автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Технология восстановления шнеков маслопрессов дуговой наплавкой с принудительным формированием металла

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ог R О А

U На правах рукописи

2 9 М^ 1995

ХОРБВВЯЧЕСЛАВ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШНЕКОВ МАСЛОПРЕССОВ ДУГОВОЙ НАПЛАВКОЙ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ

МЕТАЛЛА

Специальность: 05. 20. 03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Саратов-1995

САРАТОВСКИЙ Г0С7ДАРСТЗЗНШЙ АГРСИКЗЕЖРНШ ШВЗИИТНГ

На правах рукописи ХОРЕВ Вячеслав Вячеславович

ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ШЕЕЮВ • .•¿АСЛОПРЗССОЗ ЛУГОВОЙ НАПЛАВКОЙ С ПйШУДйТЕЛЬН':?Л ®>Е.ЯР0ВАШ5М МВТША

Специальность : 05.20.03 - Эксплуатация, восстановление и реыоит сельскохозяйственной технййз.

Автореферат

диссертации на соискание-учзноа степени кандидата техничесзхсг наук

Саратов-1995

Работа выполнена в Саратовском государственном агроинженерном ункварсятете на кафедре "Агробизнеса" к на кафедре " ВысокоэдАвктхЕНое .материаловедаюш я тахнолопш" Саратовского государственного технического университета .

Научнне руководители : жандкдат технических наук , профессор Шашкин А.Л. и кандидат технических наук, доцент Казаков Ю.Н.

Офищальаыа оппоненты - Заслуженны! деятель науки и техняни РФ, член - корреспондент акадешя Аграрного образования, доктор технических наук , профессор Деев В.А.

- кандидат технических наук , допент Кириллов A.B.

Ведущая организация - ноштет пищевой и перерабатывающей промышленности администрации Саратовской области.

Защита диссертации состоится " и 1995 года

в " ^ " часов на заседании диссертационного совета при Сара -товскоы государственном агрокнженеряом университете по адресу : 410740 , г. Саратов , уд. Советская, 60 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Саратовского государственного агроянженерного университета.

Автореферат разослан " • ig . 1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук ,

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ-

АКТ7АЛЬН0СТЬ ТЕМЫ, Наиболее нагруженными и сложными деталями маслопресса , являются шнековые витки. 3 условиях хронически нарастающего дефицита запасных частей, особую актуальность приобретают способы восстановления, обеспечивающие повышение долговечности. Наиболее перспективной в этом плане является .путовая наляавка. Она позволяет получить изделия с заданншли свойствами. При этом,в ряде случаев , можно либо избежать последующей механической обработки, либо свести её к минимуму. Однако сложная конструкция шнека затрудняет управление формообразованием и свойствами наплавляемого металла. В этой связи шнэковые валы маслолресса при ремонте , как правило , не восстанавливаются.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повысить долговечность шнековых валов маслопрес-сов путем восстановления витков дуговой наплавкой.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Шнековке ватки маслопрессов , наплавленные элеятродугозым способом с принудите яьным фор?,юобразованием.

ПРЗДМЗТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Процесс формообразования и взаимодействие наплавляемого металла с наплавочной формой.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1. Предложить и теоретически обосновать совершенную конструкцию Еитка шнекозого вала.

2. Разработать технологию восстановления шнековьгх витков дуговой наплавкой с формированием хопастей и реборды.

3. Исследовать и обосновать служебные свойства восстановленных шнекозых витков.

4. Доказать технико-экономическую эффективность рекомендуемой технологии.

Техническими средствами, используемыми при проведении исследований и испытаний , были твердомера ( ТП-2, ТК-2 , 1МГ-3), микроскопы (МЙМ-7, МЙМ-8), дефектоскоп ДПМ-2 , шшна трения МТ-1, 0Щ-2М, дшгфрактокер ДГОН-27, профилоштр " ТА'-15БИ

Автор защищает: I) новую конструкцию шнековых витков маслопресса ; 2) технологию их восстановления ; 3) принцип активного управления формообразованием наплавляемого металла и свойствами рабочих элементов шнековых витков путем использования специальных наплавочных форм , колебаний электрода и форсирования режимов наплавки ; 4) состав формовочной смеси наплавочной формы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Теоретически и экспериментально обосновано новое направление в решении проблемы формообразования яаллавяи ине~ ковых витков за счет активного комплексного воздействия на наплавляемыё металл с помощью приставных форм из материалов оригинального состава , а также совеpaieнствовании конструкции шнековых витков. Доказана Бозмояность эффективного использования тепяофизических свойств наплавочной ванны для управления формообразованием и свойства',® наплавляемых рабочих элементов. Выведены математические зависимости выходных параметров качества формообразования от технологических факторов наплавки. Изучены динамика заполнения наплавочных форы и определены количественные соотношения материалов электродов и присадок. Установлены закономерности формирования шероховатостей наплавляемой поверхности с учетом технологических параметров режима наплавки и материала наплавочных форд.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЗННОСТЬ'. Разработана принципиально новая малоотходная технология наплавки с принудительным формообразованием рабочих элементов шненового витка , позволяющая получать их с новыми улучшенными технико-экономическими показателями.

Результаты работы доведены до инженерного решения путем практического применения в А.0.3.Т. " Янтарное" при восстановлении деталей оборудования для производства растительного тела с экономическим эффектом более девяти миллионов рублей в год.

АПРОБАЩЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены и обсуждены аа научно-технических конференциях , семинарах , в том числа на всесоюзных , республиканских и зональных .

Результаты работы опубликованы в трех статьях , научной отчете по КНТП "Восстановление " и заявке на изобретение.

СТРУКТУРА И 05®! РАБОТА. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, Машинописный текст изложен на 130 страницах, содержит 52 иллюстрации , 26 таблиц , список литературы из 100 наименований.

СОДЕРШКЕ РАБОТЫ

В первой главе - дано общее представление о процессах отжима масла в шнековых прессах. Установлено , что трение прессуемой мезги о зеер и шнековьгй вал , высокие давление и температура, наличие агрессивных срэд , перегретого пара в рабочей зоне, а также наличие твердых частиц в прессуемой массе вызывает; интенсивный износ рабочих поверхностей базовых деталей пресса , что сникает выход готовой продукции , приводят к остановке масяопресса и високим затратам па его ремонт .

Проведены поиск и систематизация технологических факторов управления формообразованием и свойствами наплавки , позволившие наметить пути снижения опасности .

Во второй главе сформулировала цель , задачи и общая методика исследования. Первый этап предполагает создать априорные гипотезы по совершенствованию конструкции шнекового витка с последующим построением теории, предусматривающей установление закономерностей воспроизведения конфигурации полости наплавочных форм. При этом планировалось определить рецептуру наплавочных материалов и формовочных смесей.

Этап проверки и утверждения теории предполагаетлроЕеденЕе экспериментов по определению рациональных режимов и приемов наплавки, обеспечивающих качественное формообразование инековых витков.

Б заключении проводились сопоставительные оценки полученных результатов по критериям качества экономической целесообразности.

Третья глава " Теоретико-экспериментальные предпосылки совершенствования конструкции шнекового витка и технологии его восстановления" .

На основе анализа патентной информации , теоретического осмысления процесса прессования и кинетики действующих сил , при прессовании , а тая&е характера износа кленового витка прёдяохена новая конструкция этой детали , итличаздаяся наличием лопастей и реборда (Рис. I).

Размещение, размеры лопастей и их количество обусловлено глубиной активно:": зоны уплотнения ( Ни ) сложной среда

Рис. I. Конструкция шнекового витка , снабженного лопастями и рэбордой. - угол наклона лопасти.

где Ьт - минимальный поперечный размер лопасти , ш;

- контактное давление , Па ; V/ и/о - влажность в исходном и конечном состоянии мезги, 5 6р - предел прочности среды уплотнения, На ;

р> безразмерные постоянные , зависящие от скорости изменения напрякенного состояния и вида среда.

Предлагаемая конструкция шнека предполагает лучшее перемещен! частшгс одновременным их"уплотнением, которое можно выразить уравнением Ньютона :

( 2 )

где © - напряжение сдвига , кг/ш^ ;

/ЛЪ - величина сдвигового смещения под действием касательных сил , мм ; Т-Г - линейная скорость элементарного слоя , ы/с ;

^ - динамическая вязкость , Па . С .

характе ризуемое

С в )

При этом проявляется коглпрессиошюе свойство коэффициентом бокового давления

6« = ^/ч

и объемным сжатием где К =

Анализ логики приведенных выражений позволяет спрогнозировать версию о перераспределении действующих сил на мезгу таким образом, чтобы возникали градиенты давления дР , температуры лТ и влажности в радиальном направлении от оси пшек0Е0Г0 вала в сторону поверхности заерного цилиндра. Наличие дополнительных элементов на шнекоЕОГ; поверхности в виде лопастей с наклоном , равным 15...20° ( см. рис. I ) создают вытесняхыцуи силу , способную направить дополнительный поток яидкого масла в сторону зеерных каналов, что дожено повысить эффективность прессования.

Наличие элементов наружной реборды шнека создает возможность повысить долговечность пресса за счет увеличения площади контакта с зеерным цилиндром и: более высоких физико-механических свойств наплавки .

Следующий этап работы потребовал технологической реализации предложенной конструкции . Для успешного решения этой задачи была изучена теплофизическая и гидромеханическая обстановка в наплавочной ванне и на этой основе определены наилучшие условия заполняемости наплавочной формы и воспроизведения её рельефа в зависимости от реки мов наплавки и состава формовочных смесей ( Рис. 2 ) .

K<p/¿ 60 АО ао

( rj t*

■ п /

1 - снрая песчано-глинистая

форш;

2 - сухая песчано-глиниста?

форма ;

3 - керамическая форма .

200 АОО

Рис. 2. Зависимость коэффициента заполнения наплавочной формы от силы тока .

1;а:!луч"::а;1 заиохняо::оагь*л обладай? герагаческио >;0г-Лл:.т. При оса: вазво чзобн скорость десгрукодг ( развуаание .¿ораг ) происходило посзю крио-газшзавда шгадла . •¿орсироваазо ро:лнлов цаднашх а ваяовоше воявбгж:': яг олонгрод сиизае® горглозядаГ: расте-

кания шталла в данной ос части и сн::назт время заполнения надла-вочнод йормг ( ) .

( 4 >

-е.? ;

гдэ о(н - коо^-пгзганг паллашси , г/ А ;

3 ~ сила ?о:;а , А ;

^ф - площадь попорочиого сачаипя напдазочпо:': форда Ь - высота наплавки , ш ; Р - плотность потаяла , "г / ш3.

Умбншзшсо скорости доструктгяп способствуй? использование прп-еадни . которая: дсдсяугзазаез? св&рочиуэ ванну. Однако зто? нрлом способс-гпуе? упелачашга р^дгуса :ср::?.язпн К к фроцта'раотвкапия расплава ( Рас. 3 ) .

а

200 400 600

7, 1

«к

/Л'/У / //

<г

4 А

Рис. 3. Радиус кривлзны (.) наплавок в зависжости

от силы тока . I - без присадки ; 2 - с. прясадко;! ( проволока ШГ-А1:—170) .

Поэтому присадочный материал следует подавать после заполнения данной части формы и некоторого теплонасыщения ванны при больном токе,

Установлено , что наилучшие условия воспроизведения рельефа наблюдается при наплавке в керга~гческие ж песчано-смояяные формы ( Табл. I ) .

Таблица I

Зоспроизведение рельефа наплавочной йорш (К3) , %

Заполняемость при высоте рельефа, ш

формы 3 6 10

I. Металлические фор® 50 55 68

2. Песчано-глинистая 60 62 78

3. Десчано-смоляная 82 - %

4. Керамическая 83 88 96

Экспериментально получана модель , отражающая потери профиля наплавки в зависимости от гидромеханических характеристик наплавляемого материала ;

I (5)

о

где Ир - полная глубина рельс за , мм ;

&ПЧ - поверхностное натяжение расплава , Па ;

Рм - давление кетаяла , н ; ^ - угол вершины.профиля , град ;

Из уравнения следует , что силы поверхностного натяжения оказывают решающее влияние на качество формообразования рабочих элементов шнека .

В четвертой главе проведены экспериментальные исследования качества формообразования шнекоЕого витка , наплавленного по предложенной схеме.

Исходя из решающих условий получения заданных размеров наплавки в качестве выходных параметров были приняты :

Уз - коэффициент заполнения форлн;'

У 5 - глубина проплавдения;

упР - соотнозение количества присадочного к электродного материалов;

Ц^ - глубина деструкции формы.

В качестве основных факторов принимались общепринятые технологические показателя:

- скорость подачи электродов ;

Хд - напряжение на дуге ;,

Х3 - площадь поперечного сечения наплавочной формы.

В результате реализации матрицы планирования экспериментов, дисперсионного и регрессионного анализов полученных данных , а также проверки их на адекватность линейного приближения были получены интерполяционные уравнения ;

= 52 + 22,4X1 + 9,зХа- 15,4 Х3 (6)

^§=3,02 + 0,бХ1-0,5Хг-0,2Хз (7)

6,2 +18,3*1+ 5,1Хг +Ю,2Хз (8)

Анализ полученных уравнений подтвердил ранее высказанную гипотезу целесообразности форсирования реншоз наплавки .

Определен рациональный состав материала наплавочной формы. Наилучшей теплостойкостью обладают у кера'дхческие формы ( 20 % - -- графита , 40 % - глины, остальное - олйвэновыё иди цкрконовый песок и асбест)( , рис. 4).

Результаты исследований микрорельефа наплавленной поверхности шнекозого витка показали , что шероховатость поверхности существенно зависит от материала форм и режимов наплавки . Высота неровностей уменьшается с ростом тока с 4,7 дам до 119 шш , что характерно для металлических и керамических форд.

А, МИ #

2,0

iß V

О

Рис. 4. Влияние формовочной смеси на противопригарвость .

I - песчано-гяинкетая форма ; 2 - оболочковая ; 3 - керамическая ; 4 - керамическая с добавкой асбеста .

В пятой главе проведено исследование ¡аизико-- механических свойств и структуры наплавки . Разработана методика комплексных исследований наплавленного металла , предусматривающая испытание на твердость , изучение микроструктуры, рентгеноструктур-ный анализ ( фазовый состав , остаточные напряжения наплавки ) и исследование износостойкости .

Для исследования использовали образцы с наплавленными элементами переменного состава с использованием присадочной проволоки• ПП - АН - 170 , порошка карбида бора С

При введении порошка 6дС более 3,0 ... 3,5 % наплавленный металл становится хрупким. Разброс твердости даже в одном и том же сечении образца указывает на структурную и химическую неоднородность наплавленного металла. Степень неоднородности можно . значительно снизить , миннпулируя режимами наплавки и долей присадки в наплавляемом слое ( Рис. 5 ) .

Рис. 5. Зависимость коэффициента вариации по твердости от объема жидкой ванны при наплавке проволокой Св08 Г2С в оболочковую форму по слою порошка В4С(1) , с использованием присадки в виде порошковой проволоки ЯП-АН 170 (2) и без присадки (3).

Просмотр реплик и микроструктуры на электронном микроскопе " TPSLA 500 " при 6000 и 14000- кратном увеличении показал , что все исследуемые сплавы тлеют ярко Екраяенную дендритную структуру.

При вторичной кристаллизации аустенит и избыточный эвтектическая состав распадаются на ферргтно-нарбздшую смесь ( бе.Чнит) в гн-тзрвале температур промекуточного превращения ( ниже 350°С) . С увеличением содержания З^С в наплавленном слое до 2,1...2,5 % архитектура зерен имеет равноосны?: характер и минимальные размеры. При наплавке в оболочковые форда мартенсит имеет реечную структуру. Двойники наблюдаются в немногих кристаллах мартенсита, а дислокационная структура проявляется в виде фрагментов размером 0,5...2,5ыкм

}

разориентироваянкх на 6 ... 16°. фрагменты в свою очередь имеют ячеистую структуру , образованную дислокационными сетками с размерам 20...30 мкм разориентлровааной до 4 ... 6°.

С увеличением З^С более 3,0 % наблюдается укрупнение неравномерно распределенных карбидов , что ухудшает механические свойства наплавленного металла.

Напряжения П рода определялись по ушрешго рентгеновских линий 110 и 211 - фазы и измерялись в трех точках. Их значение зависит от степени лэгирования наплавленного металла и с увеличением содержания З^С возрастает с 10...15 кг/мм2 при содержании В^С = I % до 3? ... 45 кг/мм2 при содерзэяии В^С = 2,5 ... 3,0 % , то есть тех значений , которые не превышает предел прочности наплавляемого металла. Наличие карбидных фаз и равномерное их распределение в наплавленном металле способствуют повыиению износостойкости металла.

Испытания износостойкости образцов , проведенных на машине трения г-ГГ—I э условиях контакта наплавленного металла с подогретой до 60...80°С мезгой подтвердили высокое качество наплавки -С Рис.6).

Наилучшей износостойкостью обладает металла, наплавленный проволокой 2 Нп 40 х 2Г2 М с присадкой ПП-АН-170.

Б шестой главе представлены результаты технико--энономической оценки результатов исследований. В ходе эксплуатационных испытаний масяопресса Ш-68 установлено , что износостойкость шнековых витков с наплавленными рабочими элементами спешальн ной конфигурации увеличилась в 2,0...2,5 раза по сравнению со ине-ковыш виткам традиционной формы. При этом выход масла в отход снизился в 1,9...2,4 раза.

Эксплуатационная проверка работоспособности наплавленных шнековых битков показала возможность использования электродугогой наплавки с принудительным формообразованием электродной проволокой Св08Г2С в сочетании с присадкой в гиде порошка (В^С) или порошковой проволоки (ПП-АН-170).

По результатам величины износа темп изнашивания новой и старой конструкции , соответственно, сост&вили : 0,55 мм/мес., и 0,65мм/мес. Расчетный ресурс при этом , соответственно, будет составлять 15,4мес. и 9,2 мае.

30 6о эо /2 О КО /во ^мш

Рис. 6. Сравнительная износостойкость наплавленных

образцов :

1 - 2 Нд 40 Х2Г2М + ГШ АН-170 (АН-348 А)

2 - 1,6 СБ 0.8 Г2С + В4С (АН - 348 А )

3 - 2 Ш 65 Г С АНК - 18 )

4 - сталь 45 ( закалка )

5 - Ни 30 ХГСА (АН - 348 А )

Экономический эффект от внедрения результатов исследований на Саратовском маслозаводе составил 9 916 ООО рублей.

овде выводы

1. Разработала новая иовструяцкя щековнх витков с наплавяен-нь?:® рабочими элементами , позволившая, улучшить условия прессования мезги. Установлена принципиальная возможность использования приставных наплавочных, форд в сочетаняк с наложением колебаний на электрод и применением присадочных штериаяов для получения сложного рельефа анекового витка .

2. По луче ни математические модели , отражающие влияние рззшлов наплавки на-качество формообразования. Установлено , что наилучшая заполняемость формы'( коэффициент заполнения более 80 % ) наблюдается при токе наплавки выше 500...600 А .

Составлены интерполяционные уравнения, позволяющие спрогнозировать величину деструкции керашзировавнкх и песчаносмояяннх наплавочных форм.

5. Определена рецептура состава формовочных смесей для наплавочных форм, позволяющая- повысить их теплостойкость и точность вос-произЕедения геометрических форм шнекоэой поверхности в 2-3 раза. Установлено , что нанесение графитового опорного сдоя на поверхность яерашзированноЗ наплавочной формы снижает высоту выступов микроне ровностей наплавляемой поверхности в 1,5...2,6 раза, что в конечном счете"позволило исключить кооледуодув механическую обработку лопастей шнека .

Наилучшей технояохчгадостью обладает формовочная смесь , состоящая из шрконового песка , гранта , асбестовой крошки и белок глины примерно в равных долях по объему. При этом противопригар-вость снизилась з 1,5 ... 2,0 раза.

4. Исследование микротвердости , микроструктуры, фазового состава и остаточных напряжений наплавок подтвердило эффективность применения в качестве наплавочных материалов электродной проволоки СВ08Г2С , флюса АН-348А , присадок б виде порошковой проволоки ДП-АН 170 или 3,0 ...3,5 % карбида бора.

5. Сравнительные лабораторные испытания износостойкости наплавленных образцов и эксплуатационная проверка инековкх витков с наплавленными рабочими элемента!® показали высокие технико-эконо-шчеекке результаты. Износостойкость наплавки указанными ааплавочннш материала*.™: по сравнению "с закаленно;" сталью 45 возросла в 2,5...

... 3,5 раза , а выход масла в отходы снизился в 2-3 раза.

6. Конструктивно-технологические рекомендации внедрены в производство с экономическим эффектом 9 916 ООО рублей.

Основные положения диссертации отражены в следрщкх опубликованных работах :

I, АЛ. Шашнин , В.А. Крнгин , В.В. Хорев. Формирование наплавленного металла при восстановлении деталей маслопресса Ш-68.

- Совершенствование технологии ремонта отдельных узяов тракторных

и комбайновых днзелей : Сб. науч. работ / Сарат. с.-х. ин-т ны.Н.Й. Вавилова. Саратов , 1931 , с. 91...98 .

., 2. З.З.лорев, Ю.Н. Клзаков. Конструкторско-технологическая оптимизация пшековых валов маслопресса . Информационный листок # 7-94 , ЩТК , Саратовский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды , 1994 .

3. Ю.Н. Казаков, В.В.Хорев, Т.М. Конищева , А.Л. Шашкин . Способы принудительного формообразования наплавляемых деталей. Кнфор мационныИ листок й 8-94 , Саратовский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды , 1994.

4. Ю.Н. Казаков, З.В. Попандопуло , В.З. Хорев. Активное управление формообразованием и. свойствами деталей при наплавке в форме.

- Повышение эффективности восстановительной и упрочняющей технологии при ремонте машин. Межвузовский науч. сб. / Саратовский государственный технический университет, Саратов, 1994 , с. 4...II.

5. Заявка на изобретение Я 94024387/08. 023.727.

Положительное решение о выдаче патента на изобретение " Пресс для отжима растительного наела" от 20.04.95 .

Тип. Мб Зак. /644 Тир. ¿00