автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности механической обработки восстановленных наплавкой деталей сельскохозяйственной техники

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОССТАНОВЛЕННЫХ НАПЛАВКОЙ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.20.03 Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК 1997

Работа выполнена в Новосибирском государственном аграрном университете

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент В.В.Коноводов Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор В.М.Натарзан, кандидат технических наук, доцент Г.С.Муравьев Ведущее предприятие - Отдел механизации департамента сельского хозяйства и продовольственного обеспечения администрации Новосибирской области

Защита диссертации состоится 1997 года в Д,яХ?часов

на заседании диссертационного совета К 120.32.01 при Новосибирском государственном аграрном университете.

Адрес: 630039, Новосибирск - 39, Добролюбова 160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "/Г " 1997 года

Ученый секретарь / Л/7

диссертационного совета /У]/ / Р.И.Хусаинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из основных задач технического сервиса, учитывая резко возросшую интенсивность эксплуатации и износа сельскохозяйственной техники, является восстановление изношенных машин, что позволяет экономить материальные и трудовые затраты. Ресурс восстановленных машин должен быть близким к новым при достаточно высокой экономической эффективности вторичного производства, функционирующего в конкурентной среде с основным производством и внутри ремонтно-обслуживающих структур АПК.

Технологический процесс восстановления деталей, как правило, представляет собой совокупность операций наращивания изношенных поверхностей и последующей их механической обработки. Наиболее специфична для ремонтного производства группа способов, при которых интенсивно изношенные поверхности деталей наращиваются наплавкой, доля которых составляет 75...80% валового объема и более 90% по номенклатуре восстанавливаемых деталей. Механическая обработка -завершающая часть технологического процесса восстановления деталей наплавкой, она в значительной мере определяет качество восстановленных деталей, затраты трудовых и материальных ресурсов на восстановление.

Низкая обрабатываемость наплавленных слоев (в 5-10 раз ниже чем у сталей), обусловленная высокой твердостью, неоднородностью состава и структуры, большим и неравномерным припуском, предопределяет жесткие требования к режущему инструменту. Известный и реализованный в практике ремонтного производства инструмент не отвечает требованиям эффективности технологического процесса восстановления вследствие пониженной в 2-4 раза стойкости и поломок более 60% резцов при обработке на дефорсированных режимах. В результате имеет место большой расход режущего инструмента (годовая потребность ремонтно-технических стуктур АПК Новосибирской области составляет 87 тыс. твердосплавных резцов , что требует затрат 1044 млн руб), неэффективное использование технологического оборудования, низкая производительность и высокая себестоимость обработки и восстановления в целом.

Отсутствие в полной мере научных результатов анализа работоспособности конструкции инструмента в специфических условиях точения наплавленных поверхностен, а также наличие резервов совершенствован™ твердосплавного инструмента за счет применения высокопрочного железо-углеродистого припоя предопределяют необходимость дальнейших исследований в области повышения эффективности механической обработки восстановленных наплавкой деталей.

3

Цель исследования. Сокращение трудовых и материальных затрат, повышение производительности механической обработки восстановленных наплавкой деталей на основе совершенствования твердосплавного инструмента.

Объект исследования. Процесс обработки наплавленных поверхностей в зависимости от параметров твердосплавного инструмента, изготовленного на базе железо-углеродистого припоя.

Научная новизна заключается в том, что установлены закономерности структурообразовання соединений твердого сплава и стали, паяных железо-углеродистым припоем, на основании этого обоснованы состав припоя и технологические режимы изготовления инструмента на его базе, определена эффективность применения данного инструмента при обработке наплавленных поверхностен, разработана методика прогнозирования ресурса режущего инструмента на основе диаграммы предельных напряжении и экспериментально установленных параметров циклического нагружения при гочешш наплавленного слоя. Новизна решений защищена патентом Российской Федерации.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные состав припоя и технология изготовления твердосплавного инструмента обеспечивают повышение производительности механической обработки восстановленных наплавкой деталей на 25-30%, эксплуатационной надежности инструмента в 2-3 раза при сокращении расхода твердого сплава в 1,5 - 2 раза.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований доведены до реализации в виде опытных партий инструмента и внедрены на ряде ремонтно-технических предприятий АПК Новосибирской области.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско - преподавательского состава Новосибирского ГАУ в 1995 -96 г.г., на научно-техническом совете ПО "Сибсельмахд" 1995г., международной научно-технической конференции Сибирского металлургического института (г.Новокузнецк) в 1995г., международной конференции - выставке "Инвестиционные проекты Сибири" 1994г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных

работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (141 источник), приложения и содержит 230 страниц, включая 37 рисунков и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение включает актуальность темы диссертации, цель исследования, научную новизну и основные положения работы.

В первой главе дан анализ технологических способов восстановления изношенных деталей сельскохозяйственной техники наплавкой и установлено, что механическая обработка наплавленных поверхностей осуществляется с низкими технико-экономическими показателями, а узловой является проблема низкой надежности режущего инструмента, особенно при черновых операциях.

Большой вклад в исследование и совершенствование технологий обработки наплавленных деталей внесли Ю.Г.Кудрявцев, П.В.Тимофеев, Г.И.Иващенко, Ю.Н.Алексеев, С.А.Клименко, Э.Б.Михайлуца, Б.И.Мо-локанов, Г.М.Зильберман, В.М.Кряжхов и др. В их исследованиях установлено, что характерное структурное и геометрическое состояние наплавленного слоя вызывает повышенные температуры и силы в зоне резания, их циклические колебания, это вынуждает дефорсировать режимы обработки и приводит к интенсивному износу и поломкам инструмента: скорость резания снижается на 15-50%, стойкость резцов в 2-4 раза ниже нормативной при низкой эксплуатационной прочности -разрушается 60-90% резцов.

Анализ причин отказов используемых паяных твердосплавных резцов показывает, что одной га основных причин является недостаточная жесткость и прочность паяного соединения режущего элемента с корпусом инструмента, и как следствие, оснащение резцов твердосплавными пластинами повышенной прочности (пониженной износостойкости) и увеличенных размеров

Исследованию технологий изготовления паяных инструментов, механизма их разрушения и влияния физико-механических свойств паяного соединения на работоспособность инструмента посвящены труды Г.Л.Хаета, В.А.Остафьева, АИ.Бетанели, Т.Н.Лоладзе, Л.Г.Куклина, К.П.Имшенника, Н. А.Клочко, И.Н.Иванова и многие другие.

Проведенное сопоставление известных конструктивно-технологических методов повышения работоспособности паяного инструмента показало , что известные решения не позволяют в полной мере реализовать потенциальные режущие свойства твердых сплавов, так как основаны на преимущественном использовании припоев на основе медных сплавов, которые имеют низкую эксплуатационную прочность и

жесткость, особенно при повышенной температуре и силовом циклическом резании.

Сделан вывод, что перспективным решением проблемы в данном направлении является разработка и внедрение инструмента на основе диффузионного взаимодействия твердых сплавов с железоуглеродистыми сплавами (в данной области следует отметить работы Ю.Б.Капилевича и С.У.Глазачева), позволяющими решать проблему прочности режущей части паяного (литого) инструмента. Однако

такие технологии мало исследованы, а известные решения характеризуются низкой технологичностью, также практически отсутствуют данные об эффективности их применен™, в том числе и для ремонтного производства.

В качестве гипотезы принято предположение о возможности снижения затрат и повышения производительности обработки восстановленных наплавкой деталей за счет повышения работоспособности твердосплавного инструмента путем разработки состава высокопрочного железо-углеродистого припоя (БеС-припой) и технологии изготовления и применения инструмента на его базе.

В соответствии с анализом состояния вопроса и целью исследования поставлены следующие задачи :

1. Выявить закономерности структурообразования паяных соединений твердого сплава и стали, разработать состав БеС -припоя.

2. Обосновать структурный состав и рациональные технологические режимы пайки твердосплавного инструмента ГеС-припоем, обеспечивающие высокую прочность режущей части и релаксацию напряжений.

3. Установить показатели относительной износостойкости и прочности разработанного инструмента при точении наплавленных поверхностей и влияние технологических параметров обработки на характеристики нагружения инструмента и качество восстановленных поверхностей деталей.

4. Разработать методику прогнозирования ресурса паяных твердосплавных резцов с учетом их эксплуатации в условиях обработки наплавленных поверхностей.

5. Проверить эффективность разработанного инструмента в условиях ремонтного производства и дать рекомендации производству .

Во второй главе рассматриваются вопросы разработки состава высокопрочного БеС-припоя, обоснования технологии изготовления инструмента на его базе и прогнозирования параметров обработки наплавленных поверхностей.

Теоретическими предпосылками решения поставленной задачи явилось то, что разработанные припой и технология изготовления

б

инструмента на его базе обеспечат повышение работоспособности режущего инструмента за счет значительного повышения прочности режущей части инструмента и его оснащения более износостойкими твердыми сплавами, а такой инструмент позволит производить обработку восстанавливаемых поверхностей на производительных режимах при сокращении расхода инструмента, твердого сплава с гарантированным обеспечением параметров качества восстановленных поверхностей .

По результатам выполненных исследований сформулированы основные требования к разрабатываемому припою, которым по ряду параметров удовлетворяет припой на основе высокоуглеродистого сплава железа (чугуна): достаточная жидкотекучесть и хорошая смачиваемость расплавом припоя поверхностей сталей и твердых сплавов, в том числе с низким содержанием кобальта и безвольфрамовых сплавов (FeC - припой полностью смачивает карбиды вольфрама и хорошо смачивает карбиды других элементов, входящих в состав твердых сплавов); положительный градиент активности углерода по отношению к сталям и карбидам твердых сплавов, образование растворов с металлами связок обеспечивающих благоприятный диффузионный характер взаимодействия припоя с паяемыми элементами; формирование паяного соединения прочностью, жесткостью и теплостойкостью значительно превосходящего паяные медными припоями; меньшее различие по температурному коэффициенту линейного расширения между FeC-припоем и твердым сплавом обеспечивающее малую рассогласованность паяного соединения при эксплуатационных нагревах; FeC-припой имеет низкую себестоимость и не содержит дефицитных элементов.

Учитывая повышенную температуру плавления FeC-пригюя (=1147°С) и его высокую жесткость, рассмотрено термическое влияние на режущие свойства твердых сплавов и обоснован механизм релаксации напряжений. В результате анализа диаграмм состояния, металлографических исследований и экспериментов установлено: при высокочастотном нагреве на режимах, соответствующих пайке инструмента FeC - припоем в твердых сплавах отсутствуют заметные изменения в карбидных и связующих фазах, незначительное изменение микротвердости (неболее1,5-5%) сплавов в сторону уменьшения для ВК8, Т30К4, ТН20 или увеличения - KHTI6 и Т15К6. Лабораторные испытания на относительную износостойкость показали несколько повышенную интенсивность приработочного износа, повышение износостойкости на втором участке кривой износа и увеличение времени начала катастрофического износа, что особенно ценно для чернового инструмента. Сделан вывод о том, что температурный режим пайки инструмента FeC-припоем

не оказывает отрицательного влияния на режущие свойства твердых сплавов, а известные ограничения связаны с проблемой релаксации напряжений в соединении твердого сплава и стали, паяном тугоплавким высокопрочным припоем.

На основании зависимостей, определяющих величину и характер остаточных паяльных напряжений (ОПН), установлено, что при повышенной температуре плавления и практически полном отсутствии пластичности РеС-припоя, релаксация ОПН может быть осуществлена по основанному на совокупности технологических и конструктивных мероприятий механизму:

- структурно-фазовых превращений в материале БеС-припоя, так разница в изменении размеров твердого сплава и стали может быть скомпенсирована выделением в металлическую матрицу припоя структурно-свободного углерода, для чего по предварительным расчетам необходимо формирование в микроструктуре шва 5-8 об.% графита;

- образования фронта объемно-диффузионного взаимодействия "РеС-припой - твердый сплав", протекающего с увеличением объемного содержания РеМе - связки, что приведет к повышению пластичности граничной зоны и выравниванию коэффициентов линейного расширения по фронту диффузии, а следовательно обеспечит благоприятное (из плоско- в объемно-напряженное состояние) распределение напряжений и уменьшит их абсолютную величину;

- уменьшения высоты режущих пластинок вследствие высокой прочности и теплостойкости образованного РеС-припоем соединения, что способствует благоприятному распределению ОПН, т.е. формированию упрочняющих сжимающих напряжений в плоскости спая и рабочей поверхности режущей пластинки.

Состав РеС-припоя разработан на основе поиска оптимальной схемы легирования известного РеС-припоя с использованием сведений из материаловедения железоуглеродистых сплавов и экспериментов с целью повышения его технологичности - формирования стабильной мелкодисперсной графито-перлито-цементитной микроструктуры шва, обеспечивающей релаксацию напряжений и высокие механические свойства в паяном соединении с твердым сплавом при охлаждении инструмента после пайки на воздухе. При этом учитывалось, что структурообразование в шве "твердый сплав - РеС-припой - сталь" протекает в специфических условиях: малый объем расплава и большая скорость охлаждения (10-20 град с"1); изменение состава припоя при взаимодиффузионных процессах со сталью и твердым сплавом; высокая скорость нагрева (10-100 град с'1) и ограниченная температура нагрева под пайку (не более 1200°С);

зач нерденание и последующее с грушурообразованме шва сопровождается наложением растягивающих напряжений из-за рассогласованного изменения размеров паяемых элементов при охлаждении.

Таким обраюм, для того чтобы установить рациональные технологические режимы панки твердосплавного инструмента необходимо: во-первых, экспериментально установить влияние технологических режимом на аруктурообразованне иаяньтх соединений "твердый сплав - РеС-припоп - сталь" и, во-вторых, установить зависимости величины ОПТ Г и прочности режущей части инструмента от структурного состава паяного соединения.

Для достижения высокой эффективности механической обработки восстановленных наплавкой поверхностей деталей необходимо применение инструмента имеющего, на оптимальных по параметрам качества восстановленных поверхностей (точности, шероховатости) производительных режимах, нормативный уровень стойкое ли за счет оснащения инструмента наиболее износостойким твердым сплавом и достаточный запас прочности за счег конструктивно-технологических мероприятий, па достижение чего и направлена рассматриваемая технология изготовления инструмента на базе ГеС-припоя.

Вопросы износостойкости инструментальных материалов и обеспечения качества обработанных поверхностей в ремонтном производстве достаточно полно исследованы и учтены в рекомендациях и нормативной документации, запас статистической прочности инструмента можно оценить по известным .методикам. Однако, разрушение твердосплавных резцов при точении наплавленных поверхностей является результатом явно-выраженного силового циклического резания Следовательно, работоспособность инструмента определяется как износостойкостью режущего элемента, так и усталостной прочностью его режущей части, исходя из чего можно записать уравнение ресурса режущего инструмента:

£ П < — или /£ Т,Г, N , О)

/ /1 где £Т; -суммарная стойкость, соответствующая ресурсу инструмента по критерию его износостойкости при нормируемом периоде стойкости Т и числе переточек к; Г-циклическая частота лагружения; N - ресурс инструмента но критерию усталостной прочности, соответствующий количеству циклов нагружений до разрушения, равный наименьшему значению предельного количества циклов одного из элементов (твердосплавной пластинки, паяного соединения или державки) конструкции инструмента.

9

Учитывая, что разрушений соединений, паяных РС-припоем, при испытаниях инструмента не было, а усталостное разрушение для державок резцов не характерно, то ресурс инструмента по усталостной прочности будет определяться усталостной прочностью режущего элемента.

Для определения запаса выносливости последнего использована известная диаграмма предельных напряжений, в которую внесены дополнения, позволяющие установить предельное напряжение в режущем элементе с учетом ОПН. При этом получена формула для расчета ресурса инструмента по критерию усталостной прочности:

Аг =

( \П

Иь=(п<т)"Ыь , (2)

^шах

где пс -запас выносливости режущего инструмента; <7т -предельное изгибающее напряжение в режущем элементе; <Т11ШХ -наибольшее напряжение в опасном сечении режущего элемента, определяемое из статических расчетов, исходя из параметров резания, конструктивных и геометрических параметров инструмента с учетом физико-механических свойств паяного соединения; п - показатель степени, определяемый экспериментально; кт -технологический коэффициент, учитывающий изменение запаса выносливости от конструктивно-технологических факторов; 2Чь -базовое число циклов нагружений.

В третьей главе представлены программа и методика экспериментальных исследований. Программа экспериментальных исследований предусматривает решение следующих вопросов:

- выявление закономерностей структурообразования паяных ГС-припоем соединений от технологических режимов;

- определение зависимостей прочности паяного соединения и напряжений в режущем элементе от структурного состава паяного шва;

- установление зависимости запаса выносливости режущей части инструмента при точении наплавленых поверхностей от конструктивно-технологических параметров и ресурса резцов по критерию усталостной прочности режущей части от запаса ее выносливости;

-определение эксплуатационных показателей предлагаемого инструмента в условиях обработки восстановленных наплавкой поверхностей; -производственные испытания инструмента, изготовленного по разработанной технологии в условиях ремонтного производства.

Эксперименты проводились по стандартным и разработанным методикам. Дано описание технологии выплавки и приготовления припоя и пайки инструмента РеС-припоем. Лабораторные исследования

10

проводили точением стальных валов, наплавленных электродом Нп-ЗОХГСА под слоем флюса АН-348А. Производственные испытания проходили на ремонтно-технических предприятиях АПК Новосибирской области.

В четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований структурообразования паяных соединений "твёрдый сплав-РеС-припой - сталь", установлены зависимости прочности паяного соединения и напряжений в режущем элементе от структурного состава паяного шва, на основании которых определены рациональные конструктивно-гех-нологические режимы пайки инструмента разработаным РеС - припоем:

- скорость индукционного нагрева под пайку 15-60 град с"1;

- температура пайки 1147 - 1200 °С ;

- выдержка при температуре пайки (припоя в жидкой фазе) 5 - 7 с;

- толщина паяного шва 0.5 - 0.6 мм при пайке на корпус инструмента из конструкционных легированных и инструментальных сталей, 0.6 - 0.8 мм - из конструкционных углеродистых сталей;

- охлаждение после пайки на воздухе со скоростью 10 - 20 град с"1.

Данные режимы обеспечивают формирование теоретически обоснованного структурного состояния паяного соединения инструмента (рис.1). Такое соединение характеризуется наличием диффузионной зоны на границе 'ТеС-припой - твердый сплав" не менее 0.1мм, что соответствует достижению максимальной прочности на срез границы их раздела 520-580 МПа. Наличие в структуре шва графито-перилито-цементитной эвтектической зоны (зона 3, рис.1) толщиной 0,3-0,4 мм, содержащей 5-9 об.% графита, гарантирует релаксацию напряжений и создание в опорной плоскости твердосплавной пластинки благоприятного уровня сжимающих напряжений (120-180 МПа). При этом эксперименты подтвердили предположение об инициирующем воздействии растягивающих напряжений на графитгоацию БеС-припоя, так с увеличением различия коэффициентов линейного расширения твердого сплава и РеС-припоя выявлено увеличение объемного содержания в микроструктуре эвтектической зоны шва структурно-свободного углерода.

Паяное соединение инструмента, образованное РеС-припоем характеризуется высокой твердостью (НВ 2950-3400) и прочностью: при нормальной температуре прочность на срез 520-560 МПа, что в 2 раза выше прочности соединений паяных стандартными медными припоями; в интервале температур до 600°С прочность не менее 320 МПа, что выше в 4-5 раз, т.е. РеС-припой обеспечивает достаточный запас прочности паяному соединению инструмента во всем интервале эксплуатационных температур.

Рис. 1. Микроструктура паяного соединения "Т15К6 - РеС-припой - сталь 45": а - х200; б - диффузионная лона на границе "твердый сплав -РеС-припой", х1200; в - диффузионная зона "РеС-припой - сталь",

х50; ! - твердый сплав; 2 - диффузионная зона на границе "твердый сплав - [;еС-ирипой", микротвердосль 18500-8000 МПа; 3 - эвтектическая зона, микрогвердость 3240-4100 МПа; 4 - доэвтскгическая зона, микротвердоеть 52506450 МПа; 5 - диффузионная зонд "РеС-припой - сталь", микро-твердость 72002290 МПа; 6 - стал!. корпуса инструмента.

Высокая эксплуатационная прочность и жесткость соединения в совокупности с эффективным механизмом релаксации напряжений при пайке твердосплавных резцов FeC-npnnoeM обеспечили увеличение прочности режущей части (по методу разрушающей подачи) в 1,4-2,2 раза и износостойкости до 30%, причем наибольший рост прочности наблюдается у резцов оснащенных пластинками из наименее прочных сплавов (Т15К6, Т30К4, КНТ16, ТШО) толщиной в 1,5 раза менее рекомендуемых для тяжелых условий эксплуатации, а увеличение износостойкости при минимальной толщине режущей пластинки.

Такие результаты позволяют использовать для точения наплавленных поверхностей наиболее износостойкие твердые сплавы, но имеющие в серийном варианте недостаточную эксплуатационную прочность. Лабораторным исследованием установлено, что при черновой обработке поверхности, наплавленой Нп-ЗОХГСА под флюсом АН-348А, стойкость более 60 мин имеют резцы на базе FeC-припоя из Т15К6 при скорости резания 68-105 м/мин и из КНТ16 при 95-108 м/мин, а чистовой - из Т30К4 и ТН20 при скорости резания 130-140м/мин. Шероховатость восстановленной поверхности при черновом точении Rz=40.,,80mkm, чистовом - R2 =10...20мкм, микротвёрдость обработанной поверхности повышается на 15-22% при глубине упрочнения до 180 мкм.

По результатам данных исследования параметров циклического нагружения при точении наплавленных поверхностен, зависимости наработки резцов до разрушения режущей части от запаса её выносливости (рис.2) и расчетов по диаграмме предельных напряжений подтверждено, что для прогнозирования ресурса инструмента по критерию усталостной прочности применима формула (2). Значение технологического коэффициента в формуле равно: 1,23; 1,62; 1,46 для резцов на базе FeC-припоя н оснащенных пластинками высотой: 3; 4 и 6 мм, соответственно- Расхождение значений ресурса рассчитанного по формулам (1 и 2) и данными испытаний составляет 9-12%, что дает основание рекомендовать данную методику для конструкторских и технологических расчетов. Так, при проектировании техпроцесса механической обработки восстановленных наплавкой деталей во избежание поломок инструмента необходимо соблюдать условие:

( к+1 \ -°-36

■ О)

Производственная проверка результатов исследований (табл.1) показала, что использование разработанной технологии и рекомендаций по использованию предлагаемого инструмента обеспечивают повышение

13

N Х10р

ЦИКЛОВ 1,2

1,0 0.8 0,6 0,4 0,2

0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 П и Рис.2. Зависимость наработки паяных твердосплавных резцов (* -Т5Ю0, □ - Т15К6, О- КНТ16) до разрушения от запаса выносливости их режущей части при черновом точении наплавленных поверхностей

выражается уравнением:

производительности механической обработки восстановленных наплавкой деталей на 25-30% и сокращение расхода инструмента на 39-60%.

Таблица 1.

Показатели производственной проверки результатов исследований

Восстанавливаемая Инструмент: Скорость Показатели*

деталь; способ нап- серийный резания,

лавки и твердость новый м/мин Т,ммн Т,% £Т,мин гг,% Кэп

Вал сцепления; Нн- Т5К10 48 24,8 100 101,7 100 0,51

ЗОХГСА в среде Т16К6 92 62, _3 251 274 269 0,92

СО; НЯС,26-36

Ось коленчатая, ось Т15К6 §5 43.0 100 112 100 0,38

катка; Нп-40 под Т15К6 124 69,9 162 369 329 0,96

флюсом АН348А;

ШД 18-24 КНТ16 124 66,2 154 251,6 225 0,89

Опорный каток,

ролик; Св-08А под ВК8 45 29,8 100 143 100 0,54

флюсом АПК 18; Т15К6 87 59,7 201 310 217 0,90

тс, 32-46

*Т-средшя стойкость; £Т- средняя суммарная стойкость; Кэп- коэффициент эксплуатационной прочности.

В пятой главе приведена оценка экономической эффективности практической реализации результатов исследований и их техническая ценность. Расчет экономической эффективности проведен на основе результатов производственной проверки и внедрения разработанной технологии и рекомендаций на ремонтно-технических предприятиях. Годовой экономический эффект при внедрении результатов исследований в РТГТ системы АПК Новосибирской области составляет 1052,2 млн.руб. ( в ценах 1996 г.).

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1.В результате анализа технологических способов восстановления изношенных деталей сельскохозяйственной техники выявлено, что наиболее эффективным методом размерной механической обработки наплавленных поверхностей ( при твердости до HRC3 46-60 ) по энергозатратам, производительности и износостойкости восстановленных поверхностей является лезвийная обработка.

Механическая обработка наплавленных поверхностей характеризуется низкими технико-экономическими показателями (трудоемкость механической обработки составляет 25-75% общей трудоемкости восстановления). Большие затраты и низкая производительность обработки являются следствием труднообрабатываемое™ наплавленных поверхностей и недостаточной надежности режущего инструмента (износ инструмента в 2-4 раза превышает общемашиностроительные нормативы, поломки составляют более 60% отказов ) при обработке на дефорсированных режимах (скорость резания снижается на 15-50 %). Установлено, что одним из путей повышения эффективности механической обработки в ремонтном производстве является повышение работоспособности режущего твердосплавного инструмента за счет разработки технологии его изготовления на базе новых высокопрочных припоев.

2. На основании теоретических и экспериментальных исследований определены технологические требования к разрабатываемому припою. Установлено, что по требованиям прочности, жесткости и теплостойкости паяного соединения им удовлетворяет припой на основе железо-углеродистого сплава. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что температурный режим пайки инструмента FeC-припоем не оказывает отрицательного влияния на режущие свойства твердых сплавов: отсутствуют существенные изменения в микроструктуре карбидных и связующих фаз; микротвердость сплавов изменяется незначительно (1.5-5%); износостойкость твердых сплавов после термического воздействия

15

находится на уровне нормативной. Обоснован механизм релаксации напряжений в соединении "твердый сплав - FeC-припой - сталь", основанный на образовании зон взаимодиффузионного взаимодействия FeC-припоя со сталью и твердым сплавом и выделении в металлическую матрицу припоя 5-8об.% структурно-свободного углерода (графита).

3. Разработан состав FeC-припоя , гарантирующий формирование в паяном шве с твердым сплавом графито-перлито-цементитной микроструктуры при охлаждении инструмента после пайки на воздухе. Исследовано структурообразование паяных соединений "твердый сплав-FeC-припой - сталь" и установлены рациональные конструктивно-технологические режимы пайки твердосплавного инструмента разработанным припоем, обеспечивающие достаточное развитие диффузионного взаимодействия припоя с паяемыми материалами, релаксацию напряжений и формирование высокопрочного паяного соединения инструмента твердостью HB 2950 - 3400, прочностью на срез 320-560 МПа при теплостойкости до 600°С.

4. Проведенные лабораторные испытания при точении наплавленных поверхностей твердосплавными резцами на базе FeC -припоя показали, что их износостойкость до 30% , а прочность в 1,4-2,2 раза выше стандартных ( паяных медными припоями), причем достаточно высокий уровень прочности и максимальная износостойкость сохраняются при оснащении резцов пластинками в 1,5-2 раза меньшей высоты. Данные результаты позволяют рекомендовать для черновой обработки наплавленных поверхностей резцы из Tf5K6,KHTI6 и др., имеющих повышенную износостойкость, взамен ранее применяемых ВК8 и T5KI0.

5. Разработанная методика прогнозирования ресурса паяных твердосплавных резцов при обработке наплавленных поверхностей устанавливает закономерность изменения усталостной прочности режущей части инструмента от запаса ее выносливости в зависимости от конструктивно-технологических параметров инструмента и экспериментально установленных параметров циклического нагружения при точении наплавленного слоя. Данная методика позволяет назначать параметры обработки , гарантирующие ресурс инструмента по критерию усталостной прочности, соответствующий нормируемому ресурсу инструмента по его износостойкости и оценивать влияние конструктивно-технологических параметров инструмента на его ресурс при циклическом

силовом резании. Так запас выносливости режущей части резцов на базе FeC-припоя в 1,23-1,62 раза выше стандартных, что обеспечивает увеличение их ресурса по усталостной прочности в 1,6-3,5 раза.

6. Внедрение твердосплавных резцов, изготовленных на базе FeC -припоя в ремонтное производство позволяет увеличить производительность обработки на 25-30% за счет форсирования скорости резания до 90-125 м/ мин, сокращения непроизводительных простоев в результате повышения эксплуатационной надежности инструмента в 2-3 раза ( достижения нормативного уровня стойкости резцов и предотвращения поломок инструмента), что в совокупности с обеспечением заданных технологической документацией точности обработки и шероховатости поверхности приводит к общему повышению эффективности механической обработки восстановленных наплавкой деталей.

7. Расчетный экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 1052,2 млн. руб. в ремонтном и 425,6 млн.руб. в инструментальном производстве при годовой потребности РТП системы АПК Новосибирской области 87 тыс. резцов. Эконоштческий эффект достигается за счет сокращения расхода инструмента на 39-60 %, уменьшения затрат на припой и твердый сплав, сокращения затрат на обработку на 852 руб. /дет.опер. (в ценах на 1.01.96).

Основные пол<квеиня диссертации изложены в следующих работах:

1. Положительное решение о выдаче патента РФ на заявку №5036802 / 08 от 12.03.93. Припой для пайки инструмента / Малышко A.A. ( Соавторы: Коноводов В.В., Глазачев С.У., Каллойда Ю.В.).

2. Глазачев С.У. , Каллойда Ю.В. , Коноводов В.В. , Малышко A.A. , Лузянина З.А. К вопросу о стойкости твердосплавленного режущего инструмента И Анализ современных аграрных проблем: Тез. докл. науч,-пракг. конф. ученых НГАУ и Гумбольд.ун-та. -Новосибирск, 1995.

3. Коноводов В.В. , Глазачев С.У. , Малышко A.A. , Каллойда Ю.В. Совершенствование технологии изготовления паяного твердосплавного инструмента // Новые модели и технические решения в аграрном производстве : Сб. науч. тр.-Новосибирск,1995.

4. Коноводов В.В., Каллойда Ю.В , Глазачев С.У., Малышко A.A. Пайка твердосплавленного режущего инструмента припоями на основе железа // Новые модели и технические решения в аграрном производстве : Сб. науч. тр. /НГАУ .-Новосибирск,1995.

5. Высоконадежное соединение твердого сплава с основой инструмента для металлообработки и буровой техники - Офиц. каталог международ.

17

выставки - конференции: Инвестиционные проекты Сибири.-Новосибирск, 1994.

6. Лузянина З.А. , Малышко A.A. , Коноводов В.В. , Глазачев С.У. , Каллойда Ю.В. Влияние напряжений на формирование структуры при кристаллизации промежуточного слоя биметаллических соединений // Прочность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий : Тез. докл. ГУ мевдунар. конф. /Сиб. металлургический ин-т.- Новокузнецк,1995.

7. Малышко A.A. , Коноводов В.В. Ресурс твердосплавных резцов при обработке наплавленных поверхностей // Проблемы АПК в условиях рыночной экономики: Тез. докл. научн.-практ.конф./НГАУ,-Новосибирск, 1996.