Обоснование технологических процессов и разработка технических средств восстановления автотракторных деталей электроконтактной наплавкой

• Автор: Нафиков, Марат Закиевич
• Шифр специальности: 05.20.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 373 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Характеристики деталей типа вал сельскохозяйственной техники, подлежащих восстановлению

1.2 Эксплуатационные свойства восстанавливаемых деталей.

1.3 Электроконтактные способы восстановления изношенных деталей

1.4 Цель и задачи исследований

1.5 Выводы.
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ НАПЛАВКЕ

2.1 Физическая природа соединения металлов при ЭКН

2.2 Разработка способа определения прочности сцепления метатлопокрытия с основой

2.3 Единичная площадка металлопокрытия при ЭКИ

2.4 Контактные и сварные площадки.
2.5 Условия формирования соединения при ЭКН. Зона формирования сварного соединения
2.6 Исследование кинетики образования сварного соединения.
2.7 Состояние присадочной проволоки при ЭКН
2.8 Особенности формирования соединения при ЭКН легированных сталей
2.9 Определение оптимальных размеров роликаэлектрода .
2. Разработка способа определения износа роликаэлектрода .
2. Тепловой баланс при формировании сварных площадок .
2. Математическая модель формирования сварного соединения
2. Выводы
3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ .
3.1 Общая методика
3.2 Экспериментальные установки и оборудование
3.2.1 Установки для ЭКН изношенных деталей валов .
3.2.2 Установка для электромеханического упрочнения
3.2.3 Устройство для упрочнения валов механическим наклепом
роликом .
3.2.4 Машины для усталостных испытаний
3.2.5 Установка для определения характеристик упругости наплавленного металла .
3.2.6 Установка для определения остаточных напряжений
3.3 Планирование экспериментов и обработка экспериментальных данных.
3.4 Методика металлографических исследований
3.5 Методика исследования прочности сварного соединения
металлопокрытия с основой
3.6 Методика определения износостойкости наплавленного металла
3.7 Методика определения характеристик упругости наплавленных образцов.
3.8 Методика определения остаточных напряжений.
3.9 Методика исследования усталостной прочности наплавленных образцов
3. Методика определения ударной вязкости наплавленных образцов
3. Методика определения износа роликаэлектрода .
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ
4.1 Результаты отсеивающего эксперимента
4.2 Влияние технологических факторов процесса ЭКН на прочность сварного соединения металлопокрытия с основой .
4.3 Исследование влияния технологических факторов процесса ЭКН на твердость, структурную однородность и износостойкость металлопокрытия
4.4 Металлографические исследования структуры наплавленного металла и зоны термического влияния .
4.5 Характеристики упругости металлопокрытия и остаточные напряжения
4.6 Усталостная прочность наплавленных и упрочненных образцов
4.7 Ударная вязкость наплавленных электроконтактными способами образцов
4.8 Исследование процесса изнашивания роликовэлектродов .
4.9 Эксплуатационные испытания деталей, восстановленных ЭК .
4. Выводы.
5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАЛОВ .
5.1 Выбор режимов наплавки .
5.1.1 Шаг наплавки по винтовой линии
5.1.2 Длительность импульсов тока
5.1.3 Длительность пауз между импульсами тока
5.1.4 Окружная скорость вращения детали
5.1.5 Определение усилия на роликеэлектроде .
5.1.6 Определение тока наплавки
5.1.7 Режим охлаждения
5.2 Основы проектирования технологических процессов восстановления авто гракторных валов электроконтактной наплавкой проволокой.
5.3 Системы автоматического управления процессом ЭКН
5.3.1 Регулирование процесса наплавки цилиндрических поверхностей
5.3.2 Регулирование процесса наплавки конических и фасонных поверхностей
5.4 Способ электроконтактной наплавки с уменьшенным шагом
5.5 Разработка конструкций роликовэлектродов для электроконтактной наплавки
5.6 Широкослойная наплавка валиков различной ширины одной электродной лентой
5.7 Техникоэкономическая эффективность восстановления
автотракторных валов электроконтактной наплавкой проволокой .
5.8 Выводы .
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ .
ЛИТЕРАТУРА


Деформация присадочного металла за цикл составляет более . Наплавка осуществляется следующим образом рисунок 1. Между вращающейся деталью 1, закрепленной в патроне 4 и поджатой задним центром, и наплавляющим роликомэлектродом 3 наплавочной головки через направляющий наконечник затягивается сматываемая с кассеты присадочная проволока 2. При пропускании через контакты деталь проволока роликэлектрод импульсов тока большой силы, чередующихся с паузами, при одновременном давлении роликаэлектрода присадочная проволока нагревается, осаживается и приваривается к поверхности детали. Сплошное покрытие восстанавливаемой поверхности 5 образуется за счет вращения детали и одновременной подачи наплавочной головки, что обеспечивает приваривание присадочной проволоки по винтовой линии с перекрытием смежных сварных валиков. Питание установки током производится от сварочного трансформатора 7, управляемого электронным прерывателем тока 6. Основная технологическая схема наплавки наиболее простая и надежная и считается оптимальной для восстановления большой группы изделий . Рисунок 1. Этого недостатка лишена схема наплавки с двумя наплавляющими роликамиэлектродами, реализованная в установках электроконтактной приварки конструкции ГОСНИТИ и ВНПО Ремдеталь рисунок 1. При такой схеме ток в зону наплавки подводится через два наплавляющих роликаэлектрода, в цепь тока включена также и детал. При этом первым роликомэлектродом можно формировать спиралевидный валик металлопокрытия без перекрытия с зазором смежных витков, вторым роликом заплавлять образовавшиеся зазоры. Известен также способ электроконтактной наплавки в высаженную канавку . Технология восстановления предусматривает предварительную электромеханическую высадку спиралевидной канавки на восстанавливаемой цилиндрической поверхности рисунок 1. При таком способе восстановления смежные валики металлопокрытия из присадочной проволоки не перекрывают друг друга, структура поверхностного слоя вала получается болсс однородной, что положительно сказывается на усталостной прочности вала. Недостаток известного способа его сложность и плохое качество сцепления присадочного металла с основным. Узкие пояски можно наплавлять по двухроликовой схеме, показанной на рисунке 1. По этой схеме наплавка производится с помощью двух параллельных роликовэлектродов, под которые подается присадочная проволока с двух отдельных кассет. Достоинство такой схемы малый нагрев восстанавливаемой детали. Ю.В. Клименко предложена показанная на рисунке 1. Подвод тока в зону формирования соединения осуществляется через наплавляемую деталь и присадочную проволоку. Поэтому ролик можно изготавливать из любого жаропрочного материала, например, быстрорежущей стали. Однако через присадочную проволоку можно подводить весьма ограниченную мощность, недостаточную для образования качественного сварного соединения. Известна схема наплавки с предварительной деформацией присадочной проволоки рисунок 1. Присадочную проволоку в холодном состоянии деформируют токоподводящим роликомэлектродом на 0,5. По мнению авторов исследований , предварительное деформирование проволоки улучшает формирование соединения при электроконтактной наплавке наварке. В результате такой наплавки образуется сварное соединение, обладающее высокой прочностью и пластичностью . Существенно повысить производительность процесса наплавки можно, если применять предлагаемую нами схему модернизации серийной наплавочной установки конструкции ГОСНИТИ . Результат достигается тем, что наплавочное устройство содержит один роликэлектрод, к которому прижимаются две и более детали рисунок 1. Рисунок 1. Модернизированное устройство содержит два рычага 1, плечи которого с одной стороны соединены с пневматическим приводом 2, а с другой с восстанавливаемыми деталями 3, прижимаемыми к роликуэлектроду 4. Опоры рычагов 1 шарнирно соединены с винтовым ре1улятором 5. Роликэлектрод 4 и детали 3 подключены к сварочному трансформатору 6. Роликэлектрод 4 крепится в патроне наплавочной установки и приводится во вращательное движение.