ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЛЕСНЫХ МАШИН

Согласно созданному Минпромторгом проекту стратегии развития отечественной промышленности на период до 2035 года, остро стоит необходимость в увеличении до 75% доли отечественных компонентов в продукции 10 ключевых отраслей производства, среди которых следует отметить тяжелое и транспортное машиностроение.

Последние годы показали, что в стране серьезные проблемы с поставкой комплектующих и запасных частей для различных технологических машин, а, следовательно, остро стоит задача в обеспечении импортозамещения отечественной и зарубежной лесной техники, а также обеспечения современными технологиями восстановления изношенных деталей и упрочнения новых. В экономически развитых странах на рынке запасных частей восстановленные детали преобладают, они в 1,5-2,5 раза дешевле новых, а по ресурсу, как правило, не уступают им

Экономическая целесообразность восстановления деталей машин подтверждается тем, что около 45% деталей, вышедших из строя из-за допустимого износа, могут быть использованы повторно, около 50% деталей эксплуатируются после восстановления

Существует значительное множество различных технологий восстановления деталей лесных машин, которые по-своему эффективны и важны: сварка и наплавка, пластическое деформирование, слесарно-механическая обработка, гальванические покрытия, газотермическое напыление

Главной задачей для сокращения расходов является качественное восстановление деталей лесных машин, которое возможно достичь путем учета всех факторов, влияющих на процесс восстановления, и оптимизации технологических процессов.

Для организации технологического процесса восстановления необходимо учитывать следующие факторы

– воздействующие на технологический процесс;

– управляемые или неуправляемые;

– основные или второстепенные;

– влияние на качество восстановления;

– как они взаимодействуют между собой.

Установим математическую зависимость между физико-механическими параметрами и факторами, влияющими на технологический процесс восстановления. Исследованы следующие технологические процессы восстановления: электролитический способ, поверхностное пластическое деформирование, газотермическое напыление.

Зависимость факторов, влияющих на параметры технологического процесса восстановления, представим в виде регрессионных уравнений. Результаты экспериментальных исследований, на основании которых построены регрессионные зависимости представлены в таблицах 1 – 5.

Регрессионное уравнение процесса восстановления электролитическим способом представлено следующим образом:

(1)

Выходной параметр – скорость изнашивания поверхности за время (t), мкм/тыс.ч.

Входные параметры:

– химический состав электролита, ,г/л;

– кислотность (HCl), , pH;

– плотность тока, , А/дм2;

– температура электролита, , ºС.

Выражение (1) показывает связь между параметром износостойкости и факторами самого технологического процесса, причём данные факторы строго необходимо контролировать, так как управлять ими невозможно.

Уравнение для оптимизации процесса поверхностного пластического деформирования применительно к упрочнению наплавленных деталей, можно представить в следующем виде:

(2)

где – промежуточный критерий качества (микротвердость, шероховатость, глубина проплавленного слоя).

В представленном случае, – твердость, HRC;

– давление упрочняющего инструмента в месте контакта с обрабатываемой деталью, МПа;

– продольная подача упрочняющего инструмента, мм/об;

– радиус контактной площадки упрочняющего инструмента, мм.

Оптимизация технологических процессов и других методов, связанных с наплавкой, механической обработкой и упрочнением, проводится по уравнению (2).

Проанализировав параметры, которые включены в равенства (1) и (2), для каждого из способов нанесения покрытий, упрочнения поверхностей, механической обработки или испытания предельно разные, и их может быть бесчисленное множество вариантов.

При применении в качестве технологического процесса восстановления газотермическое напыление, выходным параметром стоит принять параметр прочности сцепления покрытия с основой

На основании экспериментальных исследований технологического процесса восстановления газотермическим напылением получено уравнение регрессии:

(3)

Выходным параметром данной модели является прочность сцепления покрытия с основой, МПа.

Входные параметры:

– фракционный состав порошка, , мкм;

– сила тока, , А;

– мощность дуги, , кВт;

– дистанция напыления, , мм.

С помощью математического пакета Statistica проведен анализ представленных регрессионных зависимостей, который показал, что коэффициенты детерминации статистически значимы и все регрессионные уравнения статистически надежные.

Определим взаимосвязь величины износа с параметрическими факторами, которые определяют износостойкость у восстановленных поверхностей деталей лесных машин с помощью степенной регрессионной модели:

(4)

Например, по данным исследований процесса испытания цилиндрических поверхностей «вал – колодка» установлено, что формула зависимости между параметром износа (мм) данных поверхностей трения и поверхностными факторами будет выглядеть следующим образом:

(5)

где – значение профиля с возможным среднеарифметическим отклонением, мкм;

– рассеивание ресурса поверхности, моточас;

– коэффициент вариации ресурса поверхности;

– площадь поверхности, мм2;

– максимальная высота микронеровностей волнистости, мкм;

– поверхностная микротвёрдость поверхности, HV.

Таким образом, полученная зависимость описывает связь между показателем износа и характеристиками качества контролируемой поверхности.

Показатели, которые включаются в формулу (5), являются ограниченными и представляют собой параметры качества данных поверхностей. Кроме того, для сопряжений и совокупности рассматриваемых деталей дополнительно включаются параметры взаимного расположения данных поверхностей: допуск отклонения от перпендикулярности, допуск соосности шеек и допуск параллельности осей.

Таким образом, установлено, что для повышения качества и оптимизации технологического процесса и упрочнения деталей лесных машин необходимо учитывать параметрические факторы, влияющие на функциональные и эксплуатационные показатели. Определенные математические зависимости между физико-механическими параметрами и факторами позволяют выбрать оптимальные режимы для восстановления деталей лесных машин с учетом технологических и эксплуатационных критериев.