автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Управление формообразованием и свойствами при электродуговой наплавке рабочих элементов деталей машин и инструментов

На

правах рукописи

КАЗШСКИЙ Алексей Алексеевич

УДРАВШИЕ ФОРЖЮБРАЗОБАЖШ И СВОЙСТВАМИ ПРИ ЭЛЕКТРОДУГОЬОЙ НАПЛАВКЕ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ МАШН И ШСГРУМЕНТОВ

Специальность 05.02.08 - "Технология машиностроения"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 1995

Работа выполнена на кафедре "материаловедения и высокоэффективных процессов обработки" Саратовского государственного технического университета

Научные руководители - доктор технических наук, профессор

А.ц>Л'окарев|; кандидат технических наук,доцент ¡О.Н.Казаков.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,профессор Г.Г.Инозбмцвв; кандидат технических наук, профессор А.А.1иашкин.

ведущее предприятие - АО :Саратовский метизный завод"

Автореферат разослан " /6" коЯ^РЯ 1395 г.

Защита диссертации состоится " 20 " декл?ря 1995 г,

в " 15 " часов на заседании диссертационного совета Д 063.58.0! в Саратовском государственном техническом университете по адресу: 41Ш54, г.Саратов, ул. Долитехническая, 77, СГТУ.

С содержанием диссертации можно ознакомиться в библиотеке СГГУ.

Ученый секретарь диссертационного совета

/Игнатьев А.А. /

ОБЩАЯ ХАРАЕТЕРИСЪйСА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время экономические показа-тали продукции машиностроения себестоимость и конкурентоспособность в большей мера определяются заготовительным и механообра-батываыцим производствами. Основу их составляют технологические процессы обработки давлением и резанием. До 80$ затрат при этом идет на изготовление и приобретение шташювого и металлорежущего инструмента. Снижение трудоемкости его производства при сохранении качества продукции - путь к повышению эффективности работы отрасли. Наплавленные инструменты по стойкости, как правило, не уступают кованым и литым, при значительной экономии дефицитных материалов. Поэтому, важное значение имеет разработка и внедрение технологий получения составных деталей методам электродуговой наплавки. В связи с этим необходимо отметить работы по изготовлению наплавленных металлорежущего инструмента (П.В.падкого), штампов ( л.Ф.Переплетчикова).

Но. внедрение этих технологий сдерживает отсутствие эффективных в условиях крупного производства, способов управления формообразованием и свойствами наплавлявшие рабочих элементов.

Подобные задачи решались в области литья применением керамических форм, методов компенсации погрешностей из-за деструкции форм и активным воздействием на расплав формирующим инструментом. Однако, в области наплавки нет хорошо обоснованных рекомендаций по применению таких материалов и способов. Б основном, из-за трудностей, связанных со значительным перегревом расплава, необходимостью формовки заготовки, вероятным разрушением формы электродами. Нет рекомендаций и по компенсированию и снияению влияния деструкции формы на отклонение геометрии наплавки от требуемой, взаимодействию факторов технологии наплавки с керамикой форм и гибкому управлению химическим составом наплавки.

Решить эти проблемы можно только на основе изучения физико-химических процессов в системе расплав-формирующий элемент.

диссертационная работа направлена на выполнение постановления ГКВУЗа 6-14 (проблема 12.22 задание 3.9) от 26.01.1994 г. (комплексная научно-техническая программа "Восстановление").

цель работе. Состоит б теоретическом ж экспериментальном обосновании экономии дефицитных материалов, снижении трудоемкости производства составного металлорежущего и шташового инструмента при совершенствовании методов принудительного формообразования рабочих элементов в процессе электродуговой наплавки, приближении их формы к форме готового изделия, управлении качеством. Ъ связи с этим были поставлены следующие задачи исследования:

1. На основе анализа принципов управления формообразованием расплава разработать способы наплавки в керамических, в том числе электропроводных формах, выявить расчетную схему, математическую модель формообразования.

2. Разработать способы управления формой и свойствами рабочих элементов за счет поглощения и демпфирования тепловых потоков в формы, гибкого легирования наплавки.

3. исследовать процессы формирования отклонения геометрии нашгавки от заданной при злектродуговой наплавке в керамические, деструктуриругащие формы и с применением теплопоглощащих и теллодемпфирувдих элементов.

4. Оптимизировать режимы и условия наплавки по новым способам.

5. последовать основные физико-механические свойства наплавленных с гибким легированием и принудительным формообразованием рабочих элементов.

На-у^ная новизна. Впервые предложено использовать для формообразования в процессе наплавки полимеризуемые электропроводные деструктурирующие керамические формы, формы с промежуточными элементами. Предложена расчетная схема и математическая модель формирования припуска под мехобработку наплавки на основе определения средних интегральных температур и формирования мнимых источников тепла в форме. Создана система показателей и критериев, отражающих эффективность процесса формообразования наплавки. Получены зависимости, определяющие для новых способов электродуговой наплавка влияние факторов процесса на параметры качества формообразования и свойства наплавки.

Драктическая ценность. Разработаны способ наплагки плавящимися электродами рабочих элементов инструмента в полости приставных керамических деструктурирующих форм а/с 1773620,

способы управления формообразованием: введением в полости формы промежуточных элементов из листового металла по форме наружной поверхности элементов готового изделия, геплопоглощаицих и теп-лодемпфирующих тепловой поток а/с № 1652036; способ наплавки с формообразованием в керамических электропроводных формах, патент В 1834760 по полному или неполному периодическому профилю; способ управления свойствами наплавки легированием порошковой шихтой в пучке электродов ,а/о № 1811456. На основе анализа теоретических и экспериментальных математических моделей даны практические рекомендации по технике наплавки, легирования, термообработки заготовок инструмента, обеспечивающие снижение объема механической обработки в рамках технологии производства инструмента и получение характеристик качества на уровне производимого по традиционной технологии. Некоторые результаты диссертационной работы были внедрены на Саратовском метизном завода при изготовлении обрубных ножей для автоматов разделки катанки.

Автор защищает. Расчетную схему и математическую модель формирования припуска под мехобработку наплавки на оонове определения средних интегральных температур и формирования мнимых источников тепла а форма.

Систему параметров и критериев, отражающих эффективность процесса формообразования наплавки.

методику исследования процессов управления формообразованием и свойствами наплавляемых рабочих: элементов.

Зависимости, определяющие влияние факторов процесса алектро-дуговой наплавки с принудительным формообразованием на параметры формы и свойства наплавки.

Рекомендации по технологии наплавки с принудительным формообразованием и термообработки инструмента.

Апробация, материалы работы докладывались и обсуждались на всесоюзном семинаре "Теоретические и технологические основы наплавки". Оборудование и материалы наплавки",секции "Технология и оборудование для наплавки" Научного совета 1ШТ СССР, МЗС им. Ь.о.Иатона, г.Краматорск, 1990 г., на семинаре "Пути повышения работоспособности инструмента", Саратов, 1990 г.

публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, написаны разделы в о отчетах о КйР.

Структура-и объем работа» диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и приложения. Работа содержит iPö страниц машинописного текста, включая 66~ рисунков, // таблиц и перечень литературы из 156 наименований.

■ СОдЬЕйЫи, РАБОТЫ

¡х> введении обосновывается актуальность темы диссертации, показаны научная новизна и практическая ценность работы, приводятся положения, которые защищает автор.

.и первой главе представлен обзор современных достижений в области технологии производства составного инструмента и деталей машин с использованием концентрированных потоков энергии, предусматривающих управление формообразованием и свойствами объекта в процессе обработки. Проанализированы перспективные направления совершенствования таких технологических процессов. Сформулирована цель работы. Определены принципы технологического воздействия на наплавляемые рабочие элементы, направленные на достижение цели. Поставлены задачи исследования.

Во второй главе описаны оборудование,.общая методика исследования, методики выбора материала форд, построения теоретических моделей формирования припуска под механическую обработку наплавляемых рабочих элементов и управления их качеством, методика построения экспериментальных зависимостей параметров формообразования от факторов процесса, исследования свойств наплавленных рабочих элементов.

Выбор основных компонентов и материала керамики форм вели по критериям: низкой теплопроводности, скорости и простоты получения, отсутствия образования тугоплавких химических соединений с расплавами металла и флюса, прочности, шероховатости формируемой поверхности, электропроводимости. Лучший комплекс свойств у отверздаамых керамик с огнеупорным наполнителем и графитом обеспечивающим электропроводимость. Уточняли состав керамик по критерию прочности на сжатие.

Анализ эффективности предложенных способов наплавки с формообразованием вели по критериям образования периметра смачивания на наплавляемой поверхности и максимальному отклонению reo-

метрии наплавки от геометрии готового изделия (припуск под механическую обработку).

Теоретическую модель формирования припуска строили на основе пошагового расчета температурного поля форм по формулам нестационарного теплообмена и теплопередачи при коэффициентах, изменяемых по функциям, разработанным А.¿¡.Лыковым, Ы.А.шхеевым, А. л. Вейником.

В качестве наплавочной установки использовали станок Ш62М с наплавочными головками типа А-580.

Влияние факторов наплавки и управления формообразованием на параметры моделирования устанавливали путем построения эмпирических моделей статистической обработкой результатов экспериментов, проведенных по плаву.

Параметры моделирования и оптимизации: глубина деструкции форглн, определяет способность формы удерживать расплав; предельное отклонение размера наплавки от размера форлы (допуск на наплавку) , наряду с припуском на заготовку определяет конкурентоспособность технологии; реальная высота наплавки в форма, теоретическое ее определение затруднено из-за деструкции формы.

Оценку свойств наплавленных рабочих элементов и оптимизацию составов легирующих материалов наплавки вели путем анализа структуры по ориентировочному химическому составу с экспериментальным определением твердости, прочности и теплостойкости.Анализ фазового состава сплавов осуществляли по стандартным методикам определения микротвердоста и на рентгеновской установке дР0Н-3,0.

В третьей главе представлены расчетные схемы и математические модели формирования припуска под механическую обработку рабочих элементов при наплавке в деструктурирующие формы, с промежуточными элементами, по предварительному профилю, теоретическое обоснование выбора состава керамики форм, способов управления качеством-, наплавки.

В состав керамики форм,как технологичные включили связки -полимеризуемые смолы, пульвербакелит. Наиболее устойчивые огнеупоры из рада широко распространенных и дешевых в отношении химического взаимодействия с факторами наплавки - карборунды. Для

- а -

достижения электропроводности форы в формовочную смесь включали графит.

Полный припуск под механическую обработку П н наплавки состоит из допуска на размер наплавки Он 1 включающего глубину замещения деструктурировавшего слоя формы металлом наплавки - функции глубины деструкции стенки формы и гидростатического давления ванны расплава, величины деформации формы ^ под действием термических напряжений и давления расплава, шероховатости наплавки Яд , величины припуска на размер наплавляемой заготовки П3 известного из литья.

Бее параметры, кроме 1 к а зависят от нестационарного температурного поля формы при наплавке в течение времени до 5 мин., характерного для получения рабочих элементов деталей и инструмента. Исследуемые способы привели к обобщенной схеме послойного заполнения полости формы расплавом со средней температурой наплавочной ванны за счет конвекции, с формированием движущегося, полосного поверхностного источника тепла той же температуры по периметру полости формы. При этом внутри стенки формы послойно, за счет теплоотдачи,формируется ряд мнимых источников тепла, осуществляющих теплоотдачу е верх формы,' изменяющих начальную температуру слоев формы, вступающих в контакт с полосным источником тепла. Начальная температура включает постоянную составляющую температуры от контакта с расплавом флюса (при наплавке под флюсом) или начальную температуру форм. Деструкция форм и замещение ее металлом наплавки происходит до момента достижения донным слоем ванны расплава верха формы.

Нестационарность тепловых процессов и коэффициентов учитывается расчетом с пошаговым изменением нестационарных в полном объеме времени наплавки величин.

Средняя интегральная по толщине стенки Я температура £ - слоя формы малой высоты от дна ванны расплава в

К-тый малый период времени А'х соответствует температуре в неограниченной стенке толщиной й , омываемой с одной стороны средой с температурой Тй при начальной температуре Тв. и теплообменом по закону Ньютона. Так как величины (Г; дТ малы,' то и коэффициенты теплообмена и теплопроводности формы в период считали постоянными.

Начальные условия: ЭТ(х,;Т)/Э<Г = яЭ2Т(х;г)/Эх'а;

лГ; т(х; о) «т,^ ; тй «Гем;

Г)/<Эк + [Т„ -Т (Л; <Г)] = 0 ■ Хер дт(-8 ;т)/0х ^ [Те-т(-й;г}] =0;

где Т(х :т) - температура е координате X слоя в момент вре-мениТ(°С); V - время наплавки (с); - коэффициент теп-

лоотдачи J - слою формы от расплава -

теплопроводность материала формы (Ьт/(м с)); Тем - средняя температура расплава металла в ванне (°С).

Прирост средней интегральной температуры л!]к слоя формы в К -ый период времени дТ с учетом теплоотдачи соседнему ^ +1-слою с меньшей тешаратурой:

где Тёу - начальная средняя интегральная температура слоя формы (°С); -корни характеристического уравне-

ния •у?,'!*) , где £>/;,. - критерий подобия

дно, постоянный в период времени ¿С ; гс критерий подобия ¿урье; СХ - коэффициент температуропроводности материала формы (м/с); АГТС - коэффициент, учитывающий теплоотдачу слоя форш. Так как граница раздела между соседними слоями формы мнимая, а интенсивность образующегося мнимого источника тепла пропорциональна температуре, то КТе = е.хр (~<х ¿С").

Прирост температуры поверхности, у -слоя форш со стороны контакта с расплавом за период времени дТ при принятых начальных условиях:

где Т^, ^- начальная температура поверхности после К-1 периода времени а'и (°С).

Тепловое влияние ^ - слоя на J +1-слой представили как теплопередачу от среды с температурой Тнеограниченной пластине толщиной ^(У с бесконечно большим коэффициентом теплоотдачи, мя упрощения задачи за температуру среды брали среднюю интегральную температуру ^ -слоя, заменив сумму в квадратных скобках первым слагаемым в них. &

Ьачальные условия: ; С) ) •

0<« аг; те.. (тм-(тм-те.к)-в^**р'(~*л.чт);

Условие симметрии:

Граничное условие: дТ (¿^ ~ И • (тн *

* ¿V ехР ~ г

где Н - относительный коэффициент теплообмена, Н —оо ,так как граница раздела слоев формы мнимая; Тм - предельная температура, достижимая при теплообмене со средой. Тогда прирост средней интегральной температуры ^ +1-слоя от теплового воздействия | -слоя за X -ый период времени лТ ;

* ехр + <) *

+ Ь^М/п^)}-^('М) А'-^уС/^»4 Ьп^Ссу»»);

где у)?» - корни характеристического уравнения при (Ы->-оо для определения теплового влияния j -слоя на J+1-ый, находящийся в контакте с расплавом ванны, температуру среда для последнего представили в виде:

= гм - (ТМ -Т^) . (-({ + ^

'Окончательно средняя интегральная температура ^+1-слоя в К. -ый период времени ¿'С :

Для расчета температурного поля формы в последующие моменты времени наплавки цикл расчета повторяли. Глубину ванны определяли в кзздом цикле расчетом времени существования расплава в контакте с -слоем форда, из условия омывания стенки ламинарным потоком расплава, когда температура металла меняется медленнее, чем температура поверхностных слоев формы, температурный напор меньше температурного перепада. Коэффициент теплоотдачи в макропроцессе определяли из общих зависимостей А.В.Л&кова.А.И.Ве! дайника, после введения новых значений показателей степени.Ьре-

мя существования расплава, контактирующего с <| - слоем формы:

+гн/лт^ (Шлик-ЪчУЪм-%)])6/5] * * {¿Щ+0 ■ гхр (- ^/(га)АГ)/(гп*)*'Т; -тш;

где ТС0Л - соответственно температура ликвидуса и соли-

дуса расплава (°С); - удельная плотность расплава (кгАг );

Сн - удельная теплоемкость расплава (¿ж/кг0С); скры-

тая теплота плавления металла (дж/кг); - время контакта расплава с формой (с) ; В^,- А^/Х^»- термическая проводимость формы (Вт С/л/(^еС)) ; - -Сл-Ир,'- коэффициент тепловой аккумуляции форма (Ътс'^)/(м^сС) ; а и £ - соответственно средняя ширина и длина полости формы (м).

Теплофизические коэффициенты принимали постоянными, средними в интервале температур до 2ЬОО°С. Распределение температур в слое формы определяли подбором коэффициентов функции вида

(х)х) по величина температуры поверхности и средней интегральной температуре методом поиска минимума функции

Ь ^Т^-ехрС-В^х)^ К градиентным спуском с шагом, изменяемым линейно.

Процесс замещения расплавом материала формы представляет уплотнение последнего на величину пористости и объема выгорающих фаз на глубине Ц превышения гидростатическим давлением расплава прочности материала формы:

Ь3 = - АЗ^А^^А;. (1

ГД0 - прочность материала формы при 20° С ( МПа );

То - максимальная температура (°С), при которой -Тр - температура полного разупрочнения материала формы (°С); Ь - показатель степени, ¿ = 3 ; - глубина ванны рас-

плава в момент кристаллизации у $ -слоя формы.

деформация формы от теплового воздействия расплава не может быть реализована из-за наличия металлической оболочки. Неровности на поверхности наплавки классифицированы как шероховатость поверхности, характерная для дефектов поверхности типа "апельсиновая корка" 1?а= 0,053...0,120 мм, образуется в ре-

зультате механического контакта с частицами огнеупоров формы и насыщения расплава углеродом. Расчетная величина слоя наплавки под механическую обработку для применимых режимов наплавки Пн = 0,35...1,2 мм.

для уменьшения температурного воздействия расплава на форму между ними предложено помещать промежуточные элементы из листовой стали, используемые и как модели для изготовления керамической полимеризуемой формы. Толщина их должна обеспечивать максимум теплопоглощения при условии полного расплавления.

Предельную толщину промежуточных элементов определяли по схеме для расчета температуры в стенке керамической формы пошаговым приближением толщины стенки промежуточного элемента к положению изотермы температуры плавления в первом j -слое элемента.

а способе снижения объема механической обработки наплавки получением заготовки требуемого профиля и переплавом вершин рабочих элементов электродуговой наплавкой в керамических электропроводных формах формообразование идет в результате контакта с формой, частично свободно. Форма наплавки может быть описана рядом достаточно стабильных параметров: глубины прославления linp ; расстояния h от линии сплавления до наибольшего горизонтального сечения наплавки; радиуса кривизны свободной поверхности наплавки; углов aíi ; между касательными к свободной и формообразуемой поверхностям наплавки и вертикалью в точке их пересечения в осевой плоскости, перпендикулярной основной; полудопуском на размер наплавки.

Отклонение наплавки от размера заготовки складывается из величины допуска на наплавку по боковой (передней , задней) поверхности рабочего элемента инструмента A h„ ) л и прироста тела рабочего элемента Пп', П3 по боковой (передней, задней) поверхности, при сохранении начальных (заданных) значений переднего V , заднего ¿6 углов. Расчет значений приростов и припусков вели из геометрических построений на основе стабильных параметров.

Управление качеством наплавленного инструмента сводится к управлению свойствами материала наплавки и выбору режимов на-

плавки, для выполнения известных условий:

где Ьн - высота наплавки после механической обработки (см); О^срЗ^бсж]- Допустимые напряжения среза, смятия, для материала наплавки, соответственно (ыШа ); рг и Ру - горизонтальная и вертикальная составляющие рабочей нагрузки ( Н); (Грн - временное сопротивление разрушению при растяжении материала наплавки (МПа); \Д/ [ц) - момент инерции сечения наплавки ( м3 ); площадь поверхности сплавления (м2); П1п - коз^ициенг запаса прочности..

Управление свойствами материала предполагает управление химическим составом и структурой путем легирования и термообработки наплавки. Предложенные способы легирования наплавкой простыми электродами по насыпной порошковой шихте и подачей порошка в дугу в пучка электродов, проходящих, через бункер обеспечивают точную дозировку и подачу до 30,% и 1% соответственно легирующей шихты от общего объема электродного металла.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований способов управления формообразованием и свойствами наплавленных рабочих элементов инструмента.

Сравнение керамик по критериям выбора проводили по результатам анализа следов контакта расплава с формой при наплавке в одинаковых условиях.

Наилучшей совокупностью свойств обладают керамики на пульвер-бакелитовых связках с карборундом и пылевидным графитом в качестве добавки с размером основной фракции огнеупорного наполнителя 0,1...0,2 мм.

Оптимизировали состав керамики по критериям электропроводности и прочности на сжатие в зависимости от содержания графита и пульвербакелита по плану ПФЗ 22. Оптимальный состав электропроводной керамики: карборунд 5»С 0,1...О,2 мм; пульвербаке-лит 6% от веса карборунда; графит с размером основной фракции менее 0,053 мм - ЗД£ от насыпного объема неэлектропроводной части смеси. Увеличение размера основной фракции графита увеличивает его долю в смеси, обеспечивающую электропроводность.

Построение статистических моделей влияния факторов наплавки на показатели процесса формообразования проводили по результатам опытной наплавки рабочих элементов в керамические форлы и с промежуточными стальными элементами стальным электродом под флюсом и в среде аргона в полнопериметрных формах на стальные пластины. Наплавку вели, обеспечивая периметр смачивания в полости формы на наплавляемой поверхности, движением электрода.

С учетом априорной информации - параметры моделирования:глубина деструкции формы h^ (ш), отклонение размера наплавки от размера формы h¿ ( мл), реальная высота наплавки Ит (мм).Факторы процессов формообразования: ' Ч)Прирост теплосодержания наплавки в единицу времени !

AS^ViH-df'riX-u/4 ;

где 3 - ток наплавки (A); U - напряжение (В); v^ - скорость подачи электродов (м/с); d^ - диаметр электрода ( м) ; - эффективней КПД нагрева расплава.

2)Критерий подобия тепловкх процессов *урье Fe = útU/к ' где R - толщина стенки фор® (мм); Ти - вреш наплавки (с).

3) Площадь горизонтального сечения полости формы Snc

4) Толщина промежуточного элемента <Г ( м).

Так как факторы нелинейно влияют на параметры моделирования, выбрали планы полнофакторных экспериментов.

Из полученных данных следует, что величина припуска под механическую обработку может быть уменьшена снижением тока наплавки, напряжения, времени наплавки за счет увеличения количества металла, наплавляемого в единицу времени, увеличением толщины стенок формы. Припуск при.применении промежуточных элементов значительно снижается, а Еысота наплавки растет.

Режимы наплавки оптимизировали. Некоторые оптимальные резги-мы наплавки в керамические полимеризуемыа формы для разных электродов и величины отклонений размера наплавки от размэра модели расчетные по теоретической модели , по уравнени-

ям регрессии Ъ'ц , реальные X)¡¡ приведены в таблице I.

Таблица I

Su«. : Гмма> cU : (им) R (мм) : Тн ;U: Vs (с) leí (мМ : Ри (nm ) : Ъ'н (мм) : ^н (мм)

100 ' 1,6 14 60 28 67,3 I. I 1,12 4,15

100 1,6 ■ 7 30 28 144 3,32 3,4 3,25

225 1,6 14 60 28 87.3 0.9 0,7..... 0.8

для выявления' предельных толщин промежуточных элементов, переплавляемых в данных условиях наплавки полностью, строили эмпирическую зависимость глубины проплавления стальных оболочек с толщиной большей предельной от режимов наплавки и экстраполировали ее.

Определяли предельные толщины промежуточных элементов по уравнениям регрессии в реальных величинах расчетом по программе на ЗБМ пошаговым уменьшением его толщины др момента равенства глубине проплавления. Предельные толщины промежуточных элементов из листовой стали, полученные расчетом по теоретической модели , по уравнениям регрессии и результатам наплавки по ним приведены в таблице 2.

Таблица 2

• ¡Защита: Тн : и : V, : Ъ : К' результат

(мм2) (мм) (О (Б) (м/ч) (мм) (мм) наплавки

49 1.0 йотос 10 2 В 87,3 2,41 2,46 переплавл.

107 2,3 флюс 10 28 171 4,0 4,026 переплавл.

107 2,3 аргон 10 9 171 3,31 3,281 переплавл.

исследование геометрических параметров формообразования при наплавке по полному предварительному профилю вели в условиях наплавки на стальные полосы с периодическим профилем на боковой поверхности, в форме из электропроводной смеси оптимального состава электродом, совершающим колебательное движение до края наплавляемой поверхности, ¿¿¿ежду поверхностями наплавки электрод перемещали со скоростью 50 м/ч, обеспечивая минимум выгорания формовочной смеси и горение дуги без прерывания.

Параметры моделирования - элементы геометрии наплавки измеряли штангенциркулем и методом фотопроектирования с точностью до 0,01 мм и 0,1 углового градуса.

Наплавка в защитных газах дает неудовлетворительные результаты из-за увеличенного поверхностного натяжения расплава.

Некоторые оптимальные режимы, обеспечивающие в случае изго-товительной наплавки минимизацию припуска Л |1ч ] 4 при положительных значениях приростов тела рабочего элемента по передней Пц и задней поверхностям ( лЬ„» л Ь^ ,

Пп . . - расчетные по уравнениям регрессии соответствующие значения) , приведены в таблице 3.

Таблица 3

5и1 ^«евдуше парда! \ [ | ' |

/У| Ге)1^А>1(мн)|(мн)| (им) 1 (ни)| (мм)|<'ми)|(мм)М|(Мн)| /им) 100 о/5 3 87,3 1,6 15 181 0,365 0,35 0,02 0,02 1,0 1,1 0,4 0,4 225 7/7 12 87,3 1,6 15 181 0,038 0,04 0,54 0,54 023 025 0р8 056 280 5/10 7 87,3 1,6 15 121 0,09 0,1 0,02 0,02 0,22 021 0,1 0,1

Для исследования способов управления качеством наплавки инструмента реализовали план эксперимента по выбору вариантов легирования. и термообработки.

1)наплавка по порошковым смесям электродами Нп65Г под.флюсом Ал 348 Айв среде аргона по насыпной шихте с добавками графита, карбида вольфрама ЧЛ/С- , стружки чугуна СЧ 20, феррохрома (Те -£■% ). лучшие результаты при наплавке под флюсом по смеси: Сч 2024%) затем диффузионный отжиг при 860-900°С в течение 2 часов, полная закалка с 1240-1280°С выдержка 10 минут, отпуск трехкратный по часу при температуре 560°С: твердость

НЙС^ 61 ,...€2? балл зерна 8, теплостойкость 585...590°С.

2)наплавка под флюсом АН-348А и в аргоне электродами Св06Г2С, Нц65Г с легированием подачей в пучке электродов порошков карбида бора В^С , феррованадия (Те- V ), иттрия, ферротиташ (Те-ТГ) лучшие результаты при легировании в аргоне смесью:Е^С-1,5...2$; ("Зте - V ) 1% или 1% , затем трехкратный отпуск по часу при температуре 580°С; НЙС* 61, балл зерна 8, теплостойкость £>85... 5Э0°С.

Полученные сплавы позволяют осуществлять наплавку штампового, разделительного и режущего средней группы производительности инструмента.

В пятой главе дана технико-экономическая оценка разработанных способов наплавки на примере сравнения себестоимости изготовления протяжек 2405 - ГОСТ 18217 - 80 по способу наплавки на заготовку из Ст40л в полимеризувмых электропроводных формах по полному профилю и с промежуточными элементами с традиционной технологией.

Зффект от замены традиционной технологии изготовления обрубных ножей на использующую наплавку в формах на Саратовском метизном заводе составил 60 тыс. руб. в ценах 1990 г.

ВЫВОДЫ

1. Впервые предложено использовать наплавку с формообразованием в полимеризуешх электропроводных деструктурирующих керамических формах, с промежуточными элементами, в формах по предварительному профилю.

2. Предложены расчетные схемы и установлено соответствие разработанной математической модели формирования припуска при наплавке в керамических формах, определения предельной толщины промежуточных элементов, модели расчета припуска и прироста при наплавке по предварительному профилю экспериментальным данным.

3. Получены зависимости, определяющие для новых способов электродуговой наплавки влияние факторов процесса на параметры формообразования и свойства наплавки.

4. Даны конкретные рекомендации по технологии наплавки и термообработки формообразуемых рабочих элементов штампового и режущего инструмента.

5. Определена эффективность применения способов наплавки с формообразованием в керамических полимеризуешх алектропровод-ных формах, с промежуточными элементами и предложенных способов легирования наплавки.

Публикации по материалам диссертационной работы:

1) А/с 1553315 СССР, В 23 К Э/04. Способ наплавки с формообразованием рабочих элементов деталей машин и инструментов/ Саратовский политехи, ин-т: Авт. 10.К.Казаков,А.А.Казинский (СССР). - Заявл. 13.04.88, Л 4409298/31-27; Опубл. в Ь.й.,1990, 3 18.

2) А/с 1652^36 СССР, наш й 23 д 9/04. Способ изготовления деталей сложного и периодического профиля / Саратовский политехи. ин-т; Авт. iu.ii.Казаков, А.А.казинский (СССР). - Заявл. 28.02.89, й' 46б615'а/27; Опубл. в 1991, .'5 20.

3)А/с 1764882 СССР, мКИ В 23 К S/04. Способ механической обработки деталей в процессе автоматической наплавки / Саратовский политехи, ин-т; Авт. Ю.Н.Казаков, А.А.Казинский (СССР). -Заявл. 04.06.90, № 4861746/08; Опубл. в Ъ.й. ,1992,Л36.

4)А/с 1773620 СССР, Б 23 К 9/04. Способ восстановления деталей / Саратовский политехи, ин-т; Авт. Ю.Н.Казаков,Б.П.Ка-лугов, А.А.Казинский, К.П.0тдельнов (СССР). - Заявл. 17.01.90, & 461011/08; Опубл. в Б.у1.,1992, Je 41.

о) Патент I8II456 СССР, М1Ш Б 23 К 9/04. Способ электродуговой наплавки легированного сплава / Авт.: Ю.Н.Казаков,A.A.Ка-зинский (СССР). - Заявл. 09.07.90, Л 4850433/08; Опубл. в Б.И. IS93, № 15.

6)Патент 1834760 РФ, МКН 3 23 К 9/04. Способ наплавки /Авт.: А.А.Казинский, Ю.Н.Казаков (РФ) -Заявл. 09.07.30, & 4948715/08; Опубл. в Ь.И.,1993, № 30.

7) Экономия материалов при изготовлении и восстановлении деталей кузнечно-прассового оборудования с использованием наплавки /w.Н.Казаков, Б.11.Калугов, А.А.Казинский, Н.П.Отдельнов // Экономия ресурсов в производстве и потреблении металлоизделий: Сб. науч. трудов. - ¡¡1.: Металлургия, 1989. С.35-39.

8)Казаков й.Н..Казинский A.A. Технологическое формообразование изношенных деталей зубчатого профиля при электродуговой наплавке // Технологическое формирование качества деталей при капитальном ремонта машин: Межвуз. науч. сб. / СПИ Саратов, 1986.-С. 55-60.

9)Казаков jj.H. ,Казинский A.A. Формообразование и свойства автотракторных деталей с наплавленными рабочими элементами // Технологическое формирование качества деталей при капитальном ремонте : межвуз. науч. сб. / СШ Саратов, 1989. С.21-25.

Ю)Казинский A.A..Казаков ü.E. Исследование стойкости наплав вочных форм различного состава // Восстановление и повышение износостойкости деталей машин: Межвуз.науч. сб. / СШ.Саратов, 1990. С. 53-59.

II)Формообразование рабочих элементов деталей при электродуговой наплавке в оболочковые формы / К1. Н.Казаков, А.А.Казинский, С.а).Козин, Б.П.Калугов // Восстановление и упрочнение деталей металлопокрытиями: метод рекомендации школы передового опыта.-Саратов: СШ.дйТ СШО СССР, 1990. С. 44-51.

12)Формообразование наплавленных рабочих элементов деталей машин и инструмента / Ю.Н.Казаков, А.А.Казинский, С.Ю.Козин, Б.П.Калугов // Восстановление и упрочнение деталей металлопокрытиями: Метод, рекомендации школы передового опыта. - Саратов:

спи, дат снио ссср, 1990.с.35-44.

13)Казаков Ю.Н..Казинский A.A. Установка направленного формообразования деталей с заданным свойствами // Информационный листок 441-88, серия 55. - Саратов: ЩШ.1988.

14)Казинский A.A. Электродуговая наплавка рабочих элементов деталей в полимвризуешх формах с промежуточными элементами // Поддержание и восстановление работоспособности транспортных средств: Тез. докладов международной научно-технической конференции 7-10 декабря 1994 г.: СаратоЕ, 1995. - С.31-32.

КАЗИНСКИЙ Алексей Алексеевич УБРАВШИЕ ФОРМООБРАЗОВАНИЕ,'! И СВОЙСТВАМИ ПРИ ЗЛЕКТРОДУГОВОИ НАПЛАВКЕ РАБОЧИХ ЗЛШЕНТОВ

¿Ш'ААКЙ МЫИН И ИНСТРУМЕНТОВ / Автореферат

Ответственный за выпуск К.Г.Бутовский Корректор Л.А.Скворцова

нсано в печать 03.11.95 Формат 60X84 1-16

Бум. оберт. Уел.— печ л. 1,16 - > Ч. — ИЗД. .1. -1-» А

Тираж 100 экз. Заказ 236 Бесплатно

овский государственный технический университет __

6 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

ринт СГТУ. 410016 г. Саратов, ул. Политех ннческая, 77