усталость сварных деталей и конструкций» и «Восстановление и изготовление деталей машин и механизмов в условиях рыночной экономики».

Считаю, что по научной квалификации и полученным результатам диссертационной работы Амеличева Анна Юрьевна достойна присуждения ей ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.10 -Сварка, родственные процессы и технологии.

Научный руководитель: ^

д.т.н., профессор кафедры М2-КФ "Сварка

и диагностика" МГТУ им. Н.Э. Баумана и // / / В.А. Дубровский

Контакты: Дубровский Владимир Анатольевич, доктор технических наук (05.02.10) „, г.Калуга, ул.Механизаторов, д.40, 248008, ООО «НПП«ВЕЛД». Тел. [phone], [e-mail] ______ '

,иньюсть подписи '^рсГ