Підвищення життєвого циклу оснащення на основі захисних технологій - Автореферат

У багатьох випадках утрата деталлю свого службового призначення і її руйнування починається з поверхневого шару, що дуже впливає на якість поверхневого шару заготівки, працездатність і довговічність технологічного оснащення й устаткування. Деталі технологічного оснащення, що застосовуються для одержання заготівок деталей авіаційних двигунів литтям і штампування - кокілі, штампи, матриці, пуансони тощо, піддаються різним видам руйнування, зносу і схоплювання їхньої поверхні з матеріалом заготівки. Поліпшення якості поверхневого шару може бути отримано термообробкою, зміцненням, зокрема, поверхневим пластичним деформуванням і використанням принципово нового підходу до конструювання технологічного оснащення - створенням на поверхні деталі тонкого шару іншого матеріалу, що додає поверхні спеціальні властивості. Дисертація виконувалася в рамках програми по науці й технології України "Розвиток виробничих потужностей по випуску великогабаритних двигунів і комплексної програми ВАП, ВПС, ЦПС" від 02.06.88 р., "Розвиток авіаційних двигунів до 2000 р.", програми Міністерства машинобудування ВПК і конверсії України "Імпульсні ресурсозберігаючі технології й устаткування для підвищення характеристик виробів машинобудування і ВПК України", Державної програми розвитку виробництва двигунів внутрішнього згоряння, програми Міністерства науки і освіти України "Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології" у рамках НД і ДКР. Для реалізації поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання: провести моделювання течії двохфазного середовища в стовбурі детонаційної установки на новому енергоносії (пропан-бутані);Проведено аналіз руйнування ливарного оснащення, вплив дефектів оснащення на якість відливків, приділено увагу особливостям при литті алюмінієвих і магнієвих сплавів, що мають поширення в авіаційній промисловості. На основі цього зроблений висновок, що підвищення життєвого циклу оснащення при литті й штампуванні можливо на двох стадіях (життєвий цикл обєкта складається з чотирьох стадій: проектування, виготовлення, експлуатація, утилізація), це проектування й експлуатація. З огляду на відзначені на основі критичного аналізу переваги газодетонаційних покрить, обирається для підвищення життєвого циклу технологічного оснащення газодетонаційний засіб нанесення покрить. При поширенні детонаційної хвилі і наступному витіканні продуктів детонації (ПД) зі стовбура відбувається силова й теплова взаємодія часток порошку з детонаційною хвилею і продуктами детонації. Рівняння течії двохфазного середовища у розглянутому випадку запишемо при наступних загальноприйнятих (при розгляді двохфазних течій) припущеннях - одним з основних факторів, що впливають на енергетичні параметри течії двохфазного середовища в стовбурі: швидкість, тиск, молекулярна маса, температура продуктів детонації, а також швидкість і температуру часток у різних кінцях стовбура, є склад суміші, що детонує, що характеризується характеристичним критерієм KVT - звязок швидкості й температури напилювання часток у залежності від співвідношення обсягів робочих газів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Проведений аналіз одержання заготівок авіаційних двигунів литтям і штампуванням, показав, що на якість дуже впливає стан робочих поверхонь технологічного оснащення (ливарного і штампувального), тому підвищити якість деталей можна за рахунок підвищення життєвого циклу оснащення на двох етапах: проектування й експлуатації.

На основі досліджень, проведених у дисертаційній роботі, отримано такі результати: 1. Здійснено моделювання течії двохфазного середовища в стовбурі установки і на основі цього розроблений програмний продукт, що дозволив провести розрахунки енергетичних параметрів для порошків: ВН-20, Zr2, КХН-15, Al2O3, ВК-25 (75%) ПТНА-01 (25%).

2. На основі комплексних досліджень проведене уточнення характеристичного критерію KVT для нового енергоносія пропан-бутану, характеризуючого звязок температури й швидкості напилювання в залежності від співвідношення робочих газів.

3. На основі проведених теоретичних досліджень були розроблені технологічні процеси напилювання на ливарне й штампувальне оснащення, що дозволили збільшити стійкість у 2,5 рази.

4. Експериментальними дослідженнями підтверджено теоретичні передумови і наведено рекомендації з проектування технологічного процесу напилювання покрить на ливарне й штампове оснащення порошками, до складу яких входять матеріали з температурою плавлення до 2000К та порошками, у яких температура плавлення окремих компонентів вище 2000К.

Для першого й другого випадків запропоновані раціональні склади сумішей, величини наважки порошків, їхнє початкове положення в стовбурі, розміри часток, режими, технічні характеристики процесів, представлені таблицями і графіками.

5. Зроблено розрахунок енергетичних параметрів нанесення покрить на оснащення, що працює одночасно на стирання, наклеп, мікрорізання, термічну втому, а також з ознаками газової ерозії, тощо. Отримані результати порівняно з результатами дослідження покрить, нанесених іншими методами. Показано, що газодетонаційне напилювання збільшує стійкість оснащення в найбільшій кількості випадків причин виходу її з ладу (розглянуті результати 11 видів покрить).

6. Створено й апробовано методику порівняльної оцінки ефективності зміцнюючих і захисних технологій, спрямованих на підвищення життєвого циклу технологічного оснащення, що базується на іспиті моделей і забезпечує відповідні дії у процесі навантаження моделей тисками, температурами та іншими параметрами експлуатаційних навантажень.

Визначено, що основними видами ушкодження робочих поверхонь оснащення є: стирання, наклеп, шелушіння поверхонь, мікрорізання, утворення тріщин термічної втоми з ознаками газової ерозії, задири тощо. Встановлено коефіцієнти живучості оснащення для різних видів покрить.

Доведено, що незважаючи на більш високі коефіцієнти живучості (незначні) при хромуванні за технологією “ЗІМ”, сумсько-швейцарською технологією і наплавленням сплавом “хастеллою”, газодетонаційне напилювання (коефіцієнт живучості 1,8) є кращим. Це доведено металографічними дослідженнями (зносостійке покриття зберігається практично на всій контрольованій поверхні), а також економічними підрахунками.

7. Розглянуто й досліджено всі можливі види пошкодження оснащення, що виникають вже після нанесення різних покрить. Запропоновано методи, що усувають ці ушкодження (для газодетонаційних технологій).

8. Досліджено 11 видів покрить (у т.ч. газодетонаційне) і виявлені основні їхні недоліки, кожний з яких піддався аналізу причин їхньої появи. Наведено залежності ступеня зносу оснащення від способу зміцнення її поверхні й циклів навантаження.

9. Вперше представлені порівняльні характеристики всіх застосовуваних методів нанесення покрить.

10. Створено й апробовано методику порівняльної оцінки ефективності зміцнюючих технологій, що базується на іспиті моделей і імітує відповідні параметри експлуатаційних навантажень оснащення.

11. Представлено класифікатор тенденцій розвитку детонаційного устаткування і технологій за одним з напрямків: система подачі порошку і розробка нових живильників. Ці пропозиції підтверджені авторськими посвідченнями.

12. Проведено розрахунок конкурентноздатності досліджуваного процесу.

13. Економічний ефект від впровадження результатів дослідження на ВАТ “Мотор Січ” складає 75 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Богуслаев А.В. О необходимости нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности оснастки для штамповок и литья. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 23(6). Харьков, НАКУ, 2000 г. - С. 48-54, 171 с.

2. Долматов А.И., Богуслаев А.В. Структурные исследования и сравнение материала защитных покрытий оснастки, наносимых различными методами. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып.24(1). Харьков, НАКУ, 2001 г. - С. 37-47, 162 с.

3. Богуслаев А.В. Разработка технологии нанесения покрытий на оснастку с исследованием ее износостойкости. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 22(5). Харьков, НАКУ, 2000 г. - С. 27-36, 168 с.

4. Долматов А.И., Богуслаев А.В. Определение энергетических параметров нанесения покрытий газодетонационным методом. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 23(6). Харьков, НАКУ, 2000 г. - С. 28-36, 171 с.

5.Богуслаев А.В. Исследование качества материала деталей после нанесения покрытий. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 21(4). Харьков, НАКУ, 2000 г. - С. 55-66, 166 с.

6. Долматов А.И., Богуслаев А.В., Ткаченко В.В., Колтун К.С. Исследование влияния асимметрии цикла нагружения, создаваемого остаточными напряжениями из условия нераспространения трещин. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 21(4). Харьков, НАКУ, 2000 г. - С. 17-22, 166 с.

7. Долматов А.И., Колтун К.С., Войтенко В.С. Богуслаев А.В. Остаточные напряжения в предварительно деформированном образце. Сборник научных трудов Национального аэрокосмического ун-та им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". Вып. 21(4). Харьков, НАКУ, 2000 г. - С. 31-38, 166 с.

8. Патент . МКИ В 05 В 7/20. Пристрій для детонаційного напилювання покриттів / Долматов А. І., Жеманюк П. Д., Сергеєв С. В., Зорік І. В., Богуслаєв О. В.(Украина).- № 2001075475. Заявл. 31.07.2001г.

9. Патент 43220А, МКИ В 05 В 7/20. Пристрій для дозованої подачі порошкового матеріалу в ствол детонаційної установки для нанесення покриттів / Богуслаєв В. О., Долматов А.І., Жеманюк П. Д., Сергеєв С. В., Зорік І. В., Богуслаєв О. В.(Украина). -№2001642467. Заявл. 12.04.2001г.

10. Патент . МКИ G 01 N 3/32. Спосіб визначення коефіцієнта зміцнення деталей після алмазного вигладжування / Богуслаєв О.В., Дубровін В.І., Суботін С.О., Яценко В.К.(Украина). - №2001107022. Заявл. 16.10.2001г.

Размещено на .ru