Материал: Инновационные технологии и оборудование. Межвузовский сборник научных трудов. Пачевский В.М

на восстановление группы деталей к периоду их эксплуатации можно представить в виде:

Сцелью упрощения математической формулировки

построения аппроксимирующих функций с учетом того, что нарастание износов U j (j = 1, 2, 3, ..., n) всех деталей группы

происходит одновременно.

Модель (8) позволяет определять величину обобщенного износа Ugopt рассматриваемой группы деталей, оптимальную как из

условия максимальной экономической эффективности восстановления этих деталей, так и из условия выбора оптимальных методов и режимов их восстановления. Определенное таким

образом оптимальное значение обобщенного износа Ugopt позволяет

рассчитать величину периода эксплуатации рассматриваемой группы деталей до восстановления, оптимальное значение износа каждой детали, а также определить параметры технологических

98

процессов восстановления деталей группы. Так, период эксплуатации Т данной группы деталей следует рассчитывать как

T Ugopt g . При этом учитывая, что изнашивание деталей группы

происходит одновременно, и отношение износа любой детали группы к износу обобщенной детали равно отношению соответствующих скоростей изнашивания, для оптимального износа

Uoj pt j - й детали можно получить следующую формулу:

g

Оптимальному износу детали Uoj pt , в свою очередь, можно

поставить в соответствие оптимальные значения параметров технологического процесса ее восстановления.

Таким образом, на основании общей структуры восстановительного цикла машины, оптимальность которой доказана на практике, разработана комплексная модель взаимосвязи технико-экономических параметров технологического процесса восстановления группы деталей машины и их степени изношенности. С использованием данной модели разработана методика оптимизации указанной взаимосвязи, позволяющая найти значения предельных износов деталей, минимизирующие расходы на восстановление работоспособности этих деталей с применением метода ПНПМ, а также оптимальные параметры процесса ПНПМ.

Литература:

1.Пекелис Г.Д., Гельберг Б.Т. Технология ремонта металлорежущих станков. М.: Машиностроение. 1976. 320 с.

2.Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение,

1978. 592 с.

3.Рыков В.Н. Организация капитального ремонта машин. М.: Машиностроение, 1988. 112 с.

99

УДК 621.791.92

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ ПОРОШКОВЫМИ МАТЕРИАЛАМИ.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СВОЙСТВА ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ

К.т.н. Шевцов А.В., Кондратьев В.А., Гунин В.И.

Среди широко используемых методов восстановления деталей крупногабаритного технологического оборудования (КТО) одним из наиболее перспективных является метод плазменной наплавки порошковыми материалами (ПНПМ). Применение ПНПМ позволяет: восстанавливать широкую номенклатуру деталей КТО, имеющих плоские, цилиндрические, конические поверхности и поверхности сложной формы; полностью автоматизировать технологический процесс наращивания поверхности; осуществлять нанесение покрытий заданного химического состава и применять тугоплавкие материалы; восстанавливать локальный участок поверхности детали; осуществлять восстановление деталей КТО с любыми величинами износа, встречающимися на практике. Данный реновационный метод обладает также высокой производительностью.

Основным недостатком метода ПНПМ следует считать оплавление поверхности детали в процессе наращивания слоя материала /1, 2/. Оплавление поверхности сопровождается значительным нагревом самой детали, что неизбежно приводит к ее последующему короблению. Поэтому метод ПНПМ нельзя рекомендовать для восстановления тонкостенных деталей и деталей небольших размеров. При восстановлении крупногабаритных деталей методом ПНПМ оплавление наращиваемых поверхностей не приводит к недопустимому нагреву таких деталей вследствие их значительной массы.

В связи с этим метод ПНПМ нашел широкое распространение на промышленных предприятиях. Однако, несмотря на широкое применение метода ПНПМ, недостаточно полно разработаны научно обоснованные рекомендации по получению наплавленных слоев определенного порошкового материала заданной толщины, имеющих максимально возможную износостойкость и достаточную

100

адгезионную прочность, что особенно актуально для восстановленных деталей КТО.

Разработка рекомендаций по применению метода ПНПМ для восстановления деталей КТО непосредственно связана с поиском оптимальных условий осуществления данного процесса. Для успешного решения задачи оптимизации процесса ПНПМ особое значение имеет рациональный выбор целевых функций и факторов оптимизации.

Впроцессе формирования покрытий методом ПНПМ можно выделить два основных этапа: нагрев, ускорение и перенос частиц наплавляемого материала к наплавляемой поверхности (основе); осаждение частиц на поверхности и формирование наплавленного слоя и системы покрытие - основа /3/. При плазменной наплавке порошковыми материалами нагрев и перенос частиц совмещены во времени. Параллельно с нагревом и ускорением частиц на первом этапе формирования покрытия развиваются процессы их взаимодействия с окружающей средой, приводящие к окислению, газонасыщению и частичной дислокации материала наплавляемых частиц. Следовательно, на данном этапе закладывается уровень прочностных и эксплуатационных характеристик покрытий, поскольку на этом этапе, с одной стороны, частицы накапливают запас тепловой и кинетической энергии, а с другой, происходит металлургический передел наплавляемого материала в материал, из которого формируется покрытие /1, 2, 4, 5/.

На втором этапе формирования покрытия можно выделить две стадии. На первой стадии на контактных поверхностях осаждаемых частиц и основы (ранее наплавленного слоя) развиваются процессы образования соединения частиц с основой. На второй стадии в процессе кристаллизации частиц и охлаждения наплавленного слоя

вобразующейся системе покрытие - основа протекают процессы объемного взаимодействия и формируются остаточные напряжения. Сцепление между частицами, а также основой и покрытием может происходить за счет механического зацепления, физического и химического взаимодействия /1, 2, 6/.

Вработах /1, 6, 11/, где достаточно обстоятельно рассмотрены физико-химические процессы, возникающие при взаимодействии наплавляемой частицы с основой, показано, что адгезионная прочность плазменно-порошковых покрытий является сложной функцией температуры в контакте частица - основа, длительности

101

удара и затвердевания частицы, давления, развивающегося при ударе. Регулировать длительность удара и давление, развивающееся при ударе, в условиях высокотемпературной наплавки затруднительно /3/. В связи с этим важнейшим комплексным фактором, определяющим эксплуатационные свойства плазменнопорошковых покрытий, становится термическая активация контакта напыляемой частицы и основы.

Термическую активацию наплавляемой поверхности для достижения химического взаимодействия с наплавляемым материалом можно осуществить предварительным подогревом данной поверхности, применением термореагирующих материалов, нагревом наплавляемых частиц путем изменения: скорости плазменной струи, состава и температуры плазмообразующего газа, дистанции наплавки и скорости перемещения плазмотрона относительно наплавляемой поверхности /3/. Способ термической активации основы заслуживает особого внимания, так как позволяет управлять эксплуатационными свойствами покрытий посредством контролируемых изменений параметров технологического процесса их получения. Недостатками, присущими термической активации, являются: возможность окисления восстанавливаемой поверхности при подогреве без защитной атмосферы; возникновение в покрытии значительных кристаллизационных растягивающих напряжений в результате оплавления и расплавления основы из легкоплавких сплавов при подогреве наплавляемой поверхности.

Следует отметить, что одной из причин сравнительно низкой прочности плазменных покрытий является формирование в наплавленном материале больших остаточных растягивающих напряжений /8, 9/. Возникновение таких напряжений обусловлено различием температуры частиц и основы, их коэффициентами термического расширения, усадкой при кристаллизации частиц, жесткостью системы покрытие - основа, деформацией и наклепом частиц при ударе о наплавляемую поверхность и т. д. Таким образом, остаточные напряжения в наплавленном слое материала являются также результатом действия термического и кинематического факторов процесса ПНПМ. Процесс термической активации, повышая прочность сцепления наплавленного слоя с основой, вместе с тем оказывает существенное влияние на уровень остаточных растягивающих напряжений. Уровень этих напряжений не остается постоянным в процессе наращивания слоя материала.

102