автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка технологии восстановления валов газопламенным напылением с использованием водородно-кислородного пламени

На правах рукописи

БАРАБАШ ВИТАЛИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАЛОВ ГАЗОПЛАМЕННЫМ НАПЫЛЕНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНОГО ПЛАМЕНИ

Специальность 05.02.08 - «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел-2008

003452870

Работа выполнена на кафедре «Надежность и ремонт машин» ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный Университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Хромов Василий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лялякин Валентин Павлович

кандидат технических наук, доцент Афонин Андрей Николаевич

Ведущая организация: Московский автомобильно-дорожный институт

(государственный технический университет)

Защита состоится 05 декабря 2008 г. в 16 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 при ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет» по адресу: 302020, г. Орёл, Наугорское шоссе, д. 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет».

Автореферат разослан 05 октября 2008 г. и размещен на сайте www.ostu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Василенко Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюуапыюсть темы. Успешное решение задач, связанных со снижением металлоемкости конструкции, при одновременном улучшении их технических характеристик ведет к необходимости использования композиционных материалов. К числу наиболее прогрессивных технологических процессов получения таких материалов относятся методы нанесения зашитых и упрочняющих покрышй, особое место среди них занимают процессы газотермического напыления.

Анализом условий работы и дефектов вала вторичного 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ было установлено, что среди посадочных наибольший износ (60%) имеют шейки под роликоподшипники 081^03 Этот дефект, наиболее часто встречающийся среди вышеуказанных дефектов. Причем, у автомобилей самосвалов работающих в тяжелых дорожных условиях (карьеры, месторождения), данный дефект встречается намного чаще, чем у шоссейных автомобилей. Характерные повреждения - следы нроворота роликов подшипника, наклеп на шейке, следы сплавления роликов подшипника с шейкой, износ поверхности шейки.

Было установлено, что для упрочнения и восстановления деталей машин широкое применение находит метод газопламенного напылеши порошковых материалов. Существенным недостатком газопламенного напыления является вьщеление при напылении продуктов сгорания органического топлива.

Применение различных горючих газов для замены ацетилена в процессах газопламенной обработки с каждым годом получает все большее распространение. В качестве заменителей ацетилена широко используются различные горючие газы, в том числе и водород.

Структура потребления водорода быстро меняется, особенно в последнее десятилетие. Это связано с тем, что водород рассматривается сегодня, как наиболее перспективный вид горючего, универсальный теплоноситель и аккумулятор энергии. Использование водорода в качестве вторичного энергоносителя при этом имеет немало преимуществ по сравнению с углеводородными горючими. Он, что очень актуально, не загрязняет окружающую среду, поскольку является экологически чистым энергоносителем.

Однако, широкое внедрение технологии в производство сдерживается отсутствием технологических рекомендаций. Поэтому разработка и внедрение технологии газопламенного напыления с использованием юдородно-кислород ного пламени является актуальной задачей требующей своего решения.

Цель работы: разработка технологии восстановления посадочных мест вторичного вала коробки передач автомобиля КамАЗ газопламенным напылением с использованием водородно-кислородаого пламена

Задачи исследовании:

1. Провести анализ дефектов вторичного вала коробки передач автомобиля КамАЗ и исследовать характер изнашивания опорных шеек вторичного вала Проанализировать способы восстановления и упрочнения деталей металлопокрытиями. Провести анализ горючих газов и жидкостей применяющихся при газопламенной обработке металлоа Выбрать устройство для получения водорода и кислорода электролитическим разложением воды;

2. Сравнительно оценил, тепловые качества пламени различных горючих газов. Провести теплотехническую оценку водорода в качестве горючего газа для газопламенной обработки. Теоретически исследовать взаимодействие продуктов сгорания водородно-

кислородного пламени с материалом основы и напыляемым материалом. Теоретически обосновать ошимальные параметры смеси, исключающих обратный удар, и предложить способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелку для его осуществления;

3. Исследовать влияние режимов газопламенного напыления с применением юдородно-кислородного пламени на прочность сцепления газопламенных покрытий с основой. Провести исследование микроструктуры поверхности. Провести измерение микрогвердости и пористости нанесенных покрытий. Определить гонососгойкосгь восстановленной поверхности. Провести эксплуатационные испытания;

4. Разработал, технологический процесс восстановления и упрочнения посадочных мест вторичного вала. Определить экономическую эффективность использования водорода в качестве горючего газа, заменителя ацетилена при газопламенном напылении.

Объектом исследования является технология газопламенного напыления порошковых материалов деталей типа «вал» с использованием водород! ю-кислород! гой смеси.

Предметом исследования являются числовые значения прочности сцепления, микрогвердости и износостойкости газопламенных покрытий полученных с использованием водородно-кислородной смеси.

Методы исследований. Теплотехническую оцегау водорода в качестве горючего газа для газопламенной обработки производили с применением основных положений раздела термодинамики, изучающего тепловые эффекты химических реакций, называемого термохимией. Экспериментальные исследования осуществляли с использованием методов статистического и регрессионного анализа, с помощью современных приборов и оборудования, включая ЭВМ

Научная новизна заключается

1. в разработке нового способа газопламенного напыления порошковых покрытий с использованием в качестве горючего и транспортирующего газов экологически чистой водородно-кислородной смеси с органической добавкой пропан-бутана;

2. в повышении микротвердости покрытий в 1,25-4,5 раза при газопламенном напылении порошковых материалов с применением юдородно-кислородного пламени с органической добавкой пропан-бутана, за счет образования оксидов кремния, хрома, бора и карбидов кремния и бора; прочности сцепления о^ =230 МПа при обеспечении рациональных режимов газопламенного напыления при следующем значении технологических факторов: дистанция напыления Ь=115-420 мм, фракция порошка сН3070 мкм, угол напыления и=90±5 град.

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями проверки адекватности полученных математических моделей, результатами эксплуатационных испытаний и внедрением в производство.

Практическая ценность работы. Разработаны:

1. технология газопламенного напыления порошковых покрытий с использованием в качестве горючего и транспортирующего газов экологически чистой юдородно-кислородной смеси, вырабатываемой электролизерами из воды с органической добавкой пропан-бутана;

2. стволовая насадка газопламенной горелки с предлагаемым соотношением размеров канала и выходных отверстий муцдппука соплового наконечника для предохранения горелки от обратного удара по каналу, подтвержденные патентом РФ №2211096.

3. разработаны технологические рекомендации по режимам газопламенного напыления при восстановлении и упрочнении опорных шеек вала вторичною 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на следующих конференциях:

1. Сварка и смежные технологии: Всероссийская научно-техническая конференция (с международным участием). 28-30 ноября 2000 г. г Москва, МЭИ(ТУ).

2. Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций: 3-я Всероссийская пракпмеская конференция-выставка 27-28 марта2001 г. - г. Санкт-Петербург СПбГТУ.

3. Инженерия поверхности и реновация изделий Международная научно-техническая конференция, 29-31 мая 2001 г., г. Феодосия.

4. Технолог по сварочному производству промышленных предприятий, объектов энергетики и строительства: 2-я Всероссийская практическая конференция, 6-8 июня 2001 г, г. Санкт-Петербург.

5. Инженерия поверхности и реновация изделий: 2-я Международная научно-техническая конференция, 28-30 мая2002г., г. Ялта.

6. Инженерия поверхности и реновация изделий: 3-я Международная научно-техническая конференция, 27-29 мая 2003г., г. Яша

7. Научные проблемы и перспективы развитая ремонта, обслуживания машин и восстановления деталей: Международная научно-техническая конференция, г. Москва ГНУ ГОСНИТИ, 2003.

8. Надежность и ремонт машин: 1-я Международная научно-техническая конференция 20 - 26 сешября 2004 г. г. Гагра.

9. Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономики и экологии: всероссийская конференция: Всероссийская научная конференция 1517 ноября 2004 г. - г. Орел: ОрелГТУ, 2004.

10. Надежность и ремонт машин: 2-я Международная научно-техническая конференция 26 сентября - 2 октября 2005 г. - г. Гагра

Реализация работы. Результаты рабош приняты к внедрению на предприятиях МП «Орелалекзротранс», МУ ПАШ-1 г. Орла и ЗАО «Орловский автоцешр КамАЗа» в виде технологического процесса упрощения и восстановления валов.

Публикации. По материалам работы автором опубликовано 24 работы, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 3 без соавторов 4 патента на изобретения и 5 отчетов о научно-исследовательской работе.

Объём н структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, обшцх выводов, списка литературы и приложений; изложена на 173 страницах, содержит 47 рисунков, 28 таблиц, библиографию из 150 наименований, 13 приложений.

Па защиту выносятся:

1. новый способ газопламенного напыления порошковых покрьпий с применением водородно-кислородного пламени и горелка для его осуществления;

2. результаты теоретических исследований взаимодействия продуктов сгорания водородно-кислородного пламени с материалом основы и напыляемым материалом;

3. теоретическое обоснование ошимальных параметров истечения смеси га сопла горелки, исключающих обратный удар;

4. результаты экспериментальных исследований влияния режимов газопламенного напыления с применением водородно-кислороднош пламени на прочность сцепления газопламенных покрытой с основой;

5. результаты сгруктурных исследований газопламенных покрытий, а также микротвердосги генфышй полученных с применением различных горючих газов;

6. результаты исследований газопламенных покрытий, полученных с использованием водородно-кислородной смеси на изнашивание;

7. разработанная технология газопламенного напыления с применениям водородно-кислородного пламени.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе были проанализированы условия работы дефекты вала вторичного 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ, способы упрочнения и восстановления деталей металлопокрытиями. В основу сравнительной оценки, с точки зрения наиболее важных эксплуатационных свойств, положены работы Борисова Ю. С, Вадивасова Д Г., Воловика Е. Л, Казарцева В. И, Кагц Н. В., Лштакина В. П, Троидаого А. Ф., Харламова Ю. А, Хасуй А, Черноиванова В. И., Шадричева В. А. и др.

Был проведен анализ горючих газов и жидкостей, применяющихся при газопламенной обработке, и установлена возможность использования водорода в качестве газа-заменителя ацетилена при газопламенном напылении.

Была сформулирована цель работы и поставлены задачи исследований.

Во второй главе для теоретического обоснования применения водородно-кислородной смеси при газопламенном напылении была проведена сравшггельшя оценка тепловых качеств пламени различных горючих псов. Было установлено, что наибольшую эффективность нагрева при газопламенной обработке дает применение ацегилено-кислородного пламени. Наименьшей эффективностью обладает водородно-кислородаое пламя. Проанализировав полученные результаты можно отметить, что практически равное теплосодержание продуктов горения ацетиле! то-кислородной смеси и водородно-кислородной смеси д ля нормального пламени можно достигнуть при соотношении кислорода и водорода в смеси равном ро=03~К),4, и при коэффициенте замены ацетилена \|/=5 Д.

Теплотехнической оценкой водорода в качестве горючего газа дня газопламенной обработки определен тепловой эффект при постоянном давлении, а также тепловой эффект при постоянном объеме химической реакции сгорания водорода (Н^.Также определено количество теоретически необходимого кислорода (Ог) для сжигания 1 м3 водорода (Н2.).

Также было иоследовано взаимодействие продуктов сгорания вддородно-кислородного пламени с материалом основы и напыляемым материалом.

Учшывая примеси пропана и бутана, необходимо выяснил, роль углерода в окислигельно-восстановигельных процессах, протекающих при данных температурах. При горении смеси углеводородов образуется углекислый газ, который может быть восстановлен водородом до свободного углерода. Углерод в свою очередь может образовывал, карбиды металлов, улучающие свойства сплавов. 1

Для реакций:

1)С+4В->СВ4 (1)

2)С+81—^¡С, (2)

3)С+Сг—>Сг4С. (3)

рассчитаем изобарно-изотермический потенциал.

1)С+4В—>СВ4

ДНхр= ДНсш- АНс-4ДНВ=79,5 ^ЦяЛюль.

ASxp= AS cm-ASc-4ASb=230,12-5,7-4-5,8=201^2 = 0Д01 кДж.

AG!=79,5 - 2923- (ОД)1) = -508,02 кДж

AG2= 79,5-3273 • (0Д01)=-578,8 кДж

2)C+Si—>SiC,

ДНхр= ДН5с-АНс-ДН51=-66,8КДЖ/моль.

A S хр= AS sc - ASc - ASs, = 16,62 -18,8 -5,74 = - 7,92 =Ч),008 кДж.

AG,=-66,8 -2923-(-0,008) =-43,416 кДж

AG2=-66,8 - 3273 •(-0,008)=-40,62 кДж

3)C+Cr—>Сг4С.

А Н хр= АН сис - АНс - AHq.=-41,0 кДж/мопь.

ASxp= AS сие- ASc- ASa=5,6-18,8-23,6=-36,8=-0,0368 кДж.

AG]=- 41,0—2923- (- 0,0368) = 66,6 кДж

AG2= - 41,0 - 3273 ■ (- 0,0368) = 79,45 кДж.

Поскольку ]£юбарно-1потермический потенциал больше нуля эта реакция не осуществима

Проанализировав шменение изобарно-изотермического потенциала в зависимосш от температуры, отмечено, что в процессе газопламенного напыления порошковых материалов с использованием водородно-кислородной смеси с органической добавкой пропан-бутана, в данном температурном интервале образуются оксиды кремния, хрома, бора, карбиды кремния и бора, что увеличивает микротвердость напыленных покрытий.

Теоретическим обоснованием опгамальных параметров истечения смеси из сопла горелки, исключающих обратный удар установлено, что длина ядра пламени / возрастает с увеличением отношения между скоросшо истеченш смеси tf и так называемой нормальной скоростью и воспламенения смеси. При определенном значении wAi наступает отрыв пламени от coma. При уменьшении отношения w/u длина ядра /уменьшается, и при wAi=1 имеем /=0. В этом случае фронт пламени превращается в плоскость, и горение может пройш внутрь канала сопла, что соответствует начально^ момешу обратного удара пламени. При температуре поступающей в зону горения смеси 250"С скорость воспламенения резко возрастает, и обратный удар пламени может настугопь при более высоких скоростях истечения смеси из сопла горелки. Увеличение содержания кислорода в горючей смеси также повышает нижний предел средней скорости истечения смеси, при кагором возможны обратный удар пламени или хлопки.

В третьей главе приведены методики экспериментальных исследований. С целью выявления характера изнашивания опорных шеек вторичного вала проводили статистические исследования износной информации ремонтопригодных валов. Обработка полученных измерением данных, велась с помощью ЭВМ с использованием программных продуктов «Microsoft Excel» и «STATISTICA - 6.0».

Для проведения исследований использовали высоколегированную конструкционную сталь 15ХГН2ТА ТУ 14-1-3324-82 (КамАЗа). Указанная сталь применяется для изготовления вала промежуточного 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ. Выбор твердосплавного порошка ПР-НХ17СЗР4 ТУ 14-1-3758-&4 (НПО «Тулачермет»)

самофлюсующегося никель-хромового сплава с содержанием кремния и бора в качестве материала, напыляемого на поверхность стали 15ХГН2ТА, обоснован необходимостью последующего оплавления по разрабатываемой технологии и воспроизведения наиболее близкой к исходной твердости поверхности. Перед напылением поверхность цилиндрического образца подвергалась нарезанию «рваной» резьбы. Для подготовки поверхности использовали станок токарно-виншрезный 1М63, резец Т15К6 ГОСГ18879-86.

Для нанесения покрытий использовали порошковую газопламенную горелку фирмы «ТЕИМКА» «Искра-1» и следующие материалы: кислород баллонный ГОСГ-5583-88, ацетилен баллонный ГОСТ5457-85 или водородно-кислородную смесь с органической добавкой пропан-бутана баллонного не более 5%. Для получения юдородно-кислородной смеси использовался алектролизно-водный аппарат «Москва-20». Для оплавления нанесенных покрытий применяли горелку «Искра-2» и следующие материалы: кислород баллонный ГОСГ-5583-88 и пропан-бутановую смесь.

Прочность сцепления при сдвиге оценивалось напряжением сдвига. К одному из наиболее распространенных способов испытания на сдвиг относят продавливание образца с покрытием через матрицу. В качестве математической модели, описывающей зависимость изменения прочности сцепления газопламенного покрытия с основой, выбрана статистическая регрессионная модель. Для получения адекватной модели бьи поставлен и проведен эксперимент, который ставился в локальной области времени.

Исследование микроструктуры покрьпия проводили на металлографическом микроскопе «Неофог-21» при увеличении *600 и сканирующем элеюронном микроскопе исследовательского цешра АО АВТОВАЗ при увеличении х2000. Часть микрошлифов фотографировалась с помощью встроенного в микроскоп фотоаппарата

Для оценки механических свойств, границы соединения и напыленного слоя на исследуемых образцах измерялась микротвердоегь. Микрогвердостъ напыленных поверхностей измеряли на металлографических шлифах. Наличие пор и трещин в покрытии определяют при отраженном свете под микроскопом. Для точного подсчета пор и трещин применяют большое увеличение. С помощью цифрового фотоаппарат и мгафоскопа «Неофог-21» с заранее подготовленных поверхностей снимались изображения пористости покрытий, при этом на снимке нумеровалась каждая пора. Среднее число пор вычислялось по формулам.

Трибологаческие испытания проводились на специализированной машине трения с автоматизированным управлением (СМТ - АУ), предназначенной для испытания на трение и износ образцов по схеме «диск - диск». Машина разработана исследовательским центром АО АВТОВАЗ. Исследования проводились по методике, с учетом требований ГОСТ 23224 - 84 и ГОСТ 27860 - 88. Для измерения износа применялся весовой метод.

После восстановления, была установлена опытная партия деталей на 10 коробок передач автомобилей КамАЗ. За время испытаний автомобили с экспериментальными коробками передач использовались на работах, связанных с транспортировкой грузов и буксировкой техники в самых разнообразных дорожных условиях.

В четвертой главе обсуждаются результаты экспериментальных исследований.

Проведенными статистическими исследованиями установлено наличие овальности шеек, причем в поясе ближнем к синхронизатору наблюдается повышение овальности, конусность проявляется незначительно, что свидетельствует о равномерном изнашивании по

всей длине шейки, но характеризует неравномерное изнашивание то всей окружности, что объясняется проскальзыванием при качении роликов подшипника при движении по поверхности шейки в момент включения передачи.

В исследованиях прочности сцепления - У воспроизводилась зависимость при напылении юдородно-кислородным пламенем: от дистанции напыления -X,, угла атаки-Х2 и фракции порошка - Х3. Для установления влияния основных факторов на изменение прочности сцепления был проведен регрессионный анализ. Окончательное уравнение регрессии принимает вид:

Y=-501,36+1,68x^0,87х2+1639х,-0,01х,-0,1 ЗхД

(4)

Из уравнения регрессии следует, что на изменение прочности сцепления влияние оказывает независимое изменение количественных значений исследуемых факторов, а их совместные взаимодействия отсутствуют или малозначимы. Исследуя функцию на точки перегиба методом поиска опгамалыюго значения факторов с целевой функцией У^Х^Л) -> max можно определить, что наибольшую прочность сцепления сгщ =231,8 МПа можно достичь при значениях дистанции напыления L=118,6 мм (рис. 1), фракции порошка d=64,8 мкм (pi гс. 2) и углом напыления а-90 град (рис. 3).

Оси, МПа

200

150

100

!" -4 """ -- —- ^---- ■ " : ; i I V -'---7 - - { —!--- \Л . - Г - - 7 " " I " --•■'VT--1---1 --v -- - _ 4---1^-- Ч л ^ s /

к-' - - ___1___

1 1 I" ^

---1----г---1--- - - - I----Г---Г---1---

а=90 а=75 а=60

а=45 а=30

L, мм

Рисунок 1 - Влияние дистанции напыления Ь на прочность сцепления Оа, (фракция порошка (1=60-70 мм)

100-120 120+140 140-160 160-180 180-200

оСц, МПа

250

L=lOO—120

, L=i2o-i4o Рисунок 2 - Влттяние L=i4o-i6o фракции порошка d на

L—1бо—lso прочность сцепления аа,

l=i 80-200 (угол атаки а=90 трэд.)

d, мкм

40-50 50-60 60-70 70-80 80-90

а) ацегилено-кисяородного пламени б) водороднокислородного пламени

Рисунок 4 - Микроструктура покрытий, напыленных с использованием пламени различных горючих газов (х2000)

Применение добавки пропан-бутана к водородно-кислородной смеси для газопламенного напыления позволяет повысить микротвердосгь получаемых покрытий на 24% в сравнении с покрьпиями, получаемыми на чистой водородно-кислородной смеси и на 49% в сравнении с покрытиями, получаемыми на традиционной ацегилено-кислородной смеси (рис.5).

Структура покрытия из напыленного порошка ПР-НХ17СЗР4 после противления представляет собой в основном твердый раствор никеля с хромом, в котором образовались сложные эвтектические структуры. Произошло соединение бора и углерода с хромом, что привело к образованию карбидов и борвдов хрома В структуре эти соединения рассеяны в виде кристаллов, что является основной причиной высокой износостойкости такого покрытия. Сплав никеля с хромом придает покрытию стойкость к окислению, изменение химического состава пстфытия по высоте влияет на изменение его механических свойств.

Покрытие ю самофлюсуюшихся сплавов, напыленные газопламенным методом, после напыления имеет пористость, которая доходит до 25%. После проплавления в структуре часть пор исчезает, структура становится платой и происходит хорошее сплавление с основной. Пористость оплавленного покрытия составляет 1%, что впсине допустимо при эксплуатации детали. Струюура покрытий, полученных при различных горючих газах практически одинакова Отличие в количестве пор в поверхностных слоях (рис. 4).

Степ, МПа 250 -

М40Ч60, Ь-16(М80 , Ь=180+200

Рисунок 3 — Влияние угла атаки а на прочность сцепления а^ (фракция порошка с!=6(К70мм)

а, град.

150

водород+пропан-б\тан (5%)

водород

Расстояние от основы Ь, мкм

Рисунок 5 Распределение микролвердости в поверхносгаом слое газопламенных покрытий полученных напылением порошка ПР-НХ17С4Р4 с использованием пламени различных горючих газов

Исследования на изнашивание сравниваемых пар трения показали, что зависимость износа от времени носит линейный характер. При этом было установлено, что шнососгойкость упрочненных газопламенным напылением образцов выше в 1,8 раза износостойкости неупгочненных обоазнов.

В результате проведенных эксплуатационных испытаний выявлено, что валы, восстановленные и упрочненные газопламенным напылением порошковых материалов с применением водорода в качестве горючего газа-заменителя ацетилена, успешно выдержали эксплуатационные испытания и признаны годными для выполнения своих технологических назначений.

В пятой главе на основании результатов проведенных исследований разработана

технология упрочнения и восстановления деталей газопламенным напылением с

использованием водородно-кислородного пламени. Кроме того, для реализации данной

технологии нами был разработан новый способ газопламенного напыления порошковых

гкяфытий с использованием в качестве горючего и транспортирующего газов экологически

чистой юдородно-кислородной смеси, вырабатываемой электролизерами из воды с

органической добавкой пропан-бутана, и стволовая насадка газопламенной горелки с

предлагаемым соотношением размеров канала

и выходных отверстий мундштука соплового

наконечника для предохранения горелки от

обратно! о удара по каналу, подтвержденные

патентом РФ №2211096 (рис. 6).

Сопловой наконечник состоит из

втулки 1 и муцдцпука 2, которые крепятся к

стволовой насадке накидной гайкой. Мувдштук

2 выполнен с центральным соплом 3 и

расположенными вокруг него по окружности

двенадцатью выходными огверсгиями 4 для

горючего газа Втулка 1 смонтирована в

г. , „ мундштуке 2 соосно с центральным соплом 3.

Рисунок 6 - Сопловой наконечник горелки

Порошковый канал 5 во втулке 1 выполнен в виде цилиндрического отверстия с фаской, которое переходит в конусосужающуюся часть, продолжением которой является цилиндрический участок, при этом площадь выходного отверстия равна 0,5-13 суммарной плошади выходных отверстий мундштука, то есть 7i(d)2/4 = (0,54,3)rm(di)2/4, а длины частей порошкового канала имеет следующие размеры:

L=(4-<5)d; L, = (7-10X1; =(0,5-Ю,6)D; где d - диаметр выходного отверстия втулки порошкового канала; D - диаметр входного отверстия втулки порошкового канала; L-длина цилиндрического участка выходного отверстия втулки порошкового канала; Li - длина юнусосужающейся части отверстия втулки порошкового канала; L2 - д лина цилиндрического отверстия с фаской входного отверстия вгулки порошкового канала;

tx(cIi[k)2'/4 - плошадь выходного отверстия втулки порошкового канала;

nn(di r)2/4 - суммарная плошадь выходных отверстий мувдипука для горючего газа; где п -

количество отверстий; d, - диаметр выходного отверстия мувддпука.

Предлагаемая технология апробирована на примере восстановления посадочных мест вторичного вала коробки передач автомобиля КамАЗ. Экономическая эффективность при восстановлении и упрочнении опорных шеек вала вторичного 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ газопламенным напылением порошковых материалов с применением газа-заменителя-ацепиена составила более 5597,82 тыс. руб. при программе ремонта 1000 шт. в год, что подтверждает целесообразность внедрения разработанной технологии в производство

ОБЩИЕ ВЫВОД Ы

1. В работе решена актуальная задача разработки технологии восстановления посадочных мест вторичного вала коробки передач автомобиля КамАЗ газопламенным напылением с использованием водородцо-кислородаого пламени;

2. Теплотехнической оценкой водорода в качестве горючего газа для газопламенной обработки определен тепловой эффект при постоянном давлении равный __500695 , а

р моль

также тепловой эффект при постоянном объеме химической реакции сгорания водорода (Hj. равный д* . Для этой химической реакции л > q . Также определено, что для

— —43UoUo--р

моль

сжигания 1 м3 водорода Н2 потребуется у _ о,47л<3 теоретически необходимого кислорода

(С>2); при замене ацегилено-кислородной смеси на водород! ю-кислород iyio смесь ее потребуется в гель раз больше, при конечном снижении стоимости.

3. При газопламенном напылении порошковых материалов с использованием водородно-кислородного пламени с органической добавкой пропан-бутана образуются оксиды кремния, хрома, бора, карбиды кремния и бора, что увеличивает микротвердость напыленных покрытий в 1,25-1,5 раза; структура покрытия га напыленного порошка ПР-НХ17СЗР4 после про плавления представляет собой в основном твердый раствор никеля с хромом, в котором образовались сложные эвтектические струтауры. Образование карбидов и борццов хрома в структуре является основной причиной высокой износостойкости покрытия. Покрьпие из самофлюсуюшихся сплавов, напыленные газопламенным методом, после напыления имеют пористость, которая доходит до 25%. После про плавления в структуре часть пор исчезает, структура становится плотной и происходит хорошее сплавление с основной Пористость

оплавленного покрытия составляет не более 1% Структура покрьпий, полученных при использовании различных горючих газов практически одинакова

4. Теоретически обосновано, что длина ядра пламени / возрастает с увеличением отношения мевду скоростью истечения смеси w и так называемой нормальной скоростью и воспламенения смеси - wAi. При величине wAi=1 возможен обратный удар. Рациональное значение длины ядра пламени/=20^25 мм;

5. На изменение прочности сцепления влияние оказывает независимое изменение количественных значений исследуемых факиров, а их совместные взаимодействия отсутствуют или малозначимы, а наибольшую прочность сцепления <тш =230 МПа можно достичь при значениях дистанции напыления L=115^120 мм, фракции порошка d=60^70 мкм и углом напыления се=90±5 град;

6. Применение добавки пропан-бутана к водородно-кислородной смеси для газопламенного напыления позволяет повысил, микротвердость получаемых покрьпий на 24% в сравнении с гкифытями, получаемыми на чистой юдородно-кислородной смеси и на 49% в сравнении с покрытиями, получаемыми на традиционной ацеп шено-га оороддай смеси.

7. Исследования на изнашивание сравниваемых пар трети показали, что зависимость юноса от времени носит линейный характер. При этом было установлено, что износостойкость упрочненных газопламенным напылением образцов выше в 1,8 раза шнососгойюсга неупрочненных образцов;

8. В результате проведенных эксплуатационных испытаний выявлено, что ваты, восстановленные и упрочненные газопламенным напылением порошковых материалов с применением водородно-кислородного пламени, успешно их выдержали.

9. Разработанный способ газопламенного напыления порошковых покрытий позволяет уменьшить загрязнения окружающей среды и вредных выбросов в атмосферу, получил, в качестве продукта сгорания водяной пар за счет использования в качестве горючего и транспортирующего газов водородно-кислородную смесь-

10. Использование в качестве транспортирующего газа вместо кислорода или воздуха юдородно-кислородной смеси значительно повышает теплоемкость пламени горелки. Предлагаемое соотношение размеров порошкового канала и выходных отверстий мущщпука соплового наконечника, подтвержденные патентом РФ №22110%, предохраняет горелку от обратного удара по каналу. При этом, площадь выходного отверстия порошкового канала равна 0,5-13 суммарной площади выходных отверстий мущщпука, то есть rc(d//4 = (0,5^-13)i^Tt(di)V4, а длины частей порошкового канала имеет следующие размеры: L = (4^6)d; L, = (74 0)d; L/2 = (0,5-K),6)D; где d-диаметр выходного отверстия втулки порошкового канала; D - диамеф входного отверстия втулки порошкового канала; L - длина цилиндрического участка выходного отверстия втулки порошкового канала; L, - длина конусосужающейся части отверстия втулки порошкового канала; Lç - длина цилиндрического отверстия с фаской входного отверстия втулки порошкового канала; n(d^fM - площадь выходного отверстия втулки порошкового канала; im^r)2^ - суммарная площадь выходных отверстий муцщтука для горючего газа; ще п—количество отверстий; d, - диаметр выходного отверстия муцдцпука.

11. Проведенные исследования позволили разработал, и предложить производству технологический процесс восстановления и упрочнения вала вторичного 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ газопламенным напылением порошковых материалов с

применением водородаокислородного пламени; предложенная технология внедрена в МП «Орелмегаротранс» г. Орла (в рамках х/д №155 от 25.11.1999 г и №162 от 19.032001), МУ ПАТП-1 г. Орла и ЗАО «Орловский автоцентр КамАЗа»; экономическая эффективность при восстановлении и упрочнении опорных шеек вала вторичного 14.1701105 коробки передач автомобиля КамАЗ газопламенным напылением порошковых материалов с применением водородно-кислородного пламени составила более 5597,82 тыс. руб. при программе ремонта 1000 шт. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: пуйшкации в изданиях, вшоченныхвперечень ВАК:

1. Барабаш В. В. Электролизеры для получения юдородно-кислородного пламени, применяемого при газопламенной обработке материалов (обзор). [Гекст}!Хромов В. Н, Семешин А Я, Родичев А. Ю, Барабаш В. В., Верцов В. В, Абашев Н. ГУ/Сварочное производство. -2005, №5, с3848.

2. Барабаш В. В. Новые шрелки для газопламенного напыления порошковых покрытий. [ГекетуХромов В. И, Барабаш В. В, Абашев Н. ГУ/Сварочное производство. -2005, №8, с.44-48.

3. V. V. Barabash. New torches for gas-flame spraying of powder coatings. [Гекст]/У. N. Chromov, V. V. Barabash, N. G. Abashevy/Welding International, 2006 vol. 20, №1, p. 77-80 (Selected from Svarochnoe Proizvodstvo, 2005, №8 p. 44-48)

публикации в сборниках научных трудов и материалах кои([>еренций:

4. Барабаш В. В. Технологии восстановления деталей автомобиля КамАЗ горелками дозвукового и сверхзвукового газопламенного напыления пофьгтий. [Гекст]/Хромов В. Н., Верцов В. Г., Верцов В. В., Барабаш В. ВУ/Сварка и смежные технологии. Всероссийская научно-техническая конференция (с международным участием). 28-30 ноября 2000 г. Сб. докл. -М.: МЭИГГУ), 2000.-436 е., с.142-148.

5. Барабаш В. В. Восстановление деталей автомобилей КамАЗ газопламенным напылением покрытий. [Гекст]/Хромов В. Н, Верцов В. В., Барабаш В. В, Верцов В. Г, Коровин А. ЯУ/Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций: Материалы 3-й Всероссийской практической конференции-выставки. 27-28 марш 2001г. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001. -168 с, с.64-69.

6. Барабаш В. В. Газопламенная горелка для нанесения композиционных покрытий при упрочнении и восстановлении деталей. [Текст]/Хромов В. Н., Верцов В. В., Барабаш В. В., Верцов В. Г, Коровин А. ЯУ/Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы Международной научно-технической конференции, 29-31 мая 2001г, г. Феодосия. - Киев: АТМУкраины, 2001.-313 с, с282-283.

7. Барабаш В. В. Газотермическое напыление покрытий сверхзвуковыми горелками. [Гексг]/Хромов В. R, Верцов В. В., Барабаш В. В., Верцов В. Г., Абашев Н. ГУ/Технолог по сварочному производству промышленных предприятий, объектов энергетики и строительства: Материалы 2-й Всероссийской практической конференции, 6-8 июня 2001 г, СПб.: Изд-во СПбГТУ,2001,-104 е., с.40-44.

8. Барабаш В. В. Газогермическое напыление покрытий с использованием водородно-кислородной смеси [Гекст]/Хромов В. Н, Барабаш В. В, Верцов В. В., Коренев В. НУ/Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы 2-й Международной научно-

технической конференции, 28-30 мая 2002т, г. Ялта. - Киев: ATM Украины, 2002. - 260 с, с217-220.

9. Барабаш В. В. Горелка для сверхзвукового газопламенного напыления покрышй при упрочнении и восстановлении деталей. [Текст]/Хромов В. Н., Верцов В. В., Барабаш В. В, Коровин А. Я., Плетнев Э. П.., Абашев Н. ГУ/Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы 3-й Международной научно-технической конференции, 27-29 мая 2003г, г. Ялта. -Киев: АТМУкраины, 2003.-293 с, с261-263.

10. Барабаш В. В. Оценка величины усадки деталей типа «полый цилиндр» машин при восстановлении их термоупругошастическим деформированием. [Гекст]/Хромов В. Н., Родичев А. Ю, Барабаш В. ВУ/Научные основы решения проблем сельскохозяйственного машиностроения: сборник научных трудов.-Тула: ТулГУ,2003.-287с, с.185-192.

11. Барабаш В. В. Упрочнение и восстановление деталей при производстве и ремонте машин. [Гекет]/В. П. Хромов, М. Г. Дегтярев, А. Л. Семешин, В. В. Барабаш, А. Ю. Родичев, В. Н. Коренев, С. А Зайцев, Р. Ю. Блинников, С. М. Юрасов, В. В. ГончаренкоУ/Научные проблемы и перспективы развили ремонта, обслуживания машин и восстановления деталей: Материалы международной научно-технической конференции, М.: ГНУ ГОСНИТИ, 2003. -156с.,с.107-115.

12. Барабаш В. В. Анализ износного состояния деталей автомобиля КамАЗ и их восстановление газопламенным напылением. [Тексг]/Хромов В. Н, Мартынов А. Ф, Родичев А Ю, Барабаш В. В, Верцов В. В, Коренев В. НУ/Известия ОрелГТУ. Серия «Строительство. Транспорт». -2004. -№1-2.-120 е., с.115-120.

публикации, выполненные самостоятельно:

13. Барабаш В. В. Применение юдородно-кислородной смеси для поучения газопламенных покрьпий. [Гекст]//Надежностъ и ремонт машин: Сборник материалов 1-й Международной научно-технической конференции в (Зт, т. 2) 20 - 26 сентября г. Гагра - Орел: Издательство Орел ГАУ, 2004. -167 с, с. 82 -86.

14. Барабаш В. В. Автоматизация измерений и компьютерная обработка данных при восстановлении деталей газопламенным напылением. [Гекст]//Мегоды прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономики и экологии: всероссийская конференция: Материалы Всероссийской научной конференции 15-17 ноября 2004 г.-Орел: ОрелГТУ,2004.-250 с„ с. 11-13.

15. Барабаш В. В. Оборудование для восстановления деталей газопламенным напылением с использованием юдородно-кислородной смеси. [Гекст]//Надежность и ремонт машин: Сборник материалов 2-й Международной научно-технической конференции 26 сентября-2 октября 2005 г. - г. Гагра. - Орел: Издательство Орел ГАУ, 2005 -446 е., ил., с. 145148.

патенты на изобретения:

16. Пат. 2188717 Российская Федерация, МПК7 В05В 7/20. Горелка для газопламенного напыления порошковых покрытий. [Текст]/ Плетнев Э. П, Хромов В. Н, Абашев Н Г., Верцов В. Г., Коровин А. Я, Верцов В. В, Барабаш В. В. - №2001114556/12; заяви. 28.052001; опубл. 10.092002. г. Бкш. №25. - 8 с.

17. Пат. 2195372 Российская федерация, МПК7 В05В 7/20. Горелка для газопламенного напыления порошковых покрыгай. Плетнев Э. П., Хромов В. Н., Абашев Н. Г,

/

I

Верпов В. Г, Коровин А Я, Верцов В. В, Барабаш В. В. - №2001107752/12; заяви 22.032001; опубл. 27.122002. г. Бюл. №36.-9 с.

18. Пат. 22110% Российская Федерация, МПК7 В05В 7/20. Способ газопламенного напыления порошковых покрытий и горелка для его осуществления. Хромов ВН, Плетнев ЭЛ., Абашев НГ., Вфцов ВГ., Коровин АЯ, Верцов ВВ., Барабаш В. В. - №2001125813/12; заявл. 20.092001; опубл. 27.082003. г. Бюл. №24.-8 с.

19. Пат. 2237525 Российская Федерация, МПК7 В05Б 03/12. Способ подготовки поверхности изделия под напыление и устройство для его осуществления. [Текст]/ В. Н. Коренев, В. Н. Хромов, В. В. Барабаш, К В. Кулаков, С. А Зайцев. - №2003119672; заявл. 30.062003; опубл. 10.102004 гБюл. №28.-5 с.

отчеты о научно-исследовательской работе:

20. Барабаш В. В. Разработка и внедрение технологии восстановления и упрочнения деталей газотермическими покрытиями и упругопластическим деформированием на МП «Орелзлекфшранс». [Гекст]/Хромов В. Н, А Л Семешин, И. И. Величкин, В. ВАнненков, А Ю. Родичев, В. В. Верцов, В. В. Барабаш, В. Г. Верцов, А Я Коровин, Н. Г. Абашев, В. Н. КореневУ/Огчет о НИР. Орел: ОрелГАУ № Г.Р. не имеет, 2001.

21. Барабаш В. В. Исследовать метод тфмоупругопластического деформирования металла и разработать математические модели технологий упрочнения и восстановления деталей типа «полый цилиндр». Разработка программного продукта для математических моделей технологий с использованием метода конечных элементов (промежуточный). [Гексг]/Хромов В. Н, И. К Сенченков, О. П. Червинко, Л А Плетнева, И. И. Величкин, В. В. Анненков, А Ю.Родичев, В. В. БарабашУ/Оиет о НИР. М: ВНИИТУВИД «Ремдегаль» № Г.Р. не имеет,2001.

22. Барабаш В. В. Исследовать метод термоупругопласгического деформирования металла и разработать математические модели технологий упрочнения и восстановления деталей типа «полый цилиндр» (окончательный). [Гекег]/Хромов В. И, И К.Сенченков, О. II Червинко, Л. АПлешева, И. И. Величкин ВБ Анненков, АЮРодичев, В. В.Барабаш. //Омет о НИР. М: ВНИИТУВИД «Ремдеталь» № Г.Р. не имеет, 2002.

23. Барабаш В. В. Исследовал, метод термоупругопласгаческого деформирования (ТПД) металла и разработать математические модели технологии упрочнения и восстановления корпуса шестеренного насоса типа НШ (окончательный). [Текст]/Хромов В. Н., И. К. Сенченков, О. П. Червинко, Д А Плетнева, А Ю. Родичев, В. В. Барабаш. В. Н. Логачев, Н. И. Анпрушко. //Огчег о НИР. М: ГОСНИТИ № Г.Р. не имеет, 2003.

24. Барабаш В. В. Внедрение технологии воосгановления и упрочнения деталей газотермическими покрытиями на МП «Орелэлектротранс». ¡Текст]/Хромов В. Н., А Л. Семешин, И. И Величкин, ВБАнненков, А Ю. Родичев, В. В. Верцов, В. В. Барабаш, ВГ. Верцов, А Я Коровин, Н. Г. Абашеа //Огчег о НИР. Орел: ОрелГАУ № ГР. 012.00314182, 2003.

Издательство Орел ГАУ, 2008, Орел, Бульвар Победы, 19. Заказ 126. Тираж 150 экз.