Аналіз зв’язку між формоутворенням профілю різальних елементів в процесі зношування з його напружено-деформованим станом. Вплив лазерного термозміцнення та наплавлення на властивості поверхневих шарів матеріалів робочих органів ґрунтообробних машин.
Аннотация к работе
Зазначено, що геометрія РЕ при терті і зношуванні в абразивному середовищі змінюється, величина та характер цих змін залежать передусім від властивостей матеріалу, з якого вони виготовлені, фізико-технологічних властивостей ґрунту та експлуатаційних характеристик ґрунтообробних агрегатів. Аналіз робіт по тертю і зношуванню РЕ РОГМ показав, що закономірності взаємодії РЕ з ґрунтом, на сьогодні не достатньо вивчені, відсутній єдиний погляд на процеси затуплення і самозагострювання та їх звязку з технологічними методами зміцнення. Сформульовані вимоги для реалізації ефекту самозагострювання показують, що найбільшу увагу слід зосередити на співвідношенні товщини зміцненого і несучого шарів, їх міцності, триботехнічних характеристик та на створенні умов мінімізації радіусу кривизни різальної кромки в процесі тертя і зношування. Особливу увагу приділено дослідженню кінетики структури, елементного складу, напружено-деформованого стану поверхонь тертя, зносу в характерних точках РЕ і деталей в абразивному середовищі та процесу самозагострювання РЕ. За базою отриманих даних величини зносу у фіксованих точках визначали коефіцієнт зміни форми РЕ і деталей РОГМ при певному напрацюванні: , (1) де , li max - відповідно середня та максимальна величини лінійного зносу для і-ої форми деталі; lki = xk0 - xki, k - фіксована точка ().На основі аналізу умов роботи, характеру і величини зношування РОГМ, вперше запропоновано використання технологій лазерного термозміцнення та наплавлення для підвищення зносостійкості різальних елементів на стадії виготовлення РОГМ з створенням умов реалізації ефекту самозагострювання. Визначено, що інтенсивність зношування по довжині РЕ змінюється за експоненціальним законом, а застосування лазерних технологій зміцнення дозволяє керувати інтенсивністю зношування в локальних областях РЕ. Враховуючи силову картину взаємодії ґрунту з РЕ РОГМ в процесі тертя і зношування теоретично виявлено закономірність зміни складових результуючої сили, що діє на різальну кромку за величиною та напрямком. Досліджено специфічний вплив лазерного випромінювання на властивості зразків і деталей РОГМ: утворюється дрібнодисперсна мартенситна структура; рівномірно розподіляються карбіди і бориди в матриці поверхневого шару; перерозподіляються атоми легуючих елементів і домішки у зонах лазерного впливу; виявлено зменшення піку сполуки Fe2O3 після лазерної обробки у порівнянні з обємною термообробкою; пористість шарів при лазерному наплавленні зменшується (до 5%) у порівнянні з наплавленням СВЧ; плавний перехід мікротвердості зміцненого шару до мікротвердості основи (максимальна мікротвердість при лазерній термообробці складає 8...12 ГПА, а при лазерному наплавленні - 12...14 ГПА); підвищена міцність зчеплення шару з основою лазерно наплавлених покриттів. Дослідження абразивної зносостійкості на машині тертя Х4-Б зразків зі сталей 45, Л53, 65Г, зміцнених за традиційними та запропонованим технологіями, показало, що для кожної сталі існує діапазон розміру фракції абразиву, при якому інтенсивність зношування зразків починає стабілізуватися.
1. На основі аналізу умов роботи, характеру і величини зношування РОГМ, вперше запропоновано використання технологій лазерного термозміцнення та наплавлення для підвищення зносостійкості різальних елементів на стадії виготовлення РОГМ з створенням умов реалізації ефекту самозагострювання.
2. На основі побудованої імітаційної фізичної моделі виявлено закономірності взаємодії РЕ з абразивним технологічним середовищем. Запропоновано процеси взаємодії описувати стохастичним диференціальним рівнянням з детермінованою і випадковою складовими відносного зносу.
3. Теоретично і експериментально показано, що на формоутворення профілю РЕ та зносостійкість його локальних областей впливають властивості абразивного технологічного середовища та матеріалу РЕ, напружено-деформований стан і товщина зміцненого шару. Визначено, що інтенсивність зношування по довжині РЕ змінюється за експоненціальним законом, а застосування лазерних технологій зміцнення дозволяє керувати інтенсивністю зношування в локальних областях РЕ.
4. Враховуючи силову картину взаємодії ґрунту з РЕ РОГМ в процесі тертя і зношування теоретично виявлено закономірність зміни складових результуючої сили, що діє на різальну кромку за величиною та напрямком. Експериментально досліджено її вплив на тяговий опір агрегатів при обробітку ґрунту.
5. Досліджено специфічний вплив лазерного випромінювання на властивості зразків і деталей РОГМ: утворюється дрібнодисперсна мартенситна структура; рівномірно розподіляються карбіди і бориди в матриці поверхневого шару; перерозподіляються атоми легуючих елементів і домішки у зонах лазерного впливу; виявлено зменшення піку сполуки Fe2O3 після лазерної обробки у порівнянні з обємною термообробкою; пористість шарів при лазерному наплавленні зменшується (до 5%) у порівнянні з наплавленням СВЧ; плавний перехід мікротвердості зміцненого шару до мікротвердості основи (максимальна мікротвердість при лазерній термообробці складає 8...12 ГПА, а при лазерному наплавленні - 12...14 ГПА); підвищена міцність зчеплення шару з основою лазерно наплавлених покриттів.
6. Дослідження абразивної зносостійкості на машині тертя Х4-Б зразків зі сталей 45, Л53, 65Г, зміцнених за традиційними та запропонованим технологіями, показало, що для кожної сталі існує діапазон розміру фракції абразиву, при якому інтенсивність зношування зразків починає стабілізуватися. Для зразків, зміцнених лазерною обробкою, в процесі абразивного зношування спостерігається перевага складової пластичного деформування, ефектів полірування і відсутність прямого процесу різання абразивними частинками. Провідним видом абразивного зношування є його механохімічна форма. Це підтверджують результати металографічних досліджень зон тертя і їх профілограми.
7. Розподіл залишкових напружень по глибині зміцненого шару лазерною термообробкою показав, що зона напружень стиску поширюється на глибину до 200 мкм. Величина напружень при цьому складає -200...-400 МПА. При лазерному наплавленні напруження стиску поширюються на глибину до 100...150 мкм, далі до глибини 500...600 мкм спостерігаються напруження розтягу з величиною 300...450 МПА. При додаванні карбіду бору до сплаву ПС-14-60, через позитивний його вплив, характер залишкових напружень дещо змінюється. Зафіксовано, що максимальний рівень напружень зосереджено у вузькій області різальної кромки. Характерним є те, що при мінімальному радіусі заокруглення різальної кромки область напруженого матеріалу достатньо невелика, а при його збільшенні - інтенсивно зростає.
8. Виявлено, що лазерна термообробка дозволяє в 1,3...1,4 рази знизити знос носка деталей РОГМ у порівнянні з обємним гартуванням, а застосування лазерного наплавлення сплаву ПС-14-60 6% В4С - у 1,7...1,8 рази у порівнянні з базовою технологією індукційного наплавлення. Дослідження лінійного зносу у характерних точках свідчать про локальний характер процесу зношування по довжині РЕ деталей. Застосування технології лазерного наплавлення з додаванням карбіду бора у локальні області найбільшого зносу дозволяє практично вирівняти знос в характерних точках РОГМ, що дає можливість тривалий час зберігати вихідну геометричну форму деталі.
9. Застосування лазерного термозміцнення у порівнянні з традиційним обємним гартуванням підвищує ресурс деталей РОГМ у 1,5...2,2 рази, а лазерне наплавлення сплаву ПС-14-60 - у 1,5...1,6 рази у порівнянні з традиційним індукційним наплавленням того ж сплаву. При цьому спостерігається стабільність тягового опору впродовж тривалого періоду експлуатації. Очікуваний загальний економічний ефект від впровадження технології лазерного наплавлення у виробництво стрілчастих лап культиваторів при річній програмі 70 тис. шт. складе 69591,61 грн. за рахунок зменшення енергетичних витрат при зміцненні та підвищення їх ресурсу.
Список литературы
1. Аулін В.В., Бобрицький В.М., Ауліна Т.М. та ін. Керування характером та інтенсивністю зношування різальних частин робочих органів ґрунтообробних машин // Вісник ХДТУСГ / Вип. 23. Техн. сервіс АПК, техніка та техн. у с/г машинобудуванні. - Харків. - 2004. - С.270-273.
2. Аулін В.В., Бобрицький В.М., Ауліна Т.М. Вплив зміцнюючих КП нанесених на робочі поверхні деталей на їхню зносостійкість // Зб. наук. праць І Міжнар. наук.-техн. конф. “Динаміка, міцність і надійність сільськогосподарських машин DSR AM-I” ТДТУ ім. І. Пулюя. - Тернопіль, 2004. - С.303-307.
3. Аулін В.В., Бобрицький В.М. Характер та інтенсивність зношування робочих органів ґрунтообробних машин // Проблеми трибології (Problems of tribology). Хмельницький. ХДУ, 2004. - №2 - С.107-112.
4. Аулін В.В., Лізунов С.М., Бобрицький В.М., Батєхін В.Б. Обґрунтування впливу мартенситної структури на трибологічні властивості сталей під впливом концентрованих потоків енергії // Проблеми трибології (Problems of tribology). Хмельницький. ХНУ, 2005. - №2 - С.103-112.
5. Аулін В.В., Златопольский Ф.Й., Бобрицький В.М. Вплив на зносостійкість композиційних матеріалів процесів, що протікають на межі їх складових // Инженерия поверхности и реновация изделий. Материалы 4-й междун. научн.-техн. конф., 24-26 мая 2005, г. Ялта. - Киев: АТМ Украины, 2005. - С.289-291.
6. Аулін В.В., Віхрова Л.Г., Бісюк В.А., Бобрицький В.М. Керування процесом приготування багатокомпонентної суміші для нанесення КП на деталі машин / Зб. наук. праць КДТУ “Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація”. Кіровоград: КНТУ.- 2005 р. - Вип. 16. - С.266-269.