CC BY
68
3. При бинарной деформационной обработке сумма степеней повреждаемости от каждого вида деформационного воздействия равна единице.
4. При бинарной деформационной обработке, если первая степень разовой деформации больше второй, то при определенных количествах циклов изгиба наблюдается увеличение долговечности материала.
Область обратимой повреждаемости составляет (0,15-0,25) от максимальной повреждаемости, соответствующей разрушению материала.
Перечень ссылок
1. Долженков Ф. Е. Применение пластической деформации циклическим изгибом как элемента упрочняющей термомеханической обработки листового проката из
сталей / Ф. Е. Долженков, М. С. Подгайский, А. Б. Максимов // Изв. АН СССР. Металлы. - 1984. - № 2. -С. 156-158.
2. Максимов А. Б. Определение допустимых пределов изменения параметров деформационной упрочняющей обработки термообработанного проката / А. Б. Максимов, М. С. Подгайский // Повышение качества термически обработанного проката. - М. : Металлургия, 1986. - С. 8788.
3. А. с. 1433990 СССР, МКИЗ с 21 Д 8/00. Способ обработки листового проката / М. С. Подгайский, А. Б. Максимов, Т. М. Наливайченко (СССР). - № 4231649/23-02 ; заявл. 17.04.87 ; опубл. 30.10.88, Бюл. № 40 (I ч).
4. Одинг И. А. Развитие повреждаемости в никеле при статическом растяжении / И. А. Одинг, Ю. П. Либеров // Изв. АН СССР. Металлургия и горное дело. - 1964. -№ 2. - С. 85-91.
Одержано 23.06.2009
До^джено вплив ци^чног деформацИ згину при змт ступеня разовоi деформацИ на структуру сталi. Bu3Ha4eHi допустимi значення параметрiв деформацИ при бiнарнiй комбiнацП ступеня разовог деформацИ.
The investigation of bending cyclic deformation at unit deformation change over steel structure was done. Permissible values of deformation parameters at binary unit deformation combination were obtained.
УДК 621.793.72
А. В. Коваленко1, д-р техн. наук С. П. Поляков1, И. И. Фенько1, В. Т. Коваленко2
1 Государственный технологический университет, 2 ЧП «Плазма-ОСТ-МКС»;
г. Черкассы
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ СОЛОМОТРЯСОВ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА «JOHNE DEERE»
Рассмотрена технология реставрации коленчатых валов соломотрясов к зерноуборочным комбайнам американского типа «Johne Deere». Использован метод электродуговой металлизации, который приводит к увеличению срока эксплуатации детали.
Введение
На сегодняшний день в стране сложилась такая ситуация, что комбайновый парк необходимо обновить новыми надежными и высокопродуктивными машинами: комбайнами отечественного производства «Лан» и «Славутич», а также машинами зарубежных фирм. Последние выделяются надежностью, качественной работой при минимальных затратах, снижением удель -ных затрат труда и топлива [1].
Однако в средине 90-х годов на многих аграрных фирмах закупались импортные подержанные зерноуборочные комбайны, поскольку их качество было выше, чем у отечественных. В связи с этим на территории Украины скопился парк устаревших комбайнов. Это приводит к необходимости более частой замены
рабочих деталей при ремонтных и плановых техосмотрах. Высокая стоимость новых оригинальных деталей повышает затраты на эксплуатацию техники.
Постановка и актуальность задачи
Для уменьшения затрат, связанных с заменой изношенных деталей, ООО «Концерн Нафтаэнерго» обратилось к ЧП «Плазма-ОСТ-МКС» с предложением наладить реставрацию коленчатых валов соломотрясов для зерноуборочных комбайнов американского типа .ГоИп-Бееге.
В 2006 году парк зерноуборочных комбайнов фирмы 1оЬп-Бееге в Киевской и Черкасской областях составлял 194 машины. Поэтому ЧП «Плазма-ОСТ-МКС»
© А. В. Коваленко, С. П. Поляков, И. И. Фенько, В. Т. Коваленко, 2009
совместно с Черкасским государственным технологическим университетом приступило к разработке технологии реставрации коленчатых валов соломотрясов импортных комбайнов.
Изложение основного материала
Комбайны серии .ТоИп-Бееге работают по классической технологической схеме обмолота зерна. Общее строение и технологический процесс работы аналогичны другим комбайнам, которые имеют систему очистки зерна - клавишный соломотряс. Общий вид системы обмолота зерна показан на рис. 1.
Рис. 1. Схема комбайна, использующего систему очистки -клавишный соломотряс
Коленчатый вал соломотряса .ТоИп-Бееге (рис. 2) имеет четыре шатунные шейки номинальным диаметром 38 мм и две коренные шейки, находящиеся на кон -цах вала, на которых крепятся подшипники качения. Длина вала составляет 1600 мм. На шатунных шейках вала используются подшипники скольжения с гидродинамической смазкой.
Дефектация вала проводилась вначале внешним осмотром для выявления трещин, царапин, обломов, задир, коррозии. Установлено, что основной причи-
ной выхода детали из строя является износ шатунных шеек. Для установления характера износа шейки вал закреплялся в станок для шлифовки коленчатых валов и индикатором часового типа проводились измерения [2]. Результаты измерения показали, что характер износа шатунной шейки является неравномерным (рис. 3, а; б). Максимальный износ (Д) может доходить до 3 мм от номинального диаметра.
Так как комбайны работают в поле, то в этих условиях попадание частичек пыли в узлы трения машин является неизбежным, что приводит к абразивному изнашиванию детали.
Для снижения затрат, связанных с покупкой новых вкладышей (рис. 4), на шатунные шейки вала соломотряса было предложено использовать старые после их расточки на координатно-расточном станке. Вкладыши изготавливаются из композита на основе алюминия и поэтому трудностей при механической обработке нет. После расточки в зависимости от износа вкладышей диаметр может варьироваться от 40 до 43 мм. Соответственно, и шатунные шейки вала соломотряса нужно восстанавливать под размеры вкладышей.
Примерно 85 % объема восстановленных шеек коленчатых валов двигателей выполняют путем применения сварочно-наплавочных процессов [3]. Недостатком различных способов наплавки является значительное термическое воздействие на деталь. Это приводит к нежелательным последствиям: окисляется металл, поглощается азот, выгорают легирующие добавки, происходят объемные и структурные превращения, что приводит к короблению деталей, нарушению результатов термической обработки [4, 5]. Анализируя опыт предшественников, которые пробовали реставрировать валы соломотрясов путем дуговой наплавки, установлено, что из-за термического воздействия изменялась вид А
Рис. 2. Коленчатый вал соломотряса 1оИп-Вееге: а - эскиз; б - фотография
1607-6885 Новi матерiали i технологи в металургп та машинобудувант №2, 2009
87
Рис. 3. Схема износа шатунной шейки вала: а - эскиз износа шейки; б - график износа
структура металла и, как следствие, вал лопался в процессе эксплуатации. Во избежание нежелательного перегрева вала в процессе реставрации, было принято решение искать способ среди методов газотермического напыления. Предпочтение было отдано электродуговой металлизации (ЭДМ), поскольку этот вид напыления является весьма эффективным и высокопроизводительным процессом, а также простым и доступным для использования на ремонтных предприятиях [5, 6, 7].
Рис. 4. Вкладыш на шатунную шейку вала соломотряса
Для получения износостойких покрытий на деталях, работающих в подвижных соединениях, применяют проволоку из высокоуглеродистых сталей [4]. Покрытия из высокоуглеродистых сталей, полученные газотермическим методом, обладают твердостью около 40 HRC и могут достигать толщины напыления около 4 мм [8]. Проведенные исследования [6] показали, что из таких марок напыляемых проволок, как Св-08А, Нп-65Г и Нп-105Х, по таким критериям, как износостойкость самого покрытия и износ контртела на Fe-Al
основе, наиболее эффективно использовать проволоку Нп-65Г. По этим причинам было принято решение использовать для реставрации вала соломотряса методом дуговой металлизации проволоку Нп-65Г.
Технологический процесс реставрации валов путем дуговой металлизации состоит из трех основных операций: 1)подготовка поверхности к напылению; 2) процесс напыления; 3) механическая обработка напыленной поверхности.
Металлизированный слой, нанесенный на поверхность детали, не повышает её прочность, поэтому применять металлизацию для восстановления деталей с ослабленным сечением не следует [4]. В связи с этим при подготовке поверхности к напылению была исключена операция занижения шейки вала.
Разрабатывался технологический процесс напыления без занижения шатунной шейки вала и с неравномерным распределением покрытия в поперечном сечении шейки вала.
В процессе предварительной обработки поверхности шейки вала для напыления использовалась струй-но-абразивная обработка. Обработка велась при таких параметрах: давление воздуха 0,5^0,6 МПа; дистанция обработки 100^120 мм; шлифзерно-электрокорунд нормальный зернистостью 63Н(П) и 80Н(П) марки 14А [8].
Напыление производилось на установке 15ВБ, переоборудованной под металлизацию. Технологический процесс был разбит на две части: в первой части покрытие наносилось на шейку с вращением вала до получения необходимого диаметра (номинальный диаметр + припуск на механическую обработку) в зонах бокового износа, а во второй части покрытие наноси-
а
б
лось без вращения вала в зону максимального износа (рис. 3, б).
Оптимальные режимы для первого этапа металлизации проволокой из стали 65Г с вращением были установлены в работах [6, 9], оптимизация проводилась соответственно по микротвердости покрытия и стойкости покрытия к абразивному износу. Оптимальные параметры имеют следующие значения: Пд = 30-32 В; Р = 0,55-0,6 МПа; Ь = 130 мм.
На втором этапе металлизации вал фиксировали в максимальной зоне износа по направлению к метал-лизатору, таким образом наносили покрытие в зоне максимального износа только перемещением метал-лизатора и получили относительно круглое сечение шейки вала. Однако слишком медленная продольная скорость металлизатора может приводить к перегреву покрытия и, как следствие, сколу от основы или понижению твердости, а слишком высокая скорость ведет к увеличению количества проходов металлизатора и продлевает время напыления.
Проводилось исследование по определению оптимальной микротвердости покрытия при изменении продольной скорости металлизатора. Исследовался наносимый материал из проволоки сталь 65Г диаметром 1,8 мм. Дистанция, давление воздуха и напряжение дуги брались с оптимальных параметров при вращении вала. Исследование проходило при четырех интервалах скоростей продольного движения метал-лизатора: 900, 1500, 2100, 3200 мм/мин. Микротвердость определяли путем изготовления поперечных микрошлифов напыленных образцов и измеряли на
приборе ПМТ-3. Результаты измерений занесены в табл. 1.
При исследовании был определен большой разброс значений микротвердости между фазами. При напылении образцов 1 и 2 были замечены цвета побежалости, что свидетельствует о перегреве покрытия. В образцах 3 и 4 микротвердость доходит до 40 ИЯС , что свидетельствует о появлении очень высокой степени дисперсности мартенсита (т.н. бесструктурный мартенсит) [10]. Также во время напыления образцов была установлена толщина покрытия, которая образуется за один проход металлизатора при разных скоростях (табл. 2). Это позволяет ориентировочно контролировать необходимое число проходов.
По результатам табл.2 видно, что чем меньше продольная скорость ЭДМ, тем толще слой покрытия за один проход и тем меньше времени требуется для напыления необходимой толщины покрытия.
Основываясь на измерении микротвердости и времени нанесения нужной толщины покрытия, оптимальным становится образец № 3 скоростью перемещения ЭДМ 2100 мм/мин.
При нанесении покрытия одним из важных факторов является контроль температуры детали: она должна не превышать 80 °С, чтобы не возникало перегрева покрытия. Контроль температуры образцов осуществлялся парокапельным методом. Суть метода в том, что жидкость наносится на нагретую поверхность и, зная температуру кипения данной жидкости, можно установить, что исследуемая поверхность имеет выше температуру кипения жидкости или ниже [11]. Данным
Таблица 1 - Исследование микротвердости напыленного слоя
№ п/п образца Скорость перемещения ЭДМ, мм/мин Исследуемая фаза Микротвердость фазы, ШСэ (ИВ)
1 900 светлая зона с темными мелкими включениями 30
крупные темные включения (194)
2 1500 светлая зона с темными мелкими включениями 24,6
крупные темные включения 31,1
3 2100 светлая зона 40,8
светлая зона с темными мелкими включениями 28,4
крупные темные включения 21,4
4 3200 светлая зона 40
светлая зона с темными мелкими включениями 27,4
крупные темные включения 22,2
Таблица 2 - Толщина покрытия за один проход металлизатора
№ п/п образца Скорость перемещения ЭДМ (v), мм/мин Напыленная толщина покрытия (H), мм Количество проходов ЭДМ (n) Напыляемая толщина за один проход h = (H/n), мм
1 900 2,90 8 0,360
2 1500 2,25 10 0,225
3 2100 2,15 12 0,180
4 3200 2,10 16 0,130
ISSN 1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2009
89
методом легко и просто контролировать требование граничной температуры. В качестве жидкости использовался этанол. Для охлаждения детали после нанесения одного слоя металла использовалось воздушное охлаждение из сопла металлизатора при реверсном движении. При напылении образца .№3 реверсное движение ЭДМ, при котором происходит воздушное охлаждение детали, составляет 50...100 мм/мин.
Напыление шейки вала без вращения происходило следующим способом. Продольное движение ЭДМ, при котором происходило напыление, составляло 2100 мм/мин, при обратном движении ЭДМ скорость составляла 50...100 мм/мин и происходил обдув воздухом шейки, что позволило охладить деталь и избежать перегрева.
Схематический вид напыленной шейки вала соломотряса изображен на (рис. 5), а микроструктура напыленных слоев металла при разных режимах изображена на (рис. 6, а; б). На микрошлифах заметно, что покрытие, полученное только при продольном перемещении ЭДМ, имеет более однородную и плотную структуру.
После окончания процесса напыления производили механическую обработку напыленных шеек на круг-лошлифовальном станке для перешлифовки шеек коленчатых валов марки 3В423 с использованием шлифовального круга марки 64С16СМ245К.
Данный метод реставрации экономически выгоден, так как цена: реставрации одного вала соломотряса, Ц = 1000 грн; разточки одного вкладыша, Ц = 100 грн; оригинального коленчатого вала соломотряса Ц = 3500грн; оригинального вкладыша Ц
А ' ор. вал. ' ор. вкл.
= 500 грн.
Комплект на один комбайн состоит из двух валов и восьми вкладышей. Итак, стоимость комплекта будет составлять:
- стоимость реставрированного комплекта
С = 2хЦ + 8хЦ = 2800 грн;
р.к. 'р.вал 'р.вкл. А 7
- стоимость оригинального комплекта
С = 2хЦ + 8хЦ = 11000 грн.
ор.к. ' ор.вал. ' ор.вкл. А
Экономия при использовании реставрации (Э), будет составлять:
С
Э = -°EdL х 100 = 393%.
С
^ р.к.
По данной технологии в 2005 году для ООО «Концерн Нафтоэнерго» восстановлено шесть валов соломотрясов к комбайнам «Johne Deere» Maximiser-9500. Было установлено, что после наработки двух сезонов
Рис. 5. Схема поперечного сечения напыленной шейки вала соломотряса:
1 - напыленный слой металла только при продольном перемещении ЭДМ; 2 - напыленный слой металла при вращении вала и продольном перемещении ЭДМ; 3 - основной металл
Рис. 6. Микроструктура поверхности напыленного вала соломотряса, х180:
а - покрытие, полученное при продольном перемещении ЭДМ со скоростью 2100 мм/мин: 1 - светлая зона; 2 - светлая зона с темными мелкими включениями; 3 - крупные темные включения; б - покрытие возле основы: 1 - напыление при вращении вала и продольном перемещении ЭДМ; 2 - основной металл; 3 - переходной слой
между покрытием и основным металлом
в среднем 1200 мото/ч, детали находились в удовлет -ворительном состоянии и были пригодны для дальнейшей эксплуатации.
Выводы
1. Достигнуто экономически выгодное восстановление коленчатых валов соломотрясов благодаря использованию недорогих материалов, относительно дешевого метода напыления, а также повторного использования вкладышей после расточки. Экономический эффект по восстановлению составляет 393 %;
2. Получено качественное покрытие для эксплуатации благодаря подбору оптимальных значений режима напыления: Пд = 30-32 В; Рв = 0,55-0,6 МПа; Ь = 130 мм; скорость перемещения ЭДМ 2100 мм/мин;
3. Исключая операцию занижения шатунной шейки вала соломотряса перед напылением, удалось сохранить достаточную прочность поперечного сечения детали для дальнейшей эксплуатации.
Перечень ссылок
1. Головчук А. Ф. Комбайни зернозбиральш / Головчук А. Ф., Марченко В. I., Орлов В. Ф. - К. : Грамота, 2004. - 320 с.
2. Муслина Г. Р. Измерение и контроль геометрических параметров деталей машин и приборов: учебное пособие / Муслина Г. Р., Правиков Ю. М. - Ульяновск : Ул -ГТУ, 2007. - 220 с.
3. Лялякин В. П. Научно обоснованные технологии восстановления коленчатых валов автотранспортных дви-
гателей / Лялякин В. П. // Свароч. пр-во. - 1993. -№ 2. - С. 4-7.
4. Молодык Н. В. Восстановление деталей машин : справочник / Молодык Н. В., Зенкин А. С. - М. : Машиностроение, 1989. - 480 с.
5. Петров С. В. Восстановление металлизацией тяжело-нагруженных дизельных коленвалов / Петров С. В., Саков А. Г., Бояджян А. М. // Автомат. сварка. - 1999. -№ 8. - С. 43-46.
6. Матвейшин Е. Н., Миличенко А. С. Применение термической металлизации при восстановлении деталей автомобильных двигателей / Матвейшин Е. Н., Миличенко А. С. // Новi матерiали i технологи в металургй та машинобудуванш. - 2004. - № 1. - С. 141-142.
7. Кортес А. Р. Сварка, резка, пайка металлов / Кортес А. Р. -ООО «Аделант», 2007. - 192 с.
8. Газотермические покрытия из порошковых материалов : справочник / [ Ю. С. Борисов, Ю. А. Харламов, С. Л. Сидоренко, Е. Н. Ардатовская]. - К.: Наукова думка, 1987. -544 с.
9. Газотермическая технология восстановления цилиндрических изделий с регулируемой толщиной / [А. М. Пи-липенко, Е. Я. Губарь, А. М. Понамаренко и др.] // Новi матерiали i технологи в металургй та машинобудуванш. - 2005. - № 2. - С. 58-61.
10. Самотугин С. С. Плазменное упрочнение инструментальных материалов / Самотугин С. С., Лещинский Л. К. -Донецк : Новый мир, 2002. - 338 с.
11. Хасуй А. Техника напыления / А. Хасуй ; [пер. с японского]. - М. : Машиностроение, 1975 - 288 с.
Одержано 02.06.2009
Рoзгnмnymo mexnonoгim pecmaepaцii Koninnamux eanie conoMompxcie do 3epno36upanbnux KoM6aunie aмерuкaнсbкoгo muny «Johne Deere». BuKopucmano Memod eneкmpoдyгoeoi мemaniзaцii, ^o npueodumb do nodoewennx mepMiny eKcnnyama^'i demani.
Technology of straw racks' crankshafts restoration for the American type grain harvesters «John Deere» are studied. Method of arc metallisation leading to the rise of detail's exploitation is used.
ISSN 1607-6885
Hoei Mamepia.nu i технологи в металургй та машинобудуванш №2, 2009
91
