автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение ресурса деталей машин восстанавливаемых электроконтактной приваркой стальных лент

На правах рукописи

ЮФЕРОВ Константин Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ МАШИН ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПРИВАРКОЙ СТАЛЬНЫХ ЛЕНТ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005538122

Уфа 2013

005538122

Работа выполнена на кафедре «Технология металлов и ремонт машин» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Фархшатов Марс Нурулович

Официальные оппоненты: Игнатьев Андрей Геннадьевич

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», кафедра сопротивления материалов, заведующий кафедрой

Полуян Валерий Александрович

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия», кафедра технического сервиса в АПК, доцент

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский

научно-исследовательский институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии)

Защита состоится 30 октября 2013 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 на базе ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34, ауд. 257/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.

Автореферат разослан «_» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Мударисов С. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Износ детален является основной причиной возникающих отказов на автомобилях, тракторах и сельскохозяйственных машинах. Во вре-з\и выполнения капитального и текущего ремонта 70% затрат приходится на запасные части, которые можно восстановить. Это особенно ощутимо при их высокой стоимости для зарубежной техники. Увеличение ресурса восстановленных деталей решается повышением износостойкости.

Экономическая целесообразность восстановления изношенных деталей обусловлена повторным и неоднократным использованием деталей с возможностью получения улучшенных свойств. К сожалению, в настоящее время процентное соотношение восстановленных детален к приобретенным незначительно, хотя создание производств по их восстановлению требует меньших капитальных вложений по сравнению с предприятиями по изготовлению запасных частей.

На сегодняшний день первое место занимают технологии восстановления деталей, не требующие больших капиталовложений. К таким технологиям относится электроконтактная приварка (ЭКП) стальных лент. Применение высокоуглеродистых стальных лент не получило достаточно широкого производственного применения по сравнению со стальными среднеуглеродистыми лентами по объективным и субъективным причинам. В первую очередь это связано с низкой прочностью сцепления и высоким трещинообразованием при ЭКП. Остаются малоизученными вопросы повышения ресурса деталей, восстановленных ЭКП стальных лент, связанные с износостойкостью и усталостной прочностью. Поэтому решение выше упомянутых вопросов является актуальным на сегодняшний день.

Степень разработанности темы. Способ восстановления деталей ЭКП стальных лент разработан в 1954-55 г. под руководством A.B. Поляченко. На сегодняшний день способ является достаточно изученным исследователями из РФ и зарубежных стран, но основной проблемой остается снижение ресурса восстановленных деталей.

Цель работы. Повышение ресурса деталей восстанавливаемых электроконтактной приваркой высокоуглеродистых стальных лент.

Объект исследовании. Технологический процесс восстановления стальных деталей путем ЭКП предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент.

Предмет исследования. Зависимости влияния термической обработки высокоуглеродистых стальных лент перед ЭКП на ресурс восстанавливаемых деталей.

Научная новизна:

1. Установлено аналитическое выражение для расчета ресурса детали восстановленной электроконтактной приваркой высокоуглеродистой стальной лентой по износостойкости металлопокрытия при трении скольжения.

2. Получены зависимости качественных показателей восстановленной поверхности деталей (прочность сцепления, трещинообразование) от режимов источника тока (сила тока, продолжительности импульса и паузы) установки ЭКП.

3. Получены зависимости усталостной прочности восстановленных деталей от режимов источника тока установки ЭКП, твердости детали и выбора термической обработки присадочного материала.

Практическая значимость. Разработан способ восстановления стальных деталей методом электроконтактной приварки предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент, который позволяет использовать в качестве присадочного материала высокоуглеродистые стальные ленты для повышения ресурса восстановленных деталей. Разработан технологический процесс ЭКП термообработанных высокоуглеродистых стальных лент, который может применятся на предприятиях АПК и других отраслей промышленности для восстановления изношенных поверхностей валов.

Реализация результатов работы. Разработанный технологический процесс ЭКП термообработанных высокоуглеродистых стальных лент внедрена в ОАО «ДЭП №104», Чишминском филиале ГУСП «Башсельхозтехника». Результаты исследований используются при изучении дисциплины «Надежность и ремонт машин».

Вклад автора в проведенное исследование состоит в участии на всех этапах процесса проведения теоретических и экспериментальных исследований, получении исходных данных, разработке плана экспериментальных исследований, проведении научных экспериментов, обработке и интерпретации экспериментальных данных, модернизации установки для испытаний деталей на усталостную прочность, апробации результатов исследования, подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Апробация работы. Основные материалы исследований по диссертационной работе доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, молодых ученых и специалистов ФГБОУ ВПО Башкирский Г'АУ (Уфа, 2009-2013 г.г.); на Всероссийских конференциях: «Научное обеспечение устойчивого функционировяния и развитие АПК» (г. Уфа, 2009 г.); «Реновация. Восстановление. Ремонт» (г. Уфа, 2010-2013г.г.); «Особенности развития агропромышленного комплекса на современном этапе» (г. Уфа, 2011 г.); «Россия молодая» (г. Кемерово, 2012 г.) «Фундаментальные основы научно-технологической модернизации АПК» (г. Уфа, 2013 г.) на международных конференциях: «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (г. Ульяновск, 2011-2012 г.г.); «Современная наука: теория и практика» (г. Ставрополь, 2011 г.); «Инновационному развитию агропромышленного комплекса - научное обеспечение» (г. Уфа, 2012 г.); «Аграрная наука - основа успешного развития АПК и сохранения экосистем» (г. Волгоград, 2012 г.); «Инновационные тенденции развития российской науки» (г. Красноярск, 2012 г.); «Проблемы эксплуатации и ремонта автотракторной техники» (г. Саратов, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 печатная работа, в том числе четыре работы в журналах, указанных в «Перечне ВАК», получен один патент на изобретение № 2451589.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 132 наименований и приложений. Со-

держание работы изложено на 171 странице машинописного текста, содержит 52 рисунка, 13 таблиц.

На защиту выносятся:

1. Теоретическое обоснование способа повышения ресурса деталей, восстановленных ЭКП.

2. Экспериментальное обоснование исследований влияния на качество восстанавливаемых деталей вида термической обработки присадочного материала.

3. Технологическое обоснование способа восстановления стальных деталей ЭКП высокоуглеродистых стальных лент.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрена актуальность темы, степень ее разработанности, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» выполнен анализ существующих способов восстановления деталей машин типа «вал» электроконтактной приваркой. Рассмотрены способы ЭКП и виды присадочных материалов. Отмечены положительные и отрицательные стороны способов ЭКП стальных лепт.

Развитием теоретических основ технологии электроконтактной приварки присадочных материалов занимались такие исследователи как: Т.У. Абдурахимов, Д.В. Амелин, A.B. Беречикидзе, A.B. Бугаев, Ф.Х. Бурумкулов, H.H. Дорожкин, Э.С. Каракозов, Ю.В. Клименко, P.A. Латыпов, Э.Л. Левин, В.П. Лялякин, Б.А. Молчанов, М.З. Нафиков, A.B. Поляченко, Е.В. Рыморов, Р.Н. Сайфуллин, Ю.С. Тарасов, U.E. Ульман, М.Н. Фархшатов, Н.И. Черновол, В.М. Чекин, В.К. Ярошевич и др.

Использования высокоуглеродистых стальных лент для восстановления и упрочнения деталей типа «вал» ЭКП требует проведения комплекса исследований по выявлению технологических параметров, влияющих на качество полученного металлопокрытия и соединения его с деталью. Поверхности деталей, восстановленные электроконтактной приваркой предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент, обладают структурой, позволяющей существенно повысить их износостойкость и прочность сцепления, при этом использование высокоуглеродистых стальных лент в состоянии поставки ограничено их упругостью.

На основании анализа сформулированы задачи исследования:

1. Разработать способ восстановления деталей, обеспечивающий их ресурс на уровне новых.

2. Обосновать теоретически влияние термической обработки присадочного материала на качественные показатели металлопокрытия.

3. Исследовать влияние технологических режимов ЭКП предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент на показатели ресурса восстановленных валов (прочность сцепления металлопокрытия с деталью, усталостная прочность, трещиностойкость).

4. Исследовать эксплуатационные свойства металлопокрытия, провести производственные испытания деталей, восстаноштенных разработанным способом и рассчитать технико-экономическую эффективность разработанного технологического процесса.

Во второй главе «Теоретические исследования способов повышения ресурса восстановленных деталей» обоснована целесообразность предварительной термообработки высокоуглеродистой стальной ленты для ЭКП. Известно, что применение стальной ленты для восстановления изношенных деталей электроконтактной приваркой в качестве присадочного материала улучшает технологичность процесса по сравнению с проволокой или порошком. Это заключается в том, что независимо от ошибок оператора установки электроконтактной приварки при выборе величины подачи сварочной тележки (при механической или ручной подаче), времени паузы и частоты вращения шпинделя, износов механической части установки и клещей стальная лента будет приварена к изношенной поверхности детали даже без перекрытия между сварными точками и витками сварки. Основными критериями качества полученного металлопокрытия при ЭКП являются прочность сцепления и ресурс восстановленной детали.

Предварительная термическая обработка высокоуглеродистых стальных лент позволяет повысить их пластичность, снять внутренние напряжения и дополнительно делает структуру материала мелкозернистой, что более благоприятно для проведения приварки и закалки.

В стальной холоднокатаной ленте имеются остаточные напряжения, которые во время приварки суммируются с закалочными. После приварки растягивающие напряжения в поверхностном слое апо величине близки к пределу текучести металлопокрытия, к которым добавляются эксплуатационные <т2жет7, сумма которых в способна вызвать отслоение при незначительных нагрузках

■>'Г> _ ОСТ . ЭКСП ( 1 \

где - остаточное напряжение МПа; <т1ксп - эксплуатационное напряжение МПа.

Для уменьшения склонности покрытия к отслоению необходимо снизить напряжения в ленте. С этой целью проводится предварительная термообработка (полный отжиг или высокотемпературный отпуск), позволяющая снять остаточные напряжения в стальной ленте и повышающая ее пластичность.

Толщина покрытия наносимого электроконтактным способом с учетом остаточных напряжений определяется по формуле

Й = (2) ' е

где тсц - прочность сцепления, МПа; эффективное напряжение, действующее в условиях эксплуатации, МПа; /— базовый размер, м; к - коэффициент, зависящий от соотношения упругих и геометрических параметров системы основа-покрытие. С учетом суммы напряжений, вызывающих отслоение металлопокрытия, и его допустимой толщины прочность сцепления найдем по формуле

__к ■ _

Тсц ~~ , ,г кр <кт \ ' '

Ь-{Ев-Е 0 +СГв )

Выражение (3) указывает на то, что прочность сцепления при электроконтактной приварке зависит от толщины покрытия, остаточных напряжений и деформации основы. Также необходимо учитывать необходимость финишной механической обработки восстановленной детали, которая может привести к отслоению металлопокрытия. Поэтому термическая обработка стальных лент перед ЭКП снимает внутренние напряжения и повышает прочность сцепления металлопокрытия с основой, восстанавливаемой детали.

Одним из важнейших факторов, влияющих на ресурс детали восстановленной ЭКП, является износостойкость. Поскольку основная масса восстанавливаемых деталей с применением ЭКП относится к классу «вал», то наиболее неблагоприятные условия их эксплуатации характеризуются трением скольжения. Для опор скольжения зависимость интенсивности изнашивания деталей от максимального контактного давления и пути трения

£ = к-р, (4)

где ДО - величина износа, мкм; Д8 - путь трення, м; к - коэффициент пропорциональности; р - среднее контактное давление, МПа.

Скорость изнашивания материалов главным образом определяется экспериментальным путем с использованием теории моделирования и подобия. Контактные параметры сопряжения вал - втулка (подшипника скольжения) определяются на основе решения контактной задачи теории упругости о внутреннем сжатии двух цилиндрических тел, радиусы которых почти равны. В этом случае среднее контактное давление

N

где Г] - радиус вала, м; N- нагрузка на узел трения, Н; I - длина поверхности контакта, м.

Зависимость интенсивности изнашивания от твердости материала следующая

^ = (б) Д/ Я к 1

где Лг - время работы узла трения, ч; Уопт - скорость относительного перемещения деталей, м/с; Н — твердость материала, Н11С.

°'ш 30-1000 ^ 7

Учитывая, что Уошн является постоянной величиной для расчета долговечности восстановленных деталей можно воспользоваться понятием удельного износа, которая определяет линейный или объемный износ эталонного образца при скорости перемещения У0„ш= 1 м/с за время г= 1с на площади трения 5= 1 см" и контактном давлении р= 1 МПа. Ввиду того, что износ прямо пропорционален коэффициенту

изнашивающей способности, контактному давлению, пути трения, площади трения и обратно пропорционален твердости материала, то износ эталонного образца можно выразить уравнением:

АГ ,,Р ■К.ш-'-я-дз„, э"'= -я-' (8)

ГД6 С[э1н - объемный вес эталонного образца, кг; Н„„ - твердость эталонного образца, ЖС,

Величина износа реального материала при естественных условиях вычисляется по формуле

Д С = АСэтЛ, (9)

где е - относительный износ эталонного образца; кС1 - величина отношения объемного веса детали к объемному весу эталонного образца, кГ1=ц/дгэш в случае электроконтактной приварки кч-1; к„ - величина отношения твердости детали к твердости эталонного образца, к„=Н/Нзт в случае электроконтактной приварки Н> Нт и ¿„>1.

Таким образом при повышении твердости поверхности детали Лб снижается, так как е имеет тенденцию к снижению, а к„ находится в обратно пропорциональной зависимости

,, Р -Ктн-'-З-Ч

~-я-" (10)

/

,—Зона закалки //, /тЛеталь/г ~~

AGi - величина износа закаленного участка металлопокрытия; AG2 - величина износа отпущенного участка металлопокрытия; // длина зоны закалки Рисунок 1 Схема избирательного износа восстановленной детали

A Gx =k

AG-, = k's-

Hrl

H2-l

A G t

Я,

(П) (12) (13)

Зная величину предельно допустимого износа (/гй), можно рассчитать ресурс детали, восстановленной ЭКП сталыгых лент:

Выражение (9) указывает на то, что износ металлопокрытия, полученного электроконтактной приваркой, в большей степени зависит от его твердости. Таким образом, увеличение ресурса деталей восстановленных ЭКП можно за счет применения стальных лент, твердость которых после закалки выше твердости детали. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что применение высокоуглеродистых стальных лент для ЭКП повышает ресурс восстанавливаемой детали.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований технологических свойств предварительно термообработанных высокоуглеродистых сталыгых лент и качественных показателей приваренных покрытий» разработана программа и описаны методики экспериментальных исследований определения микроструктуры предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент; показателей качества приваренного металлопокрытия на изношенную поверхность детали.

Эксперименты по разработке технологических процессов восстановления изношенных деталей ЭКП предварительно термообработанных стальных лент проводились на установке 01-1-22 конструкции ГОСНИТИ. Трещинообразование оценивалось с помощью магнитного дефектоскопа ПМД-70. Микроструктура рассматривалась на микроскопе Лабомет М-И. На прессе типа П-125 ГОСТ 8905-73 измерялась прочность сцепления методом среза. Измерение твердости покрытий проводились с применением твердомеров марки ТШ-2 и ТК-2. С помощью профи-лометра-профилографа Абрис ПМ-7.2 определялась шероховатость покрытий. Исследования износостойкости выполнялись на установке СМЦ-2. Определение усталостной прочности восстановленных деталей проводилась на модернизированной установке типа У-20.

Экспериментальные исследования проводились для отыскания рациональных значений режимов источника сварочного тока и размеров зерна стальной ленты для получения качественного металлопокрытия на основе проведения серии многофакторных экспериментов. Критериями качества металлопокрытия, полученного ЭКП высокоуглеродистых стальных лент, являлись прочность сцепления, трещи-ностойкость, износостойкость, усталостная прочность.

Для эксплуатационных испытаний деталей, восстановленных ЭКП предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент, были выбраны: коленчатый вал компрессора автомобиля ЗИЛ 4333 и валиков водяного насоса системы охлаждения двигателя СМД-62 трактора Т150К.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований качественных показателей приваренных покрытий» приводятся результаты экспериментов по определению качественных показателей приваренных металлопокрытий.

г =

60-1000-/у/:

Для более глубокого понимания процесса ЭКП было проведено исследование микроструктуры, результаты которого видны на рисунке 2.

Зона термического влияния (0.9 мм)

Рисунок 2 Микроструктура по глубине зоны термического влияния после ЭКП стальных высокоуглеродистых лент марки 65Г, при поперечном сечении: а) в состоянии поставки; 6) предварительно термообработаннои

Участок Участок Стальная лента

перехода неполной закалки Участок закалки марки 65Г

Феррит + Перлит

Перлит + Троости цементит

Основной ме

Мартснсит + еррит в виде сетки

Мартенсит

Перлит + Мар-цементит тенсит

ал л сталь 45

Зона термического влияния (0.7 мм)

Участок перехода

Участок Стальная лента

закалки Участок закалки марки 65Г

Феррит + Перлит + Троостнт Мартенсит + Мартенсит Перлит + Мар-

Перлит цементит феррит в виде сетки цементит тенсит

Основной металл сталь 45

о) ..... I 300 мкм

Анализируя полученные данные по микроструктуре покрытий, полученных ЭКП, можно сказать, что предварительная термическая обработка высокоуглеродистых стальных лент способствует выравненности их структуры. Предварительная термическая обработка высокоуглеродистых стальных лент способствует уменьшению глубины зоны термического влияния с 0,9 до 0,7 мм.

0,15 аз 0.« 0.6 075 0 9 1.05 1.2 1.55 1.5 1.65

покрытие, полученное ЭКП ленты из стали 65Г в состоянии поставки -{¡-покрытие, полученное ЭКП ленгы из стали 65Г предварительно подвергнутой полному отжигу

покрытие, полученное ЭКП ленты из стати 65Г предварительно подвергнутой высокотемпературному отпуску - -покрытое, полученное ЭКП ленты из стали 65Г предварительно подвергнутой полному отжигу и высокотемпературному отпуску

Рисунок 3 График изменения микротвёрдости Н по глубине детали I

На основании проведенных исследований, выполненных в соответствии с планом эксперимента по методике Адлера, были получены результаты, по которым после обработки программой Stati.sti.ca 6.0 были рассчитаны регрессионные уравнения влияния факторов (режимы источника тока, размер зерна присадочного материала, твердость восстанавливаемой детали) на качество металлопокрытия (прочность сцепления, трещинообразование, усталостная прочность).

Уравнение регрессии в натуральных значениях факторов, характеризующее влияние режимов источника тока на прочность сцепления

г = 230.5 + 6,48/„„„ - 7,7Ц, + 8,8/ . , {5)

Рисунок 4 Графическое изображение поверхности отклика (а), двумерного сечения (б) характеризующие зависимость прочности сцепления при ЭКП от режимов

источника тока

Таблица 1 - Результаты испытания на прочность сцепления покрытий, полученных ЭКП стальной высокоуглеродистой ленты

№ Состояние сталь- Среднее значе- Среднеквад- Ток при- Продол- Время

п/п ной ленты ние прочности ратическое варки, кА житель- паузы,

сцепления на отклонение. ность им- с.

срез, МПа МПа пульса тока, с.

1 Лента из стали 65Г 200 3,3 5,5 0.07 0,08

2 в состоянии по- 218 6,4 6,75 0,07 0,08

3 ставки 253 10,2 8 0,07 0,08

4 Лента из стали 65Г 212 7,3 5,5 0,07 0,08

5 после пол-ного от- 237 7,9 6,75 0,07 0,08

6 жига 272 8,8 8 0,07 0,08

7 Лента из стали У9 в 260 4,9 5,5 0,07 0.08

8 состоянии поставки 265 6,6 6,75 0,07 0,08

9 275 4,11 8 0,07 0.08

10 Лента из стали У9 265 4,7 5,5 0.07 0.08

11 после полного от- 271 4,9 6,75 0,07 0,08

12 жига 291 10,3 8 0,07 0,08

По результатам испытаний покрытий из стальной высокоуглеродистой ленты, как видно из таблицы 1, прослеживается, что характерной особенностью приварки этих лент является высокая прочность сцепления с основным металлом. Предварительная термообработка в виде полного отжига высокоуглеродистых привариваемых лент, по сравнению со стальными лентами в состоянии поставки, повышает прочность сцепления с основным металлом на 9.. .25%.

Рисунок 5 Графическое изображение поверхности отклика (а), двумерного сечения (б) характеризующие величину длины микротрещин от твердости детали и выбора термической обработки присадочного материала

13

Рисунок б Графическое изображение поверхности отклика (а), двумерного сечения (б) характеризующие ветчину длины микротрещин от режимов источника тока

Уравнение регрессии в натуральных значениях факторов, характеризующее влияние режимов источника тока и размеров зерна присадочного материала на тре-щинообразование

I = 23,675 + 2,6г,ш„ -3X +4,9/ , (16)

¿ = 13,31 +1,19НЯС - 0,48</, (17)

В ходе сравнительных экспериментов были получены данные по которым можно судить о износостойкости покрытий, полученных ЭКП, представленные в виде графика на рисунке 7.

Как и предполагалось при теоретических исследованиях, износостойкость покрытия из стальной высокоуглеродистой ленты выше износостойкости покрытий из проволоки, порошка и стальной среднеуглеродистой ленты, то есть ленты из высокоуглеродистой стали рациональнее применять как присадочный материал для восстановления изношенных деталей электроконтактной приваркой. Наименьшую износостойкость имеет покрытие, полученное ЭКП ленты из стали 45, что объясняется относительно невысокой твердостью получаемого покрытия.

Сравнение износов покрытий испытуемых образцов с эталонной деталью, изготовленной из стали 45 и закаленной до твердости Н11С49...52, показало, что износостойкость металлопокрытия, полученного электроконтактной приваркой закаливаемых материалов, выше на 30...70 %, что объясняется высокой твердостью и избирательным износом металлопокрытия (рисунок 7).

Из полученных результатов видно, что предполагаемая повышенная износостойкость покрытия из стали 65Г также подтвердилась и на 33% оказалась выше, чем у покрытия из стали 45, а износостойкость покрытия из стали У9 на 70% оказалась выше, чем у покрытия из стали 45.

Таким образом, считаем, что использование в качестве присадочного материала лент из стали 65Г, У9 существенно повысит долговечность ответственных, дорогостоящих деталей машин.

♦ с ЭКП ленты (Сталь45 ГОСТ 1050-94) с ЭКП порошка (ФБХ-6-2 ГОСТ21448-75) ■ с ЭКП ленты (стальУ9 ГОСТ 1435-99) с ЭКП проволоки (ПК-2 ГОСТ3282-74) » с ЭКП ленты (сталь65Г ГОСТ 14959-79) с ЭКП ленты после отжига (стальУ9 ГОСТ 1435-99) с ЭКП ленты после отжига (стальб5Г ГОСТ 14959-79) 9 теоретическая с ЭКП ленты (стальУ9 ГОСТ 1435-99) теоретическая с ЭКП ленты после отжита (сталъбЗГ ГОСТ 14959-79)

Рисунок 7 - Величина износа покрытый, полученных электроконтактной приваркой различных присадочных материалов

Для более точной оценки ресурса восстановленных деталей были проведены испытания на предел выносливости. Результаты сравнительных усталостных испытаний эталонных и восстановленных ЭКП образцов отражены на построенных кривых усталостной прочности рисунок 10.

Из проведенных усталостных испытаний установлено, что циклическая прочность образцов восстановленных ЭКП с использованием термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты из стали 65Г при оптимальных режимах, составляет ст.) = 135 МПа ленты из стали 65Г в состоянии поставки ст_1 = 95 МПа, а циклическая прочность эталонных образцов стали 45, составила ст_1 = 170 МПа. Снижение усталостной прочности образцов с приваренной лентой можно объяснить наличием микротрещин в покрытии и неоднородностью структуры в зоне термического влияния основной детали при совместном воздействии циклических нагрузок. Снижение усталостной прочности после ЭКП предварительно термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты составило около 20%, что обеспечит усталостный ресурс восстановленной детали около 80%, что является приемлемым для современных методов восстановления деталей.

СтальЬ5 зталон

^ Л,

\ ч 1 \ ч

/ > \ \

/ / \ \ о-»-

/ / \ ч

1 (/Тент из стпалаоЗГ \ и \ \ о-—

\ 0

} ПреЗбар ителЬМО Л7£ 'рясодрабс тонная леи та из ста/ ио5Г

1 1 1 ' 1 1

0.5 1 1.5 2 2.5 N»10-Рисунок 8 График усталостной прочности деталей восстановленных ЭКП

Рисунок 9 Графическое изображение поверхности отклика (а), двумерного сечения (б) характеризующие величину усталостной прочности от твердости детали и выбора термической обработки присадочного материала

Рис\>нок 10 Графическое изображение поверхности отклика (а), двумерного сечения (б) характеризующие величину усталостной прочности от режимов источника тока

Уравнение регрессии в натуральных значениях факторов, характеризующее влияние режимов источника тока и размеров зерна присадочного материала на тре-щинообразование

= 129,1 - ¿1И,„ + 0,9г„ - 2,2/ , (18)

о\, = 105,5 - 0,56НЯС + 0,24</, (! 9)

Для получения более объективной картины необходимо рассмотреть изломы образцов, испытанных при напряжениях, близких к пределу усталостной прочности.

©

а

Рисунок 11 Изломы, полученные при испытаниях на усталостную прочность: а) эталонный образец закаленный ТВЧ; б) образеII с ЭКП высокоуглеродистой стальной ленты из стали 65Г в состоянии поставки в) образец с ЭКП предварительно термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты из стали 65Г

На усталостном изломе эталонного образца, закаленного ТВЧ, разрушение начиналось с поверхности, что характерно для случая, когда в металле отсутствуют грубые дефекты, а толщина закаленного слоя достаточно велика. Усталостная трещина лежит в плоскости, перпендикулярной к оси образца рисунок 11а. Усталостный излом образца с ЭКП высокоуглеродистой стальной ленты зарождался в двух плоскостях, перпендикулярных к оси образца. Расстояние между плоскостями равно толщине роликового электрода, что свидетельствует о наличии микротрещин в зоне перекрытия сварочных точек. Зона усталостного развития трещин с гладкой притертой поверхностью занимает небольшую площадь, вследствие высоких нагрузок при испытании и однородности механических свойств металла. Зона долома имеет шероховатую поверхность со следами пластической деформации, характерную для пластических изломов. Усталостный излом образца с ЭКП предварительно термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты имеет три очага, расположенных на поверхности перпендикулярной к оси образца. Очаг, имеющий большую площадь, является основным. Похожая картина наблюдается при ассиметричном цикле нагружения.

Сравнивая результаты испытаний на усталостную прочность можно сделать вывод, что при ЭКП высокоуглеродистых стальных лент усталостная прочность снижается на 30%, в то время как при использовании термообработанных высокоуглеродистых стальных лент усталостная прочность снижается на 20%. На основании вышеизложенного ЭКП предварительно термообработанных стальных лент приемлема для восстановления стальных деталей.

На основании полученных уравнений регрессий (15-19) можно сделать выводы о влиянии каждого фактора на качество металлопокрытия. При отжиге высокоуглеродистой стальной ленты пластинчатый перлит переходит в мелкозернистый, что в процессе ЭКП повышает усталостную прочность и снижает трещинообразо-вание. Из режимов источника тока сила тока и продолжительность импульса прямо пропорционально влияют на трещинообразованне а также прочность сцепления и обратно пропорционально на усталостную прочность, а продолжительность пауз показывает противоположную закономерность.

В пятой главе «Технология термической обработки и электроконтактной приварки предварительно термообработанной стальной ленты и оценка экономической эффективности» разработан технологический процесс термической обработки высокоуглеродистой ленты и ее ЭКП на цилиндрические детали типа «вал». На основании полученных результатов экспериментальных исследований были определены рациональные режимы ЭКП предварительно термообработанных стальных лент.

Экономический эффект от восстановления изношенных деталей ЭКП предварительно термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты взамен новых после разработки и внедрения разработанного технологического процесса на примере валика водяного насоса системы охлаждения двигателя СМД-62 трактора Т150К составил 100 рублей на одну восстановленную деталь в условиях Чишмин-ского филиала ГУСП «Башсельхозтехника».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан способ восстановления стальных деталей методом электроконтактной приварки предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент, который позволяет использовать в качестве присадочного материала высокоуглеродистые стальные ленты для повышения ресурса восстановленных деталей. Лабораторными и эксплуатационными испытаниями установлено, что термическая обработка высокоуглеродистой стальной ленты в виде отжига перед ЭКП для восстановления деталей позволяет:

• повысить прочности сцепления металлопокрытия с материалом детали на 9...25%, по сравнению с металлопокрытиями из стальных лент в состоянии поставки;

• увеличить износостойкость восстанавливаемых деталей на 30% при использовании ленты из термообработанной стали 65Г и 70% при использовании ленты из термообработанной стали У9 по сравнению с закаленной сталью 45;

• повысить усталостную прочность детали восстановливаемой ЭКП при использовании ленты из термообработанной стали 65Г на 40% по сравнению с лентой 65Г в состоянии поставки.

2. Исследовано влияние предварительной термической обработки высокоуглеродистой стальной ленты для ЭКП, которое позволяет прогнозировать качество прочности сцепления полученного металлопокрытия с поверхностью детали, зависящее от величины остаточных напряжений в стальной ленте и ее толщины согласно формуле (3). Теоретически обосновано применение высокоуглеродистых стальных лент для ЭКП с целью повышения ресурса восстановленной детали при трении скольжения в соответствии с формулой (14), благодаря высокой твердости получаемого металлопокрытия HRC55...63.

3.На основании исследований определены оптимальные режимы источника тока для электроконтактной приварки предварительно термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты: /сг=б,75±0,25 кА, Гшш=0,07±0,005 с, ГШКг=0,08±0,005 с, которые выбраны в зависимости от сочетания наивысшей прочности сцепления и наименьшего трещинообразования.

4. Разработаны технологические процессы ЭКП предварительно термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты на изношенные поверхности деталей машин типа «вал», которые внедрены в ОАО «ДЭП №104» Иглинского района Республики Башкортостан, Чишминском филиале ГУСП «Башсельхозтехника» и на научно-производственном участке кафедры «Технология металлов и ремонт машин» ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ. Экономический эффект от внедрения нового" технологического процесса в Чишминском филиале ГУСП «Башсельхозтехника» составляет 100 рублей на одну восстановленную деталь.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Юферов К.В. Особенности электроконтактной приварки термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты [Текст] / М.Н. Фархшатов, Р.Н. Сайфуллин, Э.Л. Левин, К.В. Юферов // Ремонт восстановление модернизация. - 2012. - № 1 -С. 23-26.

2. Юферов К.В. Пути повышения усталостной прочности восстановленных деталей электроконтактной приваркой стальной высокоуглероднстой ленты [Текст] / М.Н. Фархшатов, К.В. Юферов // Ремонт восстановление модернизация. -2012. -№3. -С. 27-30.

3. Юферов К.В. Влияние режимов электроконтактной приварки высокоуглеродистой стальной ленты на качество покрытия [Текст] // Труды ГОСНИТИ том 109 ч.2 С.47-51.

4. Юферов К.В. Влияние предварительной термообработки стальной ленты, привариваемой электроконтактным способом, на усталостную прочность восстановленных деталей [Текст] / М.Н. Фархшатов, B.C. Паталенко, К.В.Юферов // Труды ГОСНИТИ том! 11 4.2 С.60-62.

патент:

5.Патент № 2451589 РФ, МПК, В23Р б/ОО, C21D 1/26, В23К 11/06. Способ восстановления стальной детали / Фархшатов М.Н., Сайфуллин Р.Н., Юферов К.В., Павлов А.П. Опубл. 27.05.2012. Бюл. № 15.

в сборниках научных трудов и материалах конференций:

6. Юферов К.В. Методы повышения усталостной прочности деталей восстанавливаемых сваркой и наплавкой [Текст] // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК» Часть I. - Уфа: Изд-во БГАУ, 2009. - С. 174-179.

7. Юферов К.В. Применение стали 65Г при восстановлении деталей электроконтактной приваркой ленты [Текст] // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Реновация. Восстановление. Ремонт»,- Уфа: Изд-во БГАУ, 2010.-С. 74-77.

8.Юферов К.В. Применение стали У10 при восстановлении деталей электроконтактной приваркой ленты [Текст] // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Реновация. Восстановление. Ремонт» в рамках XII специализированной выставки «Промзкспо-2011»,- Уфа: Изд-во БГАУ, 2011. - С. 20-23.

9. Юферов К.В. Влияние режимов электроконтактной приварки стальной ленты на трещинообразование [Текст] / Э.Л. Левин, К.В. Юферов // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Реновация. Восстановление. Ремонт» в рамках XII специализированной выставки «Промэксно-2011»,- Уфа: Изд-во БГАУ, 2011.-С. 11-14.

10. Юферов К.В. Микроструктура, получаемая при восстановлении электроконтактной приваркой термообработанной стальной ленты [Текст] // Материалы всероссийской научно-практической конференции (Научно-практические основы инженерного обеспечения развития АПК на современном этапе) с международным участием в рамках XXI Международной специализированной выставки «АгроКом-плекс-2011» Часть II.- Уфа: Изд-во БГАУ, 2011. - С. 109-111.

11. Юферов К.В. Влияние режимов электроконтактной приварки стальной высокоуглеродистой ленты на прочность сцепления у восстановленных деталей [Текст] / М.Н. Фархшатов, B.C. Наталенко, К.В. Юферов // Материалы II международной научно-практической конференции «Современная наука: теория н практика» Том2,- Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ, 2011. - С.58-62

12. Юферов К.В. Микроструктура, получаемая при восстановлении электроконтактной приваркой термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты [Текст] // Материалы III международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» Том2.-Ульяновск: Изд-во Ульяновсая ГСХА, 2011. - С.333-339

13. Юферов К.В. Модернизация машины для проверки усталостной прочности [Текст] / B.C. Наталенко, К.В. Юферов // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Реновация. Восстановление. Ремонт» в рамках XIII специализированной выставки «Промэкспо-2012»,- Уфа: Изд-во БГАУ, 2012. - С. 41-44.

14. Юферов К.В. Определение микроструктур основного и присадочного материалов для электроконтактной приваркой высокоуглеродистой стальной ленты [Текст] // Материалы международной научно-практической конференции (Инновационному развитию агропромышленного комплекса - научное обеспечение) в рамках XXII Международной специализированной выставки «АгроКомплекс-2012» Часть I,- Уфа: Изд-во БГАУ, 2012. - С. 407-410.

15. Юферов К.В. Влияние режимов электроконтактной приварки высокоуглеродистой стальной ленты У9 на образование микротрещин покрытия [Текст] // Материалы международной научно-практической конференции «Агарная нгаука-основа успешного развития АПК и сохранения экосистем» Том2,- Волгоград: Изд-во Волгоградский ГАУ, 2012. - С. 258-261.

16. Юферов К.В. Микротвёрдость металлопокрытия деталей восстановленных электроконтактной приваркой стальной высокоуглеродистой ленты [Текст] // Материалы научно-практической конференции, посвященной 100-летию ФГБОУ ВПО Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова. - Саратов: Типография «Сателлит», 2012. - С. 249-251.

17. Юферов К.В. Применение электроконтактной приварки термообработанной высокоуглеродистой стальной ленты для получения качественного металлопокрытия [Текст] // Материалы IV всероссийской, 57 научно-практической конференции молодых ученых «Россия молодая»,- Кемерово: Изд-во Куз1 ТУ, 2012. - С. 163-165.

18. Юферов К.В. Влияние мощности источника тока на прочность сцепления при восстановлении деталей электроконтактной приваркой стальной высокоуглеродистой ленты [Текст] // Материалы V международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 60-летию Красноярского ГАУ. -Красноярск: Изд-во Красноярский ГАУ, 2012. - С. 91-93.

19. Юферов К.В. Влияние мощности источника тока на трещинообразование при восстановлении деталей электроконтактной приваркой стальной высокоуглеродистой ленты [Текст] // Материалы V международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 60-летию Красноярского ГАУ. .Красноярск: Изд-во Красноярский ГАУ, 2012. - С. 93-95.

20. Юферов К.В. Результаты исследований износостойкости покрытий, полученных электроконтактной приваркой ленты из стали У9 [Текст] / А.П. Павлов, К.В. Юферов // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Геннадия Прокофьевича Шаронова «Проблемы эксплуатации и ремонта автотракторной техники». - Саратов: Изд-во «КУБиК», 2012. - С. 190-192.

21. Юферов К.В. «Особенности технологии восстановления коленчатых валов компрессоров электроконтактной приваркой высокоуглеродистых стальных лент» [Текст] / М.Н. Фархшатов, К.В. Юферов // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные основы научно-технологической модернизации АПК» Уфа: Изд-во БГАУ, 2013. - С. 308-313.

Подписано в печать 28.10.2013 г. Формат бумаги 60х84'/16. Усл. печ. л. 1,0 Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Заказ 538. Тираж 100 экз.

РИО ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ. 450001, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34

ФГБОУ ВПО БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЮФЕРОВ КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ МАШИН ВОССТАНОВЛИВАЕМЫХ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПРИВАРКОЙ

СТАЛЬНЫХ ЛЕНТ

05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Фархшатов М.Н.

Уфа-2013

Оглавление

Стр.

ВВЕДЕНИЕ............................................................................ 5

Глава 1. СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...... 10

1.1. Анализ быстроизнашиваемых деталей машин

1.2. Причины снижения ресурса деталей восстановленных электроконтактной приваркой..............................................................................................................................10

1.3. Анализ способов восстановления цилиндрических деталей машин 14 электроконтактной приваркой................................................

1.4. Стальные ленты и методы их электроконтактной приварки

1.5. Цели и задачи исследований................................................. 26

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПОСОБОВ

ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ВОССТАНОВЛЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ 27

2.1. Обоснование материала для электроконтактной и выбор материалов для предварительно термообработанных лент........................................27

2.2. Влияние предварительной термообработки высокоуглеродистых стальных лент на прочность сцепления при электроконтактной приварке ... 33

2.3. Влияние электроконтактной приварки предварительно термообработан-

ных высокоуглеродистых стальных лент на износостойкость восстановленных деталей............................................................................................................................35

Выводы по теоретическим исследованиям.............................. 41

Глава 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ТЕРМООБРАБОТАННЫХ СТАЛЬНЫХ ЛЕНТ И КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИВАРЕННЫХ

ПОКРЫТИЙ.............................................................. 43

3.1. Программа исследований технологических свойств предваритель-

но термообработанных стальных лент и качественных показателей приваренных покрытий.......................................................... 43

3.2. Установка для электроконтактной приварки............................. 44

3.3. Методика исследования макро- микроструктуры....................... 47

3.4. Методика определения наличия микротрещин после электроконтактной приварки стальных лент....................................................................................49

3.5. Методика измерения прочности сцепления покрытия с основным металлом детали................................................................................................................................51

3.6. Методика измерения твердости и микротвердости..........................................55

3.7. Методика определения износостойкости покрытия....................................57

3.8. Методика определения усталостной прочности образцов с покрытием............................................................................................................................................................61

3.9. Планирование эксперимента..............................................................................................67

3.10. Методика проведения эксплуатационных испытаний..............................70

3.11. Статистическая обработка результатов исследований................ 71

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИВАРЕННЫХ ПОКРЫТИЙ.................................... 75

4.1. Исследование макро и микроструктуры предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент..............................................75

4.2. Исследование трещиностойкости покрытий, полученных электроконтактной приваркой предварительно термообработанных вы- 80 сокоуглеродистых стальных лент и других присадочных материалов............................................................................

4.3. Влияние состава предварительно термообработанных лент на прочность сцепления покрытия с основным металлом детали..........89

4.4. Твердость и микротвердость покрытий, полученных электроконтактной приваркой порошковых материалов......................................................94

4.5. Влияние предварительной термической обработки высокоуглеродистых стальных лент на износостойкость покрытий, полученных 100 электроконтактной приваркой

4.6. Влияние вида присадочного материала на усталостную прочность деталей, восстановленных электроконтактной приваркой............. 102

4.7. Результаты эксплуатационных испытаний.............................. 109

Выводы по результатам экспериментальных исследований......... 111

Глава 5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПРИВАРКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ТЕРМООБРАБОТАННЫХ ЛЕНТ И ОЦЕНКА 112 ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ........

5.1. Разработка эффективной технологии изготовления и электрокон-

тактной приварки предварительно термообработанных лент .... 112

5.2. Расчет экономической эффективности внедрения в производство разработанного технологического процесса............................... 118

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.................................................................. 126

ЛИТЕРАТУРА....................................................................... 128

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................... 141

ВВЕДЕНИЕ

Исследователями установлено, что 70 — 80 % деталей автомобилей, тракторов и других машин выбраковывают при износах до 0,3 мм, а у двигателей число деталей с таким значением износа достигает 90 %. Ни для кого ни секрет, что при текущем или капитальном ремонте техники производится замена изношенных деталей на новые, покупка которых влечет за собой увеличение себестоимости ремонта. Это хорошо заметно при высокой стоимости новых деталей для зарубежной техники. В последнее время затраты на поддержание в работоспособном состоянии тракторов и сельскохозяйственных машин составили свыше 65 млрд рублей в год [56]. Вместе с тем, за последние годы по ряду причин возросла доля зарубежной сельскохозяйственной техники, отработавшей более половины ресурса. Несмотря на высокое качество изготовления, отказы, возникающие по причине износа рабочих поверхностей деталей, неизбежно происходят. Для устранения данных отказов выполняется технический сервис и затраты на закупку запасных частей для иностранной техники в разы выше, чем для отечественной.

Восстановление деталей имеет экономическую целесообразность, так как имеется возможность использования порядка 65...75 % номенклатуры изношенных деталей при затратах на восстановление от 25 до 30% стоимости новых деталей [39]. Очень жалко, что в современных условиях ремонтные производства в большинстве случаев закрыты, а восстановлением деталей занимаются в кустарных условиях, хотя создание современных технологичных производств по восстановлению деталей займет в 2-2,5 раза меньше денежных затрат по сравнению с изготовлением новых запасных частей.

Для повышения качества, капитально ремонтируемой, сельскохозяйственной техники и снижения денежных затрат на процесс ремонта, что легко достижимо при большой годовой программе, первоочередной задачей является восстановление деталей машин. Внедрение рентабельных и перспективных технологий для восстановления изношенных деталей является резервом

в увеличении показателей качества ремонта предприятиями. Одним из таких показателей является ресурс.

На современном этапе развития общества большое значение приобретают ресурсосберегающие технологии для производств восстановления изношенных деталей, внедряемые без ощутимого увеличения материальных затрат. Электроконтактная приварка (ЭКП) позволяет получить регулируемый по толщине металлический слой в пределах 0,1 — 0,5 мм, что значительно уменьшает припуски на механическую обработку, и высокую твердость металлопокрытия до 62 HRC. Поэтому восстановление деталей определенной номенклатуры целесообразно проводить электроконтактной приваркой металлопокрытия, считающаяся одним из лучших вариантов малоотходной технологии.

Развитием теоретических основ и технологий в области электроконтактной приварки присадочных материалов занимались исследователи: Д.В. Амелин, Ф.Х. Бурумкулов, H.H. Дорожкин, Э.С. Каракозов, Ю.В. Клименко, P.A. Латыпов, Э.Л. Левин, В.П. Лялякин, Б.А. Молчанов,. М.З. Нафиков, А.В Поляченко, Е.В. Рыморов, Ю.С. Тарасов, И. Е. Ульман, М.Н. Фархшатов, Н.И. Черновол, В.К. Ярошевич, Р.Н. Сайфуллин и др.

Однако восстановление деталей ЭКП приводит к снижению усталостной прочности, особенно при получении металлопокрытий с высокой твердостью, соответственно снижению ресурса. [124] Предполагается, что структурное изменение ленты до приварки за счет отжига позволит увеличить ресурс восстановленных деталей.

Степень разработанности темы. Способ восстановления деталей ЭКП стальных лент разработан в 1954-55 г. под руководством A.B. Поляченко. На сегодняшний день способ является достаточно изученным исследователями из РФ и зарубежных стран, но основной проблемой остается снижение ресурса восстановленных деталей.

Цель работы. Повышение ресурса деталей восстанавливаемых электроконтактной приваркой высокоуглеродистых стальных лент.

Объект исследования. Технологический процесс восстановления стальных деталей путем ЭКП предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент.

Предмет исследования. Зависимости влияния термической обработки высокоуглеродистых стальных лент перед ЭКП на ресурс восстанавливаемых деталей.

Научная новизна:

1. Установлено аналитическое выражение для расчета ресурса детали восстановленной электроконтактной приваркой высокоуглеродистой стальной лентой по износостойкости металлопокрытия при трении скольжения.

2. Получены зависимости качественных показателей восстановленной поверхности деталей (прочность сцепления, трещинообразование) от режимов источника тока (сила тока, продолжительности импульса и паузы) установки ЭКП.

3. Получены зависимости усталостной прочности восстановленных деталей от режимов источника тока установки ЭКП, твердости детали и выбора термической обработки присадочного материала.

Практическая значимость. Разработан способ восстановления стальных деталей методом электроконтактной приварки предварительно термообработанных высокоуглеродистых стальных лент, который позволяет использовать в качестве присадочного материала высокоуглеродистые стальные ленты для повышения ресурса восстановленных деталей. Разработан технологический процесс ЭКП термообработанных высокоуглеродистых стальных лент, который может применятся на предприятиях АПК и других отраслей промышленности для восстановления изношенных поверхностей валов.

Реализация результатов работы. Разработанный технологический процесс ЭКП термообработанных высокоуглеродистых стальных лент внедрена в ОАО «ДЭП №104», Чишминском филиале ГУ СП «Башсельхозтехника». Результаты исследований используются при изучении дисциплины «Надежность и ремонт машин».

Вклад автора в проведенное исследование состоит в участии на всех этапах процесса проведения теоретических и экспериментальных исследований, получении исходных данных, разработке плана экспериментальных исследований, проведении научных экспериментов, обработке и интерпретации экспериментальных данных, модернизации установки для испытаний деталей на усталостную прочность, апробации результатов исследования, подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Апробация работы. Основные материалы исследований по диссертационной работе доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, молодых ученых и специалистов ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ (Уфа, 2009-2013 г.г.); на Всероссийских конференциях: «Научное обеспечение устойчивого функционировяния и развитие АПК» (г. Уфа, 2009 г.); «Реновация. Восстановление. Ремонт» (г. Уфа, 2010-2013г.г.); «Особенности развития агропромышленного комплекса на современном этапе» (г. Уфа, 2011 г.); «Россия молодая» (г. Кемерово, 2012 г.) «Фундаментальные основы научно-технологической модернизации АПК» (г. Уфа, 2013 г.) на международных конференциях: «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (г. Ульяновск, 2011-2012 г.г.); «Современная наука: теория и практика » (г. Ставрополь, 2011 г.); «Инновационному развитию агропромышленного комплекса - научное обеспечение» (г. Уфа, 2012 г.); «Аграрная наука- основа успешного развития АПК и сохранения экосистем» (г. Волгоград, 2012 г.); «Инновационные тенденции развития российской науки» (г. Красноярск, 2012 г.); «Проблемы эксплуатации и ремонта автотракторной техники» (г. Саратов, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 печатная работа, в том числе четыре работы в журналах, указанных в «Перечне ВАК», получен один патент на изобретение № 2451589.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 132 наименований и приложе-

ний. Содержание работы изложено на 171 странице машинописного текста, содержит 52 рисунка, 13 таблиц. На защиту выносятся:

1. Теоретическое обоснование способа повышения ресурса деталей, восстановленных ЭКП.

2. Экспериментальное обоснование исследований влияния на качество восстанавливаемых деталей вида термической обработки присадочного материала.

3. Технологическое обоснование способа восстановления стальных деталей ЭКП высокоуглеродистых стальных лент.

Глава 1. СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ быстроизнашиваемых деталей машин

Основным вопросом ремонтных предприятий в АПК является восстановление деталей. Автотракторные детали делятся на 5 классов, один из которых «круглые стержни» с точки зрения стандартизации относится к классу «вал». С позиции материалоемкости и экономической целесообразности восстановления деталей необходимо учитывать габаритные размеры детали. Данными размерами для валов являются это номинальный диаметр и общая длина детали или ее восстанавливаемой поверхности. Не возможно пользоваться одним конкретным способом для восстановления всех детали, так как каждая отдельная деталь имеет свою специфику и особенности восстановления. Наплавку под слоем флюса или плазменное напыление рационально применить для восстановления валов с диаметром более 60 мм, а для деталей с диаметром менее 60, но более 20 мм необходимо применить вибродуговую наплавку, ЭКП металлического слоя, автоматическую наплавку в среде защитного газа и.т.д.

Становится понятно, что при назначении конкретного способа необходимо учесть конструктивные особенности детали, условия работы, вид дефекта.

По данным литературы [40], разброс диаметров валов работающих в агрегатах тракторов, автомобилей и сельхозмашин можно рассмотреть в виде графика, представленного на рисунке 1.1.

Из графика видно, что в тракторах, автомобилях и сельскохозяйственных машинах около 80% диаметры валов имеют значения от 20 до 80 мм.

После изучения статистических данных по дефектам деталей машин стало очевидно, что в практике капитального ремонта чаще всего встречаются с восстановлением наружных цилиндрических поверхностей, т.е. валов, имеющих износ по диаметру (А) менее 0,6 мм, с длиной вала до 800 мм и

диаметрами валов от 10 до 80 мм. Из них А менее 0,1 мм имеет 52% деталей, до 0,2 мм - 12%, а А менее 0,6 мм - лишь 3%. Поэтому выбирая способ восстановления принимаются к рассматрению только те, которые могут обеспечить получение качественных покрытий на восстанавливаемых поверхностях деталей машин с минимальной потерей металла.

Износ деталей и срок их службы зависят от материала их изготовления и как следствие твердости поверхности. Одним из ключей в подходе к решению вопроса повышения износостойкости является содержание углерода в материале. При увеличении процентного содержания углерода износ стальных деталей уменьшается, однако только до эвтектоидной точки, потому что дальнейшее увеличение приводит к снижению сопротивляемостью металла.

70

60

. а 50

о

►а н о 40

о

н •_> п t? 30

20

10

Л

л

\ л

/л\

/а 1

х

L \ L 4

Ш --ч \

/ \

V

\

1

1 -S3

1 - сельскохозяйственные тракторы; 2 - подвижной состав автомобильного транспорта; 3 - сельскохозяйственные машины; 4 -все машины

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 Диаметр, мм

Рисунок 1.1 Диапазон диаметров валов сельскохозяйственных тракторов, подвижного состава автомобильного транспорта и сельскохозяйственных

машин

Повторяя вышеизложенное качество восстановления при минимальных затратах, т.е. получения требуемого покрытия, очень сильно влияет на ресурс восстановленных деталей и машины в целом. [88].

ГОСТ 18523 и ГОСТ 18524 установлены общие требования к надежности восстановленных деталей [1]. Значит показатели качества восстановлен-

ных деталей, согласно этим стандартам, должны соответствовать показателям качества новых деталей.

1.2 Причины снижения ресурса деталей восстановленных электроконтактной приваркой

С точки зрения понятия надежности автомобильного транспорта и сельскохозяйственной техники, продолжительность эффективной эксплуатации будет характеризовать конечную величину ресурса, т.к. последующее использо�