О РАЗВИТИИ ОПЫТА ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕПОДВИЖНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ НАНЕСЕНИЕМ ЭЛЕКТРОИСКРОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Гвоздев А.А., доктор технических наук, профессор кафедры технического сервиса и механики, руководитель НТО Центра «Доктор-Дизель Плюс» Ивановской ГСХА
Иванов В.И., кандидат технических наук, заведующий лабораторией электроискровых технологий Федерального государственного бюджетного научного учреждения Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Костюков А.Ю., кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории электроискровых технологий ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
Аннотация. Приводятся результаты практического применения электроискрового метода нанесения покрытий для восстановления размеров и устранения локальных дефектов ответственных деталей сельскохозяйственной, дорожно-строительной техники, автомобильного транспорта и перерабатывающего оборудования АПК.
Ключевые слова: деталь, износ, восстановление, ремонт, электроискровая обработка, покрытия.
ON THE DEVELOPMENT OF THE EXPERIENCE OF RECOVERY OF FIXED COMPOUNDS BY APPLICATION OF ELECTRO-SCREEN COATINGS
Gvozdev AA, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Technical Service and Mechanics, Head of the NTO Center "Doctor-Diesel Plus" of the Ivanovo State Agricultural Academy
Ivanov VI, Cand. Tech. Sci., Head of the Laboratory of Electrospark Technologies of the Federal State Budget Scientific Institution Federal Scientific Agroengineering Center VIM (FSBSI FSAC VIM)
Kostyukov A.Yu., Cand. Tech. Sci., Leading Researcher of the Laboratory of Electrospark Technologies FSBSI FSAC VIM
Annotation. Practical results of application of the electro-spark method of coating application for size restoration and elimination of local defects of critical parts of agricultural, road-building machinery, road transport and processing equipment of agroindustrial complex are presented.
Keywords: detail, wear, restoration, repair, electric spark machining, coating.
Все более актуальной в современном мире становится проблема экономии материально-энергетических ресурсов. Одним из путей решения этой проблемы является увеличение ресурса деталей машин и восстановление их работоспособности, утраченной в процессе эксплуатации. Этому направлению следовал ВНИИТУВИД «Ремдеталь», влившийся в последующем в ГОСНИТИ, и теперь - в Федеральный агроинженерный центр ВИМ. Сегодня это направление активно развивается на базе использования концентрированных потоков энергии, реализуемых искровыми, дуговыми процессами, применением токов высокой частоты [1, 2].
В практике эксплуатации как отечественной, так и зарубежной техники одним из наиболее часто встречаемых дефектов деталей, помимо износа их рабочих поверхностей, является нарушение (ослабление) неподвижной посадки обойм подшипников качения по корпусу, валу или оси. Это неизбежно приводит к увеличению зазоров и нарушению пятна контакта, например, зубчатых зацеплений, кулачков, толкателей; росту удельных нагрузок; перегреву узлов трения; усталостному выкрашиванию твердых структур; заклиниванию механизмов. Как показывает практика ремонтного производства и эксплуатирующих предприятий [3], из-за износа посадочного места порой всего лишь на десятые и сотые доли миллиметра происходит выбраковка дорогостоящих, ресурсоопределяющих деталей: валов, осей, корпусов, блоков, остающихся при этом работоспособными по другим своим рабочим поверхностям. С финансовой точки зрения потери государственных предприятий и частных пользователей техники могут достигать значений десятков и сотен тысяч рублей в расчете на одну деталь.
Так, например, корпус коробки передач колесного трактора МТЗ-82 потерял работоспособность и может быть выбракован по причине износа всего лишь двух посадочных мест подшипников первичного или вторичного валов (рис. 1а), при этом затраты предприятия (хозяйства, частника) на приобретение нового изделия составят 30 тыс.руб. (цены - весны 2017 г.). В результате износа посадочных мест под подшипники двух полуосей (рис. 1б) ведущего заднего моста того же колесного трактора хозяйству придется выложить 12 тыс. руб. Владельцы автомобилей КамАЗ при износе посадочных мест (так называемых чулков) под конические роликовые подшипники двух задних ведущих мостов (без стоимости редукторов главных передач) затратят до 80 тыс. руб. на приобретение новых деталей, не считая стоимости разборо-сборочных и регулировочных работ (рис. 1в). Согласитесь, цифры внушительные, и это всего лишь при износе в десятые доли миллиметра.
а 
б 
в 
Рис. 1 - Примеры деталей, достигших предельного износа (позиции – по тексту)
Традиционно применяемые методы поверхностно-пластической деформации (накатка, обкатка, кернение, высадка и др.), сварки, наплавки, установки дополнительных ремонтных деталей, либо малопроизводительны, не эффективны, трудоемки, либо имеют высокое тепловложение в деталь, а значит, высока вероятность тепловых деформаций и необоснованный перерасход металлов при столь малой величине компенсируемого износа. Ряд технологий требуют окончательной механической обработки, высокой квалификации исполнителей и опыта работы [4].
Взятый на вооружение ремонтным производством электроискровой метод нанесения покрытий, имеющий общепринятое название – электроискровое легирование (ЭИЛ), - и эффективно применяемый для упрочнения рабочих поверхностей деталей твердыми сплавами, по своим энергетическим характеристикам, широте видов наносимых металлов и сплавов, возможности локальной обработки, доступности использования персоналом средней квалификации как в специализированных цехах, так и в мастерских общего назначения, и на машинном дворе, как нельзя лучше подходит для нанесения тонкослойных покрытий с целью восстановления неподвижной посадки деталей.
При ЭИЛ осуществляется воздействие на металлические поверхности в воздушной атмосфере короткими (до 1000 мкс) электрическими разрядами с энергией от сотых долей до десятка и более джоулей и частотой 50…2000 Гц. В результате этого импульсного термосилового воздействия, переноса продуктов эрозии материала электрода и микрометаллургических процессов на поверхности детали формируется новый специфичный рельеф и создается измененный поверхностный слой мелкодисперсного состава, вплоть до наноуровня, с минимальной зоной термического влияния, что приводит к изменению линейных размеров изделия и свойств поверхностного слоя. Новые свойства - повышенные микротвердость, износостойкость, жаростойкость и др. – и толщина нанесенного слоя - до 0,3…0,5 мм (на сторону) и более – обеспечиваются подбором необходимых электродных материалов, электрических режимов ЭИЛ и удельной длительностью обработки.
Рис. 2 - Фрагменты технологического процесса нанесения покрытий
на детали типа «вал» и «отверстие»
На рис. 2 приведены фрагменты нанесения покрытий на изношенные поверхности деталей из стали и чугуна. Очевидно, наряду с требованием восстановления размеров до номинального уровня, необходимо исключить коробление деталей. Этим достоинством, т.е. отсутствием значительного теплового влияния на деталь в процессе обработки, что исключает тепловую остаточную деформацию, обладает в полной мере метод ЭИЛ.
В содружестве с лабораторией «Электроискровые технологии» ФГБНУ ФНАЦ ВИМ метод ЭИЛ эффективно развивает НТО Центра «Доктор-Дизель Плюс» Ивановской ГСХА в направлении упрочнения и восстановления деталей машин. За несколько лет использования установки модели «БИГ-4» наработан значительный опыт применения метода ЭИЛ для ремонтного производства. Это касается и выбора режимов обработки, и электродных материалов, и всей технологической цепочки.
Говоря об электродных материалах, отметим, что специалисты Центра «Доктор-Дизель Плюс» обоснованно применяют для восстановления деталей высокотвердые и некорродирующие сплавы системы «хром-бор-кремний» на никелевой основе, титано-кобальтовые и вольфрамо-титано-кобальтовые сплавы. Предел прочности на сдвиг, предел текучести, твердость и износостойкость подобных покрытий существенно превышают параметры серийных материалов и сплавов, а это значит, что восстановленные неподвижные посадки имеют ресурс значительно выше заводских. Специалисты НТО в полной мере используют высокую универсальность, мобильность и эффективность метода ЭИЛ при решении задач ремонтного производства.
В перечень технологических операций входят: удаление загрязнений и обезжиривание изношенных поверхностей, микрометраж, выбор материала электрода и режимов нанесения, выполнение наращивания «в размер» заданного слоя с учетом предварительного натяга для гарантированной посадки деталей, устраняя при этом овальность и конусность. Окончательной механической обработки нанесенных покрытий при этой технологии обычно не требуется – можно сразу запрессовывать детали (в корпус или на вал, ось) и приступать к эксплуатации технического объекта.
Характерные примеры эффективного применения электроискровой технологии при восстановлении неподвижных посадок подшипников качения представлены на рис. 3-6.
Рис. 3 – Контроль внутреннего диаметра и подготовленная к восстановлению
промежуточная опора привода переднего ведущего моста
колесного трактора МТЗ-82
Рис. 4 – Восстановленные полуоси ведущего заднего моста
колесного трактора МТЗ-82
Рис. 5 – Восстановленные цапфы переднего ведущего моста
колесного трактора МТЗ-82
Рис. 6 – Восстановленные стаканы ведущего заднего моста
колесного трактора МТЗ-82
Выделяя ЭИЛ в сравнении с другими методами восстановления по незначительности удельных трудозатрат, минимальному расходу электродных материалов и электроэнергии, низкой амортизации оборудования, отметим также его высокую эффективность. И в дополнение к этому: мобильность метода, способствуя сокращению убытков от простоя энергонасыщенной техники, что особо важно в напряженные периоды полевых работ, и возвращение «в строй» базовых, корпусных, дорогостоящих деталей, а не приобретение новых, повышает эффективность ЭИЛ на порядок (см. таблицу).
Таблица. Сравнительные стоимостные данные по ряду изделий, руб.
| Поз. | Наименование | Затраты на приобретение | Затраты по предложенной технологии | Экономия |
| Корпус коробки передач МТЗ-82 | 30000= | 5000= | 25000= | |
| Полуось заднего моста МТЗ-82 | 6000= | 2000= | 4000= | |
| Чулки одного ведущего моста КамАЗ | 40000= | 10000= | 30000= | |
| Опора промежуточная МТЗ-82 | 5000= | 2000= | 3000= |
Как видно из приведенных выше примеров, затраты на восстановление отечественных деталей подвижного состава не превышают 30 % от стоимости новых деталей. Еще большая экономия достигается при восстановлении аналогичных деталей импортной техники, т.к. затраты на восстановление практически те же, а цены на запчасти значительно выше.
Восстановление всех этих деталей осуществлялось на электроискровой установке БИГ- 4 [5], которая зарекомендовала себя высоконадежным оборудованием. Она обладает широким диапазоном режимов, позволяющих не только восстанавливать различные детали, но и наносить упрочняющие покрытия, в частности, на различные ножи и рабочие органы для резки, измельчения и переработки органических и неорганических материалов. Например, упрочненные электроискровым методом лапы культиваторов, ножи кормоприготовительных машин, сегменты режущего аппарата зерноуборочного комбайна работают при одинаковых условиях в 2-3 раза дольше неупрочненных.
Практический опыт показывает, что данный метод восстановления и упрочнения различных деталей наиболее эффективен при нанесении восстанавливающего или упрочняющего слоя практически любого металла или сплава толщиной до 0,4-0,5 мм.
Литература
1. Бурумкулов, Ф.Х. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов (теория и практика) / Ф.Х. Бурумкулов, П.П. Лезин, П.В. Сенин, В.И. Иванов, С.А. Величко, П.А. Ионов - Саранск: Красный Октябрь. 2003. - 504 с.
2. Лялякин В.П., Соловьев С.А., Аулов В.Ф. Упрочнение и восстановление деталей почвообрабатывающих машин сварочно-наплавочными методами (обзор) / Сварочное производство. 2014. № 7. С. 32-36.
3. Иванов, В.И. Восстановление деталей импортных двигателей во втором автобусном парке Москвы / В.И. Иванов, А.Ю. Костюков, В.А. Денисов, Р.Н. Задорожний, Д.В. Донской, А.А. Назаров // Ремонт, восстановление, модернизация.- 2013. - №5. – С. 3-10.
4. Гвоздев, А.А. Расширение возможностей применения электроискровой обработки при восстановлении деталей машин/ А.А. Гвоздев, Д.Л. Тюрин, М.В. Козинец // Мат. Междунар. науч.-метод. конференции. - Иваново: ИГСХА. - 2013. - С.173-175.
5. Стандарт организации. Методические указания по применению электроискровой установки "БИГ-4". СТО ГОСНИТИ 2.001-2014. / Соловьев С.А., Иванов В.И., Величко С.А., Костюков А.Ю., Раков Н.В., Задорожний Р.Н. - М.- 2014. Тип. ОАО "Рузаевский печатник". - 48 с.