AN EVALUATION OF THE OPPORTUNITY TO OPTIMISE TECHNOLOGICAL PROCESSES FOR THE RESTORATION AND HARDENING OF FOREST MACHINE PARTS

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.130.36
Issue: № 4 (130), 2023
Suggested:
16.02.2023
Accepted:
22.03.2023
Published:
17.04.2023
660
0
XML
PDF

Abstract

In recent times, there have been some problems with the supply of components and spare parts for various types of technological machinery and special equipment and, as a consequence, there is an urgent need to organize and ensure import substitution of domestic and foreign forestry machinery. In addition, it is essential to provide repair plants with modern technologies for restoring worn parts and strengthening new ones. In some European countries restored parts prevail on the market of spare parts, as they are 1.5-2.5 times cheaper than new ones, and as a rule, are as good in their service life. The article presents the dependencies of factors influencing parameters of the technological process of restoration and is presented in the form of regression equations. Determined parameters of the distribution of strength and wear resistance factors, allowed to determine different ranges in which these factors change, which in further research creates the possibility for subsequent analysis of the results of restoration.

1. Введение

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.

2. Методика исследований

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.

3. Результаты исследований

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:

img
(1)

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

Входные параметры:

– химический состав электролита, img,г/л;

– кислотность (HCl), img, pH;

– плотность тока, img, А/дм2;

– температура электролита, img, ºС.

Таблица 1 - Результаты экспериментальных исследований восстановления электролитическим способом

x1

x2

x3

x4

Y

100

0,6

16

37

0,5

101

0,61

17

36

1,6

102

0,62

13

34

1,11

103

0,7

17

35

2,6

104

0,73

20

37

3

105

0,74

18

36

2,8

106

0,65

15

33

3,1

107

0,66

12

31

3,5

108

0,71

15

37

1,02

104

0,73

20

37

3

105

0,74

18

36

2,8

106

0,65

15

33

3,1

107

0,66

12

31

3,5

108

0,71

15

37

1,02

103

0,7

17

35

2,6

104

0,73

20

37

3

105

0,74

18

36

2,8

106

0,65

15

33

3,1

107

0,66

12

31

3,5

108

0,71

15

37

1,02

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:

img
(2)

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

В представленном случае, img – твердость, HRC;

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

img – продольная подача упрочняющего инструмента, мм/об;

img – радиус контактной площадки упрочняющего инструмента, мм.

Таблица 2 - Результаты экспериментальных исследований процесса поверхностного пластического деформирования

p

S

rn

Y

0,6

0,3

2

50

0,6

0,3

2

52

0,6

0,3

1,9

53

0,5

0,3

1,7

55

0,6

0,1

1,6

60

0,4

0,3

1,8

57

0,5

0,2

1,7

56

0,6

0,2

1,1

60

0,6

0,2

1,7

54

0,4

0,3

1,3

60

0,5

0,3

1,4

57

0,6

0,3

1,5

56

0,4

0,1

1,4

60

0,5

0,3

1,2

58

0,3

0,1

1,8

60

0,6

0,3

2

52

0,6

0,1

1,9

53

0,5

0,3

1,7

55

0,3

0,1

1,8

60

0,5

0,1

1,2

58

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:

img
(3)

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

Входные параметры:

– фракционный состав порошка, img, мкм;

– сила тока, img, А;

– мощность дуги, img, кВт;

– дистанция напыления, img, мм.

Таблица 3 - Результаты экспериментальных исследований технологического процесса восстановления газотермическим напылением

Х1

Х 2

Х 3

Х 4

Y

60

128

45

120

58

58

128

43

115

61

54

130

31

108

60

55

140

44

82

72

56

158

42

98

64

48

141

36

80

72

49

146

43

88

68

52

158

45

87

70

62

187

34

88

63

68

184

37

96

56

65

200

41

90

61

64

188

43

91

68

47

187

45

92

67

46

198

38

93

69

45

188

34

90

66

47

180

35

95

65

42

199

36

96

64

41

200

33

100

61

66

186

31

87

60

65

172

30

85

62

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:

img
(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:

img
(5)

где img – значение профиля с возможным среднеарифметическим отклонением, мкм;

img – рассеивание ресурса поверхности, моточас;

img – коэффициент вариации ресурса поверхности;

img – площадь поверхности, мм2;

img – максимальная высота микронеровностей волнистости, мкм;

img – поверхностная микротвёрдость поверхности, HV.

Таблица 4 - Результаты экспериментальных исследований зависимости параметра износа от поверхностных параметров

R

v

b

S

W

H

Y

0,63

0,553

2543,2

0,23

2

460

2,78

0,63

0,433

3541,1

0,21

2,1

480

2,501

0,63

0,438

3712,1

0,21

2,2

626

2,554

0,63

0,553

3845,2

0,212

2,3

610

2,978

0,63

0,338

3912,5

0,22

2,1

594

2,864

0,2

0,339

2698,2

0,23

3

549

2,931

0,2

0,334

2591,2

0,211

2,2

563

2,445

0,2

0,333

3548,8

0,2

2

542

2,956

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.

4. Заключение

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.

Article metrics

Views:660
Downloads:0
Views
Total:
Views:660