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

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.