автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение износостойкости ответственных деталей машин легкой промышленности технологическими методами

с:

О НАЦГОЫАЛЬНИИ ТЕХШЧНИИ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

-V' ' • .

«київським політехнічний інститут»

Аль Клуб Насер Юсеф Абдалла ( громадянин Йорданії)

/

и

1

/

УДК. 677.611. 004.6

ПІДВИЩЕННЯ ЗНОСОСТІЙКОСТІ ВІДПОВІДАЛЬНИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИП ЛЕГКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ МЕТОДАМИ

Спеціальність 05.02. 08 - Технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ Дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Київ - 1997

Дисертація є рукописом. :

Роботу виконано на кафедрі текстильного машинобудування Державної академії леп промисловості України '

Науковий керівник : доктор технічних наук, професор Зенкін А.С.

Офіційні опоненти: доісгор технічних наук, професор Румбешта В.О.

кандидат технічних наук, доцент Третько В.В.

Провідна установа: Харківський науково-дослідний інститут техноло

машинобудування

Захист відбудеться 20 жовтня 1997 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої Вчек ради Д 01.02. 09 при Національному Технічному Університеті України "Київські політехнічний інститут'' за адресою: 252056, м. Кнїв-56, пр. Перемоги, 37, корпус 1, ауд. 21*

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного Технічно: Університету України "Київський політехнічний інститут"

Автореферат розіслано «19» ВЄРЄСН&997 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої Вченої ради Д 01.02.09. доктор технічних наук, професор

•А

Равська Н. (

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вдосконалення продукції машинобудування ускладнен с складним без застосування нових прогресивних технологічних процесів, що дозволять' підвищити ресурс і надійність, забезпечити дієздатність деталей і вузлів унайбільш жорстких умовах експлуатації, при високих температурах і в агресивних середовищах, при дії динамічних і контактних навантажень. Такий підхід повного мірою стосується сучасного обладнання для легкої та текстильної промисловості.

Аналіз роботи круглов’язальних трикотажних машин свідчить при те, що ефективність ії визначається надійністю і довговічністю клинів голкових і платинних замків механізму плетіння. Ці відповідальні деталі, на жаль, мають низьку зносостійкість, тому вимагають постійної заміни новими, а вартість їх надто велика. Заміна зношених клинів круглов'язальних машин - трудомісткий процес, який у результаті призводить до зниження фондовіддачі цих високопродуктивних машин.

Питання підвищення зносостійкості клинів в основному вирішувалися шляхом вибору ювих конструкцій. У той же час реалізація таких рішень вимагає значних матеріальних іитрат, пов'язаних із розробкою та виготовленням нових типів голково-платинних виробів, слинів і т. д. Між тим, при вирішенні цих задач представляється доцільним використати і ■ехнологічні методи, направлені передусім на зміцнення поверхневого (робочого) шару лину, що повинно значно зменшити ймовірність його локального руйнування, а, отже, іідмови в роботі в'язальної системи круглов’язальної машини.

Застосування процесів зміцнюючої технології у ведучих галузях машинобудування та іирокі дослідження, які проводились у цій області на Україні та за ії межами дозволяють, невидно, вирішити цю проблему. Однак практично повністю відсутні теоретичні та кспериментапьні дані, що дозволили б оцінити зносостійкість поверхневого робітничого іару клинів, зміцненого різноманітними методами, що не дасть можливості ефективно икористати ці методи як при виготовленні, так і при ремонті клинів. Тому вибір птимальних зміцнюючих технологій, а також оцінка зносостійкісті поверхневого шару еталей в реальних експлуатаційних умовах є актуальною задачею та складає безсумнівний ауковий і практичний інтерес. 1

Мета та задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є наукове обгрунтування, істематизація та технічна реалізація методологічних підходів до вибору зміцнюючих зкриттів, які дозволять забезпечити підвищену зносостійкість клинів трикотажних машин.

Відповідно у роботі були поставлені такі основні задачі:

- встановити ефективність впливу конструкторсько-технологічних і експлуатаційних

параметрів на інтенсивність зношування клинів;

- розробити математичні методи, що дозволять з урахуванням прогнозуванню зношування клинів здійснити раціональний вибір методу поверхневого зміцнення, найбільш конкурентоспроможного в умовах ринкової економіки;

- отримати експериментальні дані про зносостійкість зразків, зміцненії) різноманітними технологічними методами при випробуваннях в умовах, що імітують процес взаємодії пари клин-голка;

- здійснити апробацію запропонованої зміцнюючої технології у виробничих умовах намітити перспективні шляхи використання покриттів з метою заміни гостродефіцитнго легіруваних сталей, з яких виробляються клини, на звичайні конструкційні;

- розробити залежності, що дозволять здійснювати порівняння запропоновані» зміцнюючих технологій з передовими базовими аналогами та на підставі результаті! порівняння зробити висновок про доцільність виходу з даним типом технології на зовнішнії і внутрішній ринок.

Об'єкт дослідження. Досліджувалися технологічні методи, що забезпечують підвищення зносостійкісті поверхневого шару відповідальних деталей машин легко' промисловості,,зокрема, клинів механізму плетіння круглов’язальних машин.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на основних закопа> теоретичної механіки, теорії машин і механізмів, опору матеріалів, деталей машин, технології машинобудування , основ теорії пластичності та пружності, а також основних положені теорії тертя та зношування. Експериментальні дослідження проведені на основі сучасних методик із використанням серійних приладів і обладнання, а також спеціальній оригінальних приладів. Обробка результатів здійснювалася з використанням тсорі: планування експерименту і методів математичного моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна. Автором самостійно вперше: - розроблені математичні методи та алгоритми, з допомогою яких вдалося встановити і оцінити вплив на інтенсивністі зношування клинів того або іншого конструкторсько-технологічного та експлуатаційного параметру і сформулювати принципи вибору ефективних методів поверхневого зміцнення;

- на підставі результатів експериментальних трибологічних досліджень зносостійкості покриттів і наплавок в умовах дії статичних і динамічних навантажень (з наступноїс перевіркою у виробничих умовах) встановлена ефективність і доцільність використання різноманітних зміцнюючих методів для підвищення зносостійкості робочих поверхонь клинів;

- сформульовані основні тенденції розвитку і визначені техніко-економічні аспекти

з

іикористання зміцнюючій покриттів з урахуванням їх ефективності та рентабельності, іапропоиовані методи стимулювання підвищення надійності і довговічності деталей машин, і також показана доцільність впровадження автоматизування технологічних процесів іанесення покриттів. ' "

Практична цінність. Проведені дослідження дозволили сформулювати принципи шбору методу поверхневого зміцнення відповідальних’' деталей машин легкої іромисловості, що дозволяє забезпечити підвищення їх зносостійкості. Встановлена можливість заміни високолегованих сталей, які використовуються при виготовленні клинів, іа звичайні конструкційні в поєднанні з наступним зміцненням поверхневого шару. Іапропоновані також залежності для розрахунку конкурентоспроможних технологій іанесення покриттів, включаючи експлуатаційні характеристики покриттів, характеристики ехнології і обладнання.

Реалізація результатів роботи. Результати досліджень і розроблені методики юверхневого зміцнення були впроваджені в ОАО "Інтехцентр", (м. Київ) при відновленні та иготовленні деталей і обладнання, іцо використовується на підприємствах легкої іромисловості. Так зокрема була апробована і впроваджена методика оцінки впливу онструкторсько-технологічних і експлуатаційних параметрів на інтенсивність зношування линів, запропоновані також методика і математичні залежності, що дозволять здійснити рогнозування зношування конкретної деталі з урахуванням змішування його реалізацій. Іиготовлена експериментальна партія клинів із зміцненою робочою поверхнею, порівняльні ипробування яких проводилися на діючому обладнанні АТЗТ "РОЗА", (м. Київ). Результати топів отримали позитивну оцінку фахівців.

Апробація роботи Основні положення та результати дисертаційної роботи оповідалися та були схвалені на науково-технічних конференціях: «ОСІІАСТКА-95» (м. мїв, 1995р.), "Організація і технологія ремонту механізмів, машин, обладнання" (Крим, 996р.), "Ресурсо-, енергозберігаючі та екологічно чисті технології у виробництві деталей з змпозиційних матеріалів" (с. Славське, 1996 р.). Робота доповідалася на семінарах кафедри гкстильного машинобудування та наукових конференціях професорсько-викладацького спаду Державної академії легкої промисловості України (1995-1997 р. р.).

Публікації.За матеріалами дисертації опубліковано 10 друкованих робіт.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, ідсумку, списку літератури ,що використовувалась (135 джерел), і додатків. Загальний Зсяг роботи 224 стор. машинописного тексту, в тому числі: 40 малюнків, 12 таблиць і адатки на 42 сторінках. Основна частина роботи містить 138 сторінок. ■

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована її актуальність і сформульовані загальні положення, і виносяться на захист, обгрунтована наукова новизна та практична цінність роботи.

В огляді науково-технічної літератури наведений аналіз існуючих технологічн методів підвищення довговічності швидкозношуваних деталей і вузлів машин легі промисловості. Зокрема, розглянуті питання використання зміцнюючих технологій р продовження строку служби клинів голкових замків круглов’язальних машин, терь служби яких порівняно малий (18-24 місяця), а їх зношування є однією з основних прич зниження техніко-економічних показників роботи в’язальних машин.

Очевидно, що' підвищення зносостійкості клинів за рахунок використання нов матеріалів, зміцнюючих покриттів і наплавок, забезпечення оптимальної якості робо1 поверхні клинів при раціональній механічній обробці - достатньо обгрунтований ефективний шлях вирішення цієї актуальної проблеми. Для її вирішення необхідно отрима і використати відповідним чином аналітичні та експериментальні залежності, які дозволя дати оцінку впливу тих або інших конструкторсько-технологічних параметрів інтенсивність зношування клинів голкових і гілатинних замків механізму плетіння. На жаі широке використання поверхневого зміцнення клинів стримується через відсутність дан по зносостійкості пари клин-голка, робота якої визначається специфічними умовам Такими умовами є: періодичне ковзання, локальне контактне навантаження герцевсько типу, наявність динамічного нормального і тангенциапьного навантажень, контакт демпфірування, що залежить від реологічних властивостей робочого середовіш геометричних параметрів клинів, твердості і жорсткості поверхні елементів пари голка-кли Шляхом порівняльного аналізу, проведеного з урахуванням умов роботи клин встановлене, що з цілого ряду сучасних методів поверхневого зміцненій найбілі доцільними для цієї мети є іонне азотування, борування, електроіскрове легування зносостійкі наплавки. Необхідно однак підкреслит, що будь-який економічно обгрунтовані метод зміцнення вимагає перевірки типової технологи в конкретних умовах роботи д кожного вигляду зміцнюваного виробу.

У наш час відступі залежності, що дають можливість на стадії розробки врахувати е техніко-економічні параметри використання зміцнюючих покриттів і оцінити експлуатацій] довговічність деталей і вузлів у виробничих умовах. Також практично відсутні залежнос що дозволяють здійснити автоматизоване проектувашія технологічних процесів нанесені покриттів. Таким чином, наукове обгрунтування, систематизація та технічна реалізаі

методологічних підходів до вибору зміцнюючих покриттів, що дозволяють забезпечити підвищену зносостійкість клинів трикотажних машин, е актуальною науково-технічною проблемою.

На основі теоретичних досліджень у роботі отримані залежності, що дозволять розрахувати інтенсивність зношування клинів трикотажних машин і оцінити їхню довговічність з урахуванням конструкторсько-технологічних факторів і режимів експлуатації. Показано, що на зношування клину істотний вплив має матеріал, з якого він виготовлений, а особливо фізико-механічні властивості його поверхневого шару.

Виходячи з гранично допустимого зношування клинів Ниакс, при відомих параметрах( частоті обертання голкового циліндру , п і кількості голок т. в голковому циліндрі) можна розрахувати довговічність Т клинів:

<шр

11 »•

тах і пп

де Гіф - приведений радіус кривизни взаємодіючих поверхонь п’ятки голки і клину; І • юказник ступеня кривої контактної втоми; /3- коефіцієнт, що визначається залежністю:

Р = * - _ >

1 + 2у

V- константа кривої опорної поверхні; К - показник, що визначається залежністю

к _ 2К (—) • 0.418ій5. Е« . _1±Ф-

1.5-ИВ

де

■1 2

ІС

1.5 мр ’

^г)'с"

'2® 0 У

2(1- ц)

Е

,_кг(і+У)*

Де ц і Е - коефіцієнт Пуассона і модуль пружності матеріалу клину; Кі - коефіцієнт ропорційності між питомою сплою тертя і напругою; ао - межа міцності для матеріалу лину при одноразовому навантаженні; Ь - константа кривої поверхні клину; К* - коефіцієнт, до залежить від параметру у; г - середній радіус вершин мікронерівностей поверхні клину;

И ти- максимальна висота мікронерівностей поверхні клину; / - коефіцієнт тертя в п голка-клин; питома сила тертя, що визначається залежністю:

Р

__ таї ■

Іїіпа ’

- максимальна сила взаємодії п’ятки голки з клином (сила удару); 1 - довжина лі контакту п’ятки голки з клином; а - кут профіля клину в зоні взаємодії з п’яткою голки.

Отримані дані дозволяють затверджувати, що на зносостійкість клинів істотний вщі мають параметри 1, Г, і а. З метою забезпечення максимальної зносостійко клину Лщи рекомендується 3...0, 5 мкм, довжина лінії контакту 1 -2 ...0.3 мкм, кут проф а клину в зоні взаємодії з п’яткою голки повинен складати 55-60°, а коефіцієнт тертя/ повинен перевищувати 0.1. При цих параметрах довговічність клину досягає максимальї величини - до 3000 годин.

Потрібно відзначити, що для оцінки впливу на зносостійкість клинів конструктивни технологічних параметрів і можливого вибору оптимального діапазону (інтервалу) варіювання в роботі використаний спеціально введений коефіцієнт впливу. Наприкл; ефективною областю підвищення довговічності клинів є область зниження коефіцієнта тер в парі голка-клин в діапазоні від 0.1 до 0.05. Для розрахунків, позв'язаних з аналізоь оцінкою параметрів, що визначають інтенсивність зношування клинів в'язальних сист були розроблені спеціальні математичні моделі, отримане рівняння регресії:

Т= 18.13і -132,19Кшаі 311800, ОЗГ-2518,4ІП+2637,95Гп+130151,18,

яке використане при проеюуванні та виготовленні клинів.

У роботі обгрунтовані принципи і запропоновані математичні залежності, і дозволять здійснити прогнозування зношування клинів із урахуванням змішування йо реалізацій, що дозволяє оцінити і передбачити максимальне зношування або мінімаль довговічність клинів. Так, в експоненціальній ймовірносній моделі зношування, п] відсутності змішування, довірчі межі зношування клину можна описати рівнянням

5 = + ь)і0т - Ь

Де б - поточна довірча межа зношування; 6і і сії - середнє зношування і серед квадратичне відхилення зношування при довільно прийнятій ііаробці 1,, що персвищ період приробки, 1 - поточна наробка; А і її - константи, що визначаються для кожно найменування деталі за допомогою статистичних досліджень зношування серії клинів і певних відрізках часу; Ір - табличний коефіцієнт, що залежить від прийнятої довірч

ймовірності р, Рівняння дасть можливість передбачити з заданою вірогідністю найгірший варіант процесу зношування для випадкового примірника клину.

Насправді, в результаті деякого змішування реалізацій, спостерігається розсіювання кривих зношування, що проходять через дану крапку, і утворюється поле, верхня і нижня довірчі межі якого по аналогії з (1) можуть бути описані рівнянням для достатньо сильного перемішування

5В = (б^± + ь)іОт - Ь

де 6в - поточна верхня довірча межа зношування клину при вхідному зношуванні би ;

З- коефіцієнт перемішування.

Це рівняння обмежує підмножину реалізацій, що проходять через вхідну точку, тоді як попереднє рівняння обмежує всю безліч можливих реалізацій процесу зношування деталей даного найменування.

Наведені вище залежності можна використати для здійснення порівняльної оцінки і визначення доцільності застосування різноманітних видів зміцнюючих технологій для підвищення зносостійкості клинів без проведення тривалих експлуатаційних випробувань.

Довірчі межі поля розсіювання зношування 8 (мкм) для клинів, знайдені за експериментальними даними при довірчій імовірності 0=0.95, визначаються рівняннями:

5" =(8„ + 2а,+1і)іОА -її (3)

5і =(5„ -2а, + 1і)і0А -її (4)

Де 5” , б’ - поточні верхня та нижня довірчі межі зношування (мкм); Л, Ь - константи, інслові значення яких наведені в дисертації для кожного конкретного випадку.

На рис. 1 і 2, наведені середні значення зношування клинів, а також верхні та нижні іого межі, що описуються рівняннями (3), (4) і які обмежують поле розсіювання зношування ція випадкового примірника підйомного клину. При підстановці у формулу (1) значень межі ірипрацювання І =500 год. і часу нормованого зношування 1=1000 год., отримаємо

500

5„ = (б„ + 2иа, + Ь)і0 А - Ь (5)

При підстановці у рівняння (5), наприклад, для клинів із сталі ІІІХ15 (без покриття), начень А=1637, Ь=-12,09, бн і коефіцієнта и можна визначити довірчі межі поля

юзсіюваїшя величини зношування для конкретного клину зі зношуванням 5ц = 49,7 мкм при =1000 год., що обмежують сукупність реализацій.

Середнє значення зношування 6 = 37,61е(,'5“)',п +12,09

Верхня межа зношування 6“ = 39,34е("5М,/7“ +12,09

Нижня межа зношування .• 5‘ = 34,94е1,~500),7“ +12,09

600 1000 1500 2000 2500 3000

МалЛ.Графік реалізацій зношування та Тх меж для юпшів із сталі ШХ15 (із ексмернмешалышх даііш

Середнє значення зношування 6 = 66,25е<,-500)'33® + 50,15

Верхня межа зношування 5" = 68,82e(,“50“);u<’, + 50,15

Нижня межа зношування 5і = 63,68е(,^“)/3“,> + 50,15

Мал.2 Графік реалізацій зношування та їх меж для клинів із сталі 45, зміцнених наилавкої сплавом ТГГ-СР 4 (із експериментальних даних)

Примірник деталі, зношування якої в момент перевірки відповідає верхній довірчій межі зношування випадкового екземпляра, є найменш вдалим. Для нього верхня довірча межа зношування випадкового примірника є математичним очікуванням, а половина поля розсіювання зношування лежить за межами загального поля розсіювання. Отже, прогноз процесу зношування конкретного примірника залежить від його стану в момент перевірки.

Інтерес представляють граничні тимчасові точки (значення зношування),як отримані експериментально, так і розраховані аналітично за допомогою запропонованих залежностей. Встановлено, що довірчі інтервали практично збігаються, що дозволяє рекомендувати розглянуту модель до використання на практиці.

У роботі запропоновані залежності для розрахунку конкуреіггоспроможних технологій нанесення покриттів, які включають експлуатаційні характеристики покриттів і характеристики технології та обладнання. .

Під конкурентноспроможністю технологій нанесення покриттів Ф розуміється прогнозована величина обсягів застосування технології даного вигляду нанесення покриттів на внутрішньому та зовнішньому ринках по ціні, що компенсує всі витрати на її створення та забезпечує запланований рівень рентабельності:

Ф-Г(К,.С,^0,9.К)> (б)

де К - комплексний показник очікуваної якості продукції; С - передбачувана ціна застосування технології даного вигляду; в - потреба в даному вигляді технології нанесення покриттів на ринку; 0 - рівень витрат на обслуговування; Я - рівень реклами; N - кількість технологій, впроваджених за фіксований період часу. .

Конкурентоспроможність є комплексним показником, обчислюється в порівнянні з передовими базовими аналогами технологій нанесення покриттів і методів поверхневого зміцнення. . ;

Вид функціональної залежності (6), повинен дати якісну (-1 - технологія нанесення покриття неконкурентоспроможна; О - рівень конкурентоспроможності відповідає взятим для порівняння базовим аналогам; +1 - рівень конкурентоспроможності вище базових аналогів, що розглядаються) або кількісну оцінку (безрозмірна безперервна величина, яка змінюється в діапазоні [0.1] або [-1, +1]) показника Ф. Ця задача може бути вирішена на основі статистичних методів побудовою рівнянь регресії або побудовою деякої згортки нормалізованних групових показників і введенням комплексного показника, що включає групові показники з деякими ваговими коефіцієнтами.

У роботі показано, що на підставі порівняння кількісного значення комплексног показника конкурентоспроможності технологій нанесенім покриттів з передовими базовим аналогами можна визначити економічно обгрунтовану ціну впровадження технолог нанесення ' покриття та зробити висновок про доцільність виходу з даним видом технолог на зовнішній або внутрішній ринок.

Експериментальні дослідження фізико-механічних і трибологічних властивосте зміцнюючих покриттів і наплавок, а також виробничі випробування ставили за мет підтвердити висунуті в роботі припущення щодо можливості ефективного використанн технологічних методів для підвищення зносостійкості швидкозношуваних деталей і зокрема, довговічності клинів, для зміцнення робочої поверхні яких застосовувалис зносостійкі поверхневі шари, нанесені шляхом борування, іонного азотування електроіскрового легування (ЕІЛ), а також наплавкою сплавами ПН-АН-2, стеліте» (110Х28К65В4) та ПГ-СР4.

Необхідно відзначити, що запропоновані покриття і технології їх нанесення достагны відпрацьовані на машинобудівних підприємствах і можуть здійснюватися як прі виготовленні деталей, так і при їх ремонті. Об'єктом дослідження були обрані сталі ШХ15 У8 і 45. Вибір таких матеріалів переслідував мету не тільки отримати дані по зносостійкост зміцненню робочих поверхонь, але і встановити можливість заміни що застосовується прі виготовленні клинів стали 1ПХ15 на сталь 45.

Проведені металографічні дослідження дозволили зробити висновок про структур; зміцнених і наплавлених шарів, перехідного шару і зміни, що відбува(оться в матеріал основи. Встановлено, зокрема, що для сталей, підданих іонному азотуванню, змін; твердості по глибині шару позв'язана з неоднорідністю його фазового складу. При цьом; максимальна твердість спостерігалася на поверхні азотованого шару, де розташовується зон: нінтридів. Мікротвердість Нц нітридних зон, отриманих на досліджуваних сталях У8, 45 ШХ15, склала 5.7; 6.9 та 7.3 ГПа відповідно. Аналіз зразків, зміцненних електроіскровій легуванням показав, що основною фазою нанесеного шару є карбід вольфраму (\Уг С) збіднений вуглецем. Встановлено, що мікротвердість легованих шарів змінюється пс товщині, досягаючи максимального значення 22 ГПа біля самої поверхні і знижується до ' ГПа по мірі наближення до матеріалу основи для всіх досліджуваних марок сталі. В усЬ випадках має місце виникнення перехідної зони між легованим шаром і основним металом.

Встановлено, що мікроструктура сплаву ПГ-СР4 після напиленім з наступній оплавленням складається з у-твердого розчину на основі нікелю (№3В) та хромі (мікротвердість - 7.0... 7.3 ГПа). Мікроструктура стеліту складається з твердого розчину н;

основі кобальту, карбідної евтектики та карбідів (мікротвердість - 5.6.... 5.8 ГПа), а мікроструктура сплаву АН-2 - з твердого розчину на основі залоза (мікротвердість - 7.3... 7.5 ГПа). '

Проведені в роботі комплексні лабораторні дослідження дозволили отримати порівняльні дані по зносостійкості зразків, виготовлених із різноманітних сталей з нанесеними на їх поверхню покриттями і наплавками. Дослідження триботехнічних властивостей покриттів проводилися на базі інституту проблем матеріалознавства ім. І. Н. Францевича НАІІ України. .

Для вибору методики дослідження зносостійкості зразків було проведено аналіз різноманітних методів оцінки трибологічних характеристик пар тертя, на підставі якого запропоновано модифікаційний метод оцінки триботехнічних властивостей конструкційних матеріалів. Суть методу полягас в реалізації взаємодії контактуючих тіл в процесі реверсивного сковзання твердого сферичного зразка (індентора) по поверхні твердого плоского зразка. Результатом такої взаємодії є утворення плями контакту (зношування) на индеіггорі при відсутності значної зміни рельєфу плоского зразка. При цьому кінетика формування, взаємодії і перетворення поверхневих структур стимулюється .силовим динамічним впливом (при незмінних значеннях температури, швидкості відносного ковзання та інших чинників).

Трибологічна система, що використовувалась для здійснення запропонованого методу, включає в себе пристрій для створення заданої величини нормального тиску в контакті пари тертя, привід відносного переміщення поверхонь тертя, вузол позиціонування дослідних зразків, вібродинамічний прилад, вузол реєстрації сил тертя і пристрій реєстрації геометричних характеристик доріжок тертя. При іспитах вимірювали силу тертя, лінійне зношування плоского зразка та діаметр плями контакту на інденторі.

На основі отриманих експериментальних даних були складені кореляційні залежності між значеннями мікротвердості зразків і діаметрами плями контакту па інденторі, як в квазистаціонарному (Од), так і в динамічному фд) режимах навантаження (мал. 3), а також встановлені залежності між зношуванням зразків та індентора.

Із наведених результатів витікає, що застосування зміцнюючої обробки дозволяє забезпечити високу зносостійкість зразків як в динамічному, так і в квазістаціонарному режимах навантаження. Проведені дослідження дозволили зробити висновок, про те, що вхідний матеріал (основа) практично не впливає на зносостійкість зразків, отриманих в замках однієї технології.

Результати експериментальних досліджень дозволили також вибрати технологічні режими нанесення покриттів і наплавок при виготовленні дослідної партії клинів з метою їхньої виробничої перевірки на зносостійкість і довговічність.

. Дослідно-виробнича перевірка передбачала отримання порівняльних даних по зносостійкості різноманітних покриттів і наплавок, нанесених на поверхню експериментальних клинів, у механізмі плетіння круглов’язальних машин типу КО. ї\ Н Н, ум.од. О, ум.од.

1 2 ' 3 4 5 в 7

Мал. .3. Залежність між зношуванням плоских зразків (матеріал основи - сталь 45) і: зміцнюючими покриттями і иаплавками та діаметром плями контакту при квазистаціонарному і динамічному режимах навантаження.

На наведеному малюнку індексами позначені: 1 - сталь 45 без зміцнюючих покриттів наплавок, 2 - сталь 45 після іонного азотування, 3 - борування, 4 - після обробки засобо!» ЗІЛ, 5-наплавки стелітом, 6 - наплавки сплавом ПГ-СР4, 7 - сталь 45 після наплавки сішавол ПН-АН-2.

Випобування проводилися на базі АТЗТ "Роза" (м. Київ), яким для проведенні досліджень були надані підйомні клини до круглов’язальної машини КО-2 із запасню ремонтних комплектів (матеріал клинів - сталь ШХ 15). Окрім стандартних клинів булі виготовлені спеціальні партії клинів із сталі 45 та сталі У8. Для зміцнення робочіс поверхонь усіх клинів використовувались перераховані вище методи.

Для реалізації поставлених задач була розроблена спеціальна методика виробничо перевірки, яка включала, зокрема, візуальний контроль зношування робочих поверхон; клинів і їх профілографування.

У таблиці наведені середні значення зношування робочої поверхні підйомних клинів

що зафіксувалися в процесі роботи машини КО-2.

Отримані дані виробничих випробувань дозволили з достатньою вірогідністю підтвердити результати експериментальних досліджень. Показано, що з метою економії легованої сталі ІИХ15, з якої тепер виробляють клини трикотажних машин, можна успішно використати у поєднанні з поверхневою зміцнюючою обробкою звичайну конструкційну сталь 45. Перспективним у вирішенні проблеми підвищення довговічності клинів с також використання наплавок, наприклад ПГ-СР4, оскільки їх застосування знижує зношування клинів в 3.2 раза. ■

. . .. Таблиця

Результати виробничої перевірки ефективності технологічних методів підвищення довговічності клинів круглов’язальних машин типу КО (КО-2)

Час роботи клиігів, 1 ХІД Матеріал клинів

Сталь ШХ15 І Сталь 45

Засіб зміцнення

Беї зміапешія Іппне азо-тувапня Корування ЕІЛ Наплавлення сплавом

Стелліт ІЛП-АП2 | ПТ-СР4

Зпошуваиня робочої поверхпі підйомних клинів (середнє значення), мкм

500 49.7 26.9 35.0 26.8 18.5 15.8 16.1

1000 88.3 49.4 63.1 42.6 32.2 28.6 27.3

1500 120.9 65.5 83.2 59.8 41.7 42.5 37.4

2000 161.1 89.6 113.4 79.8 62.0 59.8 50.7

2500 1%.2 109.2 136.0 107.0 73.3 66.8 61.6

3000 227.4 126.1 157.7 1166 80.2 77.5 71.5

Для розрахунків економічного ефекту підвищення довговічності обладнання в цілому і окремих його деталей важливо правильно •• виділити ті змінні витрати, що мають безпосередній вплив на результати діяльності підприємства - споживача. Очевидно, що при інших рівних умовах, із збільшенням терміну використання виробу, його щорічне шошування зменшується, а отже, повинен скорочуватися і обсяг річних амортизаційних відрахувань. У цих змінах і виражається безпосередня мета і результат підвищення довговічності.

У випадку, коли збільшення надійності щойно виготовлених чи відновлених виробів сарактеризується скороченням числа відмов, величина економічного ефекту

□ф = і(с;+с:)-пі(с; +с‘„),

Де ! і ш - число відмов, що припадає на один старий і новий виріб; Ср° і Ср' - середнє іначення вартості одного ремонту відповідно старого і нового зразків обладнання, які шйшли із ладу в результаті відмови (включаючи вартість запасних частин ,що

н

використовувались); Сп° і С„* - величина інших втрат, викликаних відмовою виробів сгароп

і нового зразків обладнаній у даному та суміжному виробництвах.

У роботі показано також, що найбільшу економію при альтернативному вибор технологій поверхневого зміцнення забезпечує перехід від традиційних методів хіміко термічної обробки до перспективних, основаних на використанні писококонцентровани: поверхневих джерел енергії. Запропонована методика, що забезпечує розрахунок отримання порівняльних техніко-економічних даних, що характеризують методи зміцнення із урахуванням технологічних витрат, ресурсозатрат, а також наукомісткості.

У дисертації сформульовані основні принципи автоматизованого проектуванні технологічних процесів нанесення покриттів, запропонований алгоритм розрахунку площ що покриваються (зміцнюються)оснований на алгебраїчному складанні сукупності величні елементів деталей і виробів.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

На підставі проведених теоретичних та експериментальних досліджень вирішені проблема вибору, призначення та технологічного забезпеченім оптимальних параметри зміцнюючої поверхневої обробки клинів круглов’язальних машин, що дозволяє забезпечиті підвищену їх зносостійкість. Встановлена також можливість заміни високолегованих сталей що використовуються при виготовленні клинів, на звичайні конструкційні, в поєднанні з зміцненням поверхневого шару.

Аналіз отриманих у дисертації результатів теоретичних та експериментальний досліджень дозволив зробити такі висновки: 1. Розроблена методика оцінки впливі конструкторсько - технологічних та експлуатаційній параметрів на інгенсивністі зношування клинів, що дозволила обгрунтувати принципи і запропонувати математичн залежності для прогнозування зношування з урахуванням змішування його реалізацій. Длі вибору оптимального діапазону (інтервалу) варіювання параметрів використаний спеціальне введений у роботі коефіцієнт впливу.

2. Встановлено, що на зносостійкість клинів істотний вплив виявляють (при іншю рівних умовах) такі параметри, як сила взаємодії п’ятки голки з клином (сила удару) мікротвердість поверхневого шару Н,, , висота мікронерівностей Н„ж1 , середній радіус і вершин мікронерівностей, коефіцієнт тертя Г у парі голка- клин, довжина лінії їх контакту 1 кут а профіля клину. Максимальна зносостійкість спостерігається при наступних значення> означених параметрів: Гш„ =20-30 Н; Пц =5.7-7.5 Га; Нтм =3-4 мкм; г=10-20 мкм; Г—0.10-

0.15; 1=1.5-2 0 мм; <х=55-60°.

3. Обгрунтована можливість і доцільність використання для підвищення довговічності клинів, окрім конструкторських рішень, використати методів поверхневого зміцнення. Проведений критичний аналіз сучасних технологій зміцнення і розроблена методика порівняльної оцінки фізико - механічних властивостей зміцненого шару. Встановлено, іцо для клинів, які працюють у специфічних умовах нестаціонарного динамічного навантаження, найбільш доцільно використати іонне азотувати, борування, злектроіскрове легування і зносостійке наплавлення.

4. Для розрахунків, що пов'язані з аналізом і оцінкою параметрів, які визначають інтенсивність зношування клинів в'язальних систем були розроблені спеціальні математичні методи, отримані рівняння регрессии, що відрізняються достатньою простотою і можуть бути використані при проектуванні технологічного процесу та виготовленні клинів з використанням методів поверхневого зміцнення.

5. Металографічний аналіз експериментальних зразків дозволив виявити структуру наплавлених шарів і нанесених покриттів. Встановлено, що мікротвердість Нц наплавлених шарів складала для сплавів ПГ-СР4, ПН-АН-2 і стелліта відповідно 7,19; 7,51 і 5,82 ГПа, а після іонного азотування мікротвердість нітридньїх зон, отриманих на сталях марок ШХ15, У8 і сталі 45 склала 7,3; 5.7 і 6.9 ГПа відповідно.

6. В результаті експериментальних досліджень триботехнічних властивостей покриттів,

виконаних на зразках в умовах, що імітують роботу пари тертя голка-клин, і підтверджених виробничими випробуваннями, встановлено,що: , •

- найбільш ефективне (більш, ніж в 3 рази) підвищення довговічності клинів круглов’язальних машин досягається при нанесенні на їхню робочу поверхнью сплаву ПГ-СР4 засобом наплавки. При цьому можлива заміна традиційних матеріалів, з яких виробляють клини (сталь ПГХ15), на менш дорогі конструкційні сталі;

- з покриттів, що досліджувалися, найкращий результат, дає використання злектроіскрового легування (ЗІЛ), коефіцієнт ефективності від застосування якого перевищує 1.9.

7. Розроблено принципи і запропоновано математичні залежності, що дозволять здійснити прогнозувати зношування деталей машин з урахуванням перемішування його реалізацій. На прикладі клинів трикотажних машин, використовуючи математичні моделі процесу зношення, запропоновано рівняння, що дозволить розрахувати з заданою вірогідністю найгірший варіант процесу зношення для випадкового примірника клину в'язальної системи.

8. Сформульовано принципи вибору методу поверхневого зміцнення деталей машин в

умовах ринкової економіки. Отримано залежності для розрахунку конкурентоспроможнії технологій нанесення покриттів, включаючи експлуатаційні характеристики покриттів характеристики технології і обладнання. Запропоновано основи системи, що прі проектуванні процесів нанесення покриттів дозволяє обирати з безлічі типових процесі: зміцнення найкращий варіант.

Основний зміст дисертації викладений втаких роботах:

1. Зенкін М.А., Насер Аль Клуб, Гринкевич К.Е. Триботехнічна оцінка зносостійкості зміцнювальних покриттів// Экспрес-новини: наука, техніка, виробництво - 1997,- М 7-8,- С.

4-5.

2. Зенкін М.А., Аль Клуб Насер, Козлов С. В. Оцінка фрикційної теплостійкості

матеріалів важконавантажених вузлів тертя// Экспрес-новини: наука, техніка,

виробництво.-1997.№ 7-8,- С. 5-6.

3. Зенкин Н.А., Аль Клуб Насер, Клименко В.М., Использование упрочняющи:

покрытий для повышения износостойкости клиньев трикотажных машин // Современны технологии машиностроения. Прогрессивные методики преподавания в вузе. Тематический сборник научных статей,- Киев.: ИСМО, Сумы, СумГУ, 1997,- Вып. 1,- 263 с -С. 46-50. , .

4.Зенкин Н.А., Аль Клуб Насер, Маамун Бакир Бено Шишани Принципы выбор; метода поверхностного упрочнения в условиях рыночной экономики // Современны; технологии машиностроения. Прогрессивные методики преподавания в вузе.: Тематическиі сборник научных статей,-Киев.: ИСМО, Сумы, СумГУ, 1997,-Вып. 1.-263 с.- С. 8-11.

5. Зенкин Н.А., Маамун Бакир Бено Шишани, Аль Клуб Насер, Маценко Н.С. Сравнительная оценка износостойкости упрочняющих покрытий клиньев трикотажных машин.-К., ГАЛЛУ, 1996,- 22 с.- Деп. в ГНТБ Украины 11.11.96., № 2228-Ук96.

6. Зенкин А. С., Насер Аль Клуб, Маценко Н.С. Пути повышения насьіщающеі

способности борирующей смеси// Тез. докл. конф. «ОСНАСТКА-95», г.Киев, 26-27 апрел; 1995 г.-К., 1995.-С. 118. ■

7. Зенкин А С., Насер Аль Клуб, Маценко Н.С. Применение упрочняющих технологиі при изготовлении детален машин легкой промышленности// Тез. докл. конф "Производство и ремонт механизмов и машин в условиях конверсии", Крым, Никитскиі ботанический сад, 23-25 мая 1995Г.-К. ,1995. -С. 114Л15.

8. Насер Аль Клуб, Зенкин Н.А., Маценко,Н.С.. Оценка прочностных свойств полимерных покрытий// Тез. докл. конф. "Технология и оборудование для переработки полимерных материалов", п.Славское, Карпаты, 19-21 марта 1996 г.- К., 1996,- С.47.

9. Зенкин А. С., Маценко Н.С., Насер Аль Клуб Применение композиционных покрытий для повышения долговечности машин легкой промышленности// Тез. докл. конф. "Ресурсе-, энергосберегающие и экологически чистые технологии в производстве деталей из композиционных материалов", п.Славское, 19-21 марта 1996 г.- К., 1996,- С. 107,

10. Зенкин Н.А., Маценко Н.С., Насер Аль Клуб Проблемы обеспечения износостойкости деталей машин легкой и текстильной промышленности // Тез. докл. конф. "Организация и технология ремонта механизмов, машин, оснастки", Никитский ботанический сад, Крым, 28-30 мая 1996 Г.-К., 1996,-С. 45-46.

АНОТАЦІЯ

Аль Клуб Насер Юсеф Абдалла: Підвищення зносостійкості відповідальних деталей машин легкої промисловості технологічними методами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02. 08. - Технологія машинобудування, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут”, Київ, 1997. '

Захищається робота, метою якої є наукове обгрунтування, систематизація і технічна реалізація методологічних підходів до вибору зміцнюючих покриттів, що дозволять забезпечити підвищену зносостійкість швидкозношувальних деталей і вузлів машин легкої промисловості, зокрема, клинів трикотажних машин. Запропоновані до використання технології дозволяють підвищити зносостійкість клинів механізму плетіння круглов’язальної машини в 3.18 разів при використанні наплавки сплавом ПГ-СР4 і 1.9 разів при використанні злекгроіскрового легування.

Ключові слова: зносостійкість, довговічність, надійність, покриття, наилавки,

швидкозношувані деталі.

АННОТАЦИЯ

Аль Клуб Насер Юсеф Абдалла. Повышение износостойкости ответственных деталей машин легкой промышленности технологическими методами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08. - Технология машиностроения, Национальный технический университет Украины "Киевский поліп ехнический институт", Киев, 1997.

Защищается работа, целью которой является научное обоснование, систематизация и техническая реализация методологических подходов к выбору упрочняющих покрытий, позволяющих обеспечить повышенную износостойкость быстроизнашивающихся деталей и узлов машин легкой промышленности, в частности, клиньев трикотажных машин. Предложенные к использованию технологии позволяют повысить износостойкость клиньев механизма вязания кругловязальной машины в 3,18 раза при использовании наплавки сплавом ПГ-СР4 и 1,9 раза при использовании электроискрового легирования.

Ключевые слова: износостойкость, долговечность, надежность, покрытия, наплавки, быстоизнашиваемые детали. .

SUMMARY

Nasir Ysu Abdallah A1 Kloub. The Increasing of the durability of main parts in liglit industry machines by technological methods. - Manuscript.

Dissertation to receive the degree or candidate of technical science on field of speciality 05.02

08. - Machine building technology. National technical university of Ukraine "Kiev Polytechnica institute", Kiev, 1997.

The aim of the work, whose effect scientific basic of systematization and technical reaiizatior of metodic ways to choose streghening coverings alloved of increasing durability limit light industry machines parts, especially the wedges.The proposed technologies give the opportunity and allow tc increase durability of circle knitting machine wedges in 3.18 times if melting coatings ПГ-СР4 usee and 1.9 times if electric welding method used.

Key words: durability, wearability, reliability, cowerings, melting cowerings, worn-out parts.